蛋白质和小分子的电化学手性识别研究

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自然界的大多数物质都具有手性,手性是自然界的基本属性。对映体的不同构型在生物体内的药理活性、代谢过程、代谢速率及毒性等存在显著差异。自然界和生物体内的许多反应都是手性识别过程,手性识别是保持生命体正常运行的重要条件之一。因此,手性化合物的合成和识别研究在药物化学、药物设计、食品工艺、生物医学和诊断以及材料科学中具有重要的理论意义和应用前景,也是化学研究的活跃领域之一。发展简单、快速、准确的手性识别方法成为近几年来分析化学的热点和前沿方向,具有重大的研究意义。目前,许多方法已用于手性识别并取得了一些进步,电分析方法因具有较高的灵敏度,仪器简单,快速等特点而得到迅速的发展。本文运用电化学方法开展蛋白质和小分子的手性识别研究。全文分四章,主要内容如下:第1章手性识别研究综述,介绍了手性、手性识别以及手性识别的意义。手性识别意义主要体现在四个方面:(1)制药工业及医学研究领域;(2)食品分析领域;(3)生命科学领域;(4)手性材料研究领域;手性识别方法主要有色谱法、光谱法和电化学方法以及显微技术;用于手性识别的手性选择剂主要包括蛋白质、抗生素和环状大分子、金属配合物、手性表面活性剂、手性表面等,并进一步介绍了手性识别的一般机理。第2章研究了在铜离子存在下,L-半胱氨酸修饰金电极对色氨酸对映体的手性识别。将抛光的金电极浸入L-半胱氨酸溶液中得到L-半胱氨酸修饰的手性表面,并采用扫描电子显微技术研究修饰L-半胱氨酸前后金电极的表面性质;采用循环伏安技术研究不同酸度、孵育时间、不同金属离子对手性识别的影响以及手性表面的稳定性;交流阻抗技术和石英晶体微天平用于研究L-半胱氨酸对色氨酸的手性识别作用;采用量子化学方法计算了L-半胱氨酸与色氨酸对映体形成铜配合物的结合能,并模拟二者最优空间构型。分析结果表明:在二价铜离子存在下,L-半胱氨酸修饰表面能选择性识别色氨酸对映体。L-半胱氨酸与D-色氨酸形成的金属配合物比与L-色氨酸稳定,且电化学响应信号更强。第3章研究了N-异丁酰基半胱氨酸对映体修饰表面对人血清白蛋白的吸附情况。将N-异丁酰基半胱氨酸对映体修饰到金电极上形成手性表面,采用循环伏安技术和交流阻抗技术研究手性表面吸附人血清白蛋白前后的电化学响应。结果表明,人血清白蛋白在N-异丁酰基-L-半胱氨酸修饰表面具有较强的电化学响应信号,即人血清白蛋白与N-异丁酰基半胱氨酸对映体之间的相互作用具有选择性。并模拟了该选择性识别的原理,为寻找生物相容性材料提供一定的参考。第4章研究了γ-球蛋白构建的手性表面对扁桃酸对映体的手性识别。将纳米金电沉积到干净的玻碳电极表面,再浸泡在γ-球蛋白溶液中过夜,构建γ-球蛋白修饰的手性表面,通过电化学循环伏安技术和交流阻抗技术研究手性表面的相关性质;采用石英晶体微天平研究Y-球蛋白修饰的手性表面吸附扁桃酸对映体后引起的频率变化情况,并用原子力显微技术研究手性表面吸附扁桃酸对映体前后的形态特征。实验结果表明:手性表面具有良好的电化学稳定性,电子媒介体[Fe(CN)6]4-/3-在手性表面上的氧化还原受表面控制;在相同的实验条件下,γ-球蛋白对扁桃酸对映体有不同的吸附能力,即γ-球蛋白与R-扁桃酸的反应强于S-扁桃酸。
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