溶液中兩親性相互作用導致的生物大分子與小分子結(jié)合過程的熱力學研究.pdf

1、分子間兩親性相互作用特別是疏水親脂相互作用是超分子化學系統(tǒng)中重要的弱相互作用之一,也是大分子小分子相互作用的重要驅(qū)動力之一。研究這種弱相互作用,對于深刻理解大—小分子結(jié)合體形成的機理和認識生命現(xiàn)象具有重要意義。但是,直接對復雜的生命體系進行研究是非常困難的,因此人們常常利用一些簡單的理論模型作為研究對象。其中蛋白質(zhì)是生物體中必不可少的基本物質(zhì),在生命活動中起著重要的作用,而血清白蛋白是血漿中具有廣泛結(jié)合能力的蛋白質(zhì),因此研究有機小分子與

2、血清白蛋白的相互作用,可幫助人們更深入地了解兩親性相互作用在生物大分子溶液中的重要性。另外環(huán)糊精及其衍生物同樣可以用于生命現(xiàn)象的模擬,被認為是理論研究中重要的生物模型物質(zhì)。
　　微量熱方法是現(xiàn)代熱力學和熱化學研究中的重要方法,應用微量熱法結(jié)合波譜學方法研究生物分子相互作用具有其獨到之處,特別是分子間疏水親脂作用的直接探測較為困難,而微量熱法在此領(lǐng)域的研究中有著其它方法不可比擬的優(yōu)勢,已成為研究生物大分子與小分子之間的相互作用以及生

3、物模型化合物的熱力學性質(zhì)方面的有力工具之一。
　　本課題在文獻調(diào)研的基礎上,運用微量熱方法,通過對環(huán)糊精及其衍生物與一些小分子有機化合物、蛋白質(zhì)與這些小分子化合物的相互作用的熱力學的研究,來探討生命體系中的物質(zhì)結(jié)合和轉(zhuǎn)化等變化規(guī)律,本論文介紹如下幾個方面的工作:
　　1.布洛芬與人血清白蛋白和牛血清白蛋白的相互作用
　　298.15K下,應用等溫滴定微量熱法,確定了藥物布洛芬與人血清白蛋白(HSA)和牛血清白蛋白(BS

4、A)相互作用存在兩類結(jié)合位點,應用 Langmuir吸附模型,通過非線性最小方差擬合得到了藥物布洛芬與人血清白蛋白及牛血清白蛋白在兩類結(jié)合位點體系的結(jié)合位點的數(shù)目,結(jié)合過程的焓變、熵變和吉布斯自由能變。結(jié)果表明:用兩類結(jié)合位點模型可精確地模擬 BF與 BSA和 HSA的結(jié)合,所有的結(jié)合過程在本實驗條件下都是自發(fā)的,藥物與蛋白質(zhì)的兩類結(jié)合位點的形成均為焓熵協(xié)同驅(qū)動。
　　2.烷基糖苷(APG)與人血清白蛋白的相互作用
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5、8.15K下,應用等溫滴定量熱法研究人血清白蛋白(HSA)與兩種 APG表面活性劑(辛基葡萄糖苷和癸基葡萄糖苷)在 Tris– HCl緩沖溶液(pH=7.0)中的相互作用,結(jié)合 Langmuir吸附模型,通過非線性最小方差擬合得到了 APG與 HSA在兩類結(jié)合位點體系的位點數(shù),相互作用過程的焓變、熵變和吉布斯自由能變,并分析了兩類結(jié)合過程的驅(qū)動力。
　　3.布洛芬與環(huán)糊精的相互作用
　　298.15K下,用滴定式微量熱法研究

6、了布洛芬分別與a-,b-,g-環(huán)糊精在Tris-HCl緩沖溶液(pH=7.0)中的包合作用。實驗測得了布洛芬環(huán)糊精包合物的實驗穩(wěn)定常數(shù)、形成過程的標準焓變、標準吉布斯自由能變及標準熵變等熱力學參數(shù)。結(jié)果表明:布洛芬與a-,b-環(huán)糊精的包合過程是焓,熵協(xié)同驅(qū)動的過程,而g-環(huán)糊精與該藥物包合則是熵驅(qū)動的。結(jié)合質(zhì)子核磁共振實驗得到的客體分子各氫原子化學位移變化,從微觀結(jié)構(gòu)上證實了熱力學方法對包結(jié)過程的判斷。
　　4.烷基糖苷(APG)

7、與環(huán)糊精及其衍生物的相互作用
　　298.15 K下,用滴定式微量熱法對兩種烷基糖苷與 a-CD、b-CD、羥丙基-b-環(huán)糊精(H-b-CD)、甲基-b-環(huán)糊精(M-b-CD)的包合作用進行了研究。結(jié)果表明:辛基葡萄糖苷(C8G)與主體物質(zhì)均生成化學計量比為1:1的包合物,癸基葡萄糖苷(C10G)與 a-CD、b-CD生成的包結(jié)產(chǎn)物的化學計量比既有1:1也有2:1,二者與H-b-CD、M-b-CD則只生成化學計量比為1:1的包合物

8、,同時計算得到包合過程的各種熱力學參數(shù),由此得到主-客體物質(zhì)生成包合物的驅(qū)動力也各有不同,表明了客體物質(zhì)對主體物質(zhì)有一定的分子識別功能。
　　5.3-對壬基苯氧基-2-羥基丙基三甲基溴化銨與環(huán)糊精及其衍生物的相互作用
　　在298.15K下用微量熱法研究了 a-、b-、g-環(huán)糊精、M-b-CD、H-b-CD與3-對壬基苯氧基-2-羥基丙基三甲基溴化銨(NPB)在水溶液中的包合作用。并計算出了包合過程的穩(wěn)定常數(shù)和各種熱力學參數(shù)

9、。實驗表明:環(huán)糊精與NPB形成穩(wěn)定的包結(jié)產(chǎn)物,其中a-CD與NPB形成化學計量比為1:1和2:1的包結(jié)產(chǎn)物,b-CD、g-CD、M-b-CD、H-b-CD與NPB僅有1:1的包結(jié)產(chǎn)物存在,除了NPB與γ-CD生成包合物為焓熵協(xié)同驅(qū)動之外,其它包合物的形成均為焓驅(qū)動過程。
　　本工作主要是應用等溫精密微量熱技術(shù)、核磁共振技術(shù)對生物分子模型化合物-環(huán)糊精以及蛋白質(zhì)等生物大分子與生物小分子的相互作用進行了研究。為主-客體分子間的弱相互作