基于多變量數(shù)學(xué)分析的蛋白質(zhì)與納米相互作用的結(jié)合動力學(xué)模型研究.pdf

1、蛋白質(zhì)在基質(zhì)表面上的吸附動力學(xué)研究是生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、食品加工等許多領(lǐng)域共同關(guān)切的重要科學(xué)問題。時間分辨光譜技術(shù)通常被用來實時監(jiān)測蛋白質(zhì)的結(jié)合動力學(xué)過程，但是基于單變量分析的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法難以區(qū)分復(fù)雜動力學(xué)數(shù)據(jù)中的重疊組份，因此有必要引入多變量分析方法來實現(xiàn)對復(fù)雜體系的動力學(xué)分析和數(shù)學(xué)建模。本論文圍繞蛋白質(zhì)和金納米的動態(tài)相互作用深入開展了以下兩個案例的研究。
　　第一個案例研究和揭示了金納米（AuNPs）和兩種高度同源的血清白蛋白（

2、即人血清白蛋白HSA和牛血清白蛋白BSA）的結(jié)合動力學(xué)差異。首先，我們收集了兩種同源蛋白的紫外可見光譜動力學(xué)數(shù)據(jù)。然后，通過結(jié)合多變量分析及數(shù)學(xué)建模等分析手段，我們設(shè)計出了一個可行性較高的蛋白質(zhì)吸附動力學(xué)研究策略，實現(xiàn)了對蛋白質(zhì)和納米材料之間發(fā)生的相互作用的定量和定性分析。在此基礎(chǔ)上，我們又利用多級指數(shù)函數(shù)對該動態(tài)轉(zhuǎn)換過程進行了數(shù)學(xué)刻畫，通過對擬合公式中的參數(shù)進行定量分析從而推算出兩種蛋白質(zhì)的不同吸附特性。我們發(fā)現(xiàn)血清蛋白和金納米的結(jié)合

3、過程可被兩個一級指數(shù)反應(yīng)方程所描述，故整個的反應(yīng)可被看作兩個過程：一個快過程和一個慢過程，恰好對應(yīng)于血清蛋白的三角棱柱形結(jié)構(gòu)所能采取的兩種可能的結(jié)合構(gòu)象。兩種蛋白質(zhì)所不同的結(jié)合構(gòu)象偏好性取決于不同的結(jié)構(gòu)特性以及表面電荷分布。
　　作為一個方法學(xué)的拓展研究，我們又進一步研究分析了一種具有自聚集特性的抗菌蛋白—胰島再生源蛋白（REG3A）在金納米（AuNPs）表面的結(jié)合及聚集特性。已知內(nèi)毒性分子脂多糖（LPS）能夠抑制REG3A的殺菌

4、功能，故我們利用多變量分析手段對二元的AuNPs-REG3A和三元的AuNPs-REG3A-LPS作用體系分別進行了研究，發(fā)現(xiàn)REG3A在金納米上同樣具有非常強的自聚集成纖維網(wǎng)絡(luò)的傾向，當聚集到一定程度時，REG3A會從金納米表面脫落下來從而在動力學(xué)光譜上表現(xiàn)為多過程行為。而LPS加入后，LPS會在REG3A之前迅速吸附到納米顆粒表面上，且對REG3A蛋白的自聚集起到比較明顯的抑制效應(yīng)，從而在其吸附動力學(xué)數(shù)學(xué)模型中出現(xiàn)體系組份數(shù)減少以及