（分析化學(xué)專業(yè)論文）功能化多壁碳納米管與生物分子相互作用的光譜研究.pdf

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 s w n t s m w n t s f m w n t s b s a c a h g h k o v c t c d 符號說明 單壁碳納米管 多壁碳納米管 表面功能化修飾多壁碳納米管 牛血清白蛋白 碳酸酐酶 牛血紅蛋白 己糖激酶 卵清蛋白 糜蛋白酶 圓二色譜 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的 指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引 用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人 和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 盤退蹇 日 期：迦墨魚! 三 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論 文的印刷件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán) 山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān) 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保 存論文和匯編本學(xué)位論文。 ( 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 論文作者簽名：燃導(dǎo)師簽名： 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 中文摘要 本課題主要應(yīng)用熒光、圓二色等光譜學(xué)方法研究了表面功能化 多壁碳納米管( f - m w n t s ) 與多種蛋白質(zhì)的相互作用，探討了影響其 相互作用的影響因素，并從與蛋白結(jié)合能力以及對酶活性抑制能力 上對表面功能化多壁碳納米管庫進(jìn)行生物分子水平上的篩選。 本研究主要包括以下兩個(gè)方面內(nèi)容： 第一部分通過穩(wěn)態(tài)熒光光譜、時(shí)間分辨熒光光譜、圓二色光譜 對f - m w n t s 與蛋白質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行分析。表面化學(xué)修飾 后的f - m w n t s 分別帶有羧基、酪氨酸、異丁胺等基團(tuán)；生物分子 包括b s a 等5 種蛋白質(zhì)。通過將不同濃度的f m w n t s 加入蛋白質(zhì) 溶液，然后分析蛋白質(zhì)自身熒光的猝滅程度、熒光壽命變化以及蛋 白質(zhì)二級構(gòu)象變化。結(jié)合蛋白質(zhì)自身物理性質(zhì)和碳管表面化學(xué)性 質(zhì)，對蛋白質(zhì)與f - m w n t s 的相互作用進(jìn)行了綜合分析，得到以下 結(jié)論： 1 利用s t e r n v o i m e r 曲線對蛋白質(zhì)自身熒光猝滅進(jìn)行分析，加 入f - m w n t s 后蛋白質(zhì)的熒光猝滅屬于靜態(tài)猝滅，因此蛋白質(zhì)與 f m w n t s 的結(jié)合是生成了穩(wěn)定的蛋白質(zhì)m w n t s 復(fù)合物； 2 靜電吸附在蛋白質(zhì)與f _ m w n t s 的相互作用中起著至關(guān)重要 的作用。通過化學(xué)修飾，碳納米管的表面電荷密度發(fā)生了改變，從 而導(dǎo)致不同表面修飾的碳管與蛋白質(zhì)相互作用的差異性； 3 體積大的蛋白與f m w n t s 的結(jié)合能力更強(qiáng)。體積大的蛋白 質(zhì)分子有較大的表面積和較多的氨基酸殘基，為與f - m w n t s 結(jié)合 提供了更多的空間； 4 直徑大的f m w n t s 能結(jié)合較多的蛋白質(zhì)。直徑較大的 f - m w n t s 具有更多的修飾基團(tuán)，更容易與蛋白質(zhì)結(jié)合。此外蛋白 質(zhì)在碳管上會改變自身構(gòu)象，使之與碳管的曲率相協(xié)調(diào)。 論文第二部分利用穩(wěn)態(tài)熒光光譜，分別從與蛋白質(zhì)的結(jié)合能力 和對糜蛋白酶活性抑制的角度對碳納米管庫進(jìn)行了篩選。與蛋白結(jié) 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 合能力的篩選結(jié)果顯示，大部分與各種蛋白質(zhì)結(jié)合能力均較弱的 f - m w n t s 都帶有對氯苯酰氯基團(tuán)；而對糜蛋白酶活性抑制的篩選 結(jié)果顯示，大部分對該酶活性抑制較大的碳管均含有n ，n 二丁胺 基團(tuán)。 綜上所述，本論文從分子水平對f - m w n t s 的生物效應(yīng)進(jìn)行了 體外研究，發(fā)現(xiàn)f - m w n t s 與蛋白質(zhì)的結(jié)合具有一定的選擇性。蛋 白質(zhì)在生命活動(dòng)中是一種及其重要的大分子，蛋白質(zhì)構(gòu)象決定其生 理功能。因此，通過改變碳管尺寸、形狀、表面電荷或者表面化學(xué) 基團(tuán)可以調(diào)節(jié)其與蛋白質(zhì)的結(jié)合能力，從而降低碳納米管的生物毒 性、提高其生物適應(yīng)性，確保碳納米管在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域中應(yīng)用的 安全性。 關(guān)鍵詞：表面功能化多壁碳納米管； 組合化學(xué)；生物篩選 碳管蛋白相互作用；光譜法； 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t t h i sr e s e a r c hm a i n l yf o c u s e do nt h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e ns u r f a c e f b n c t i o n a l i z e dm u l t i w a l l e dc a r b o nn a n o t u b e sa n dp r o t e i n sb ys t u d i n g i n f l u e n c ef a c t o r so f t h e c o m p l e x f o r m a t i o n u s i n g v a r i o u s s p e c t r o s c o p i e s t h e nac a r b o nn a n o t u b ec o m b i n a t o r i a ll i b r a r yw a s s c r e e n e dw i t hr e d u c e dp r o t e i nb i n d i n ga n di n h i b i t e de n z y m ea c t i v i t y i t c o n s i s t so ft h ef b l l o w i n gt w op a r t s ： i nt h ef i r s t p a r t ， u s i n gs t e a d y s t a t ef l u o r e s c e n c e ， t i m e - r e s o l v e d f l u o r e s c e n c ea n dc i r c u l a rd i c h r o i s m ( c d )s p e c t r o s c o p i e s t h e i n t e r a c t i o n sb e t w e e np r o t e i n sa n df b n c t i o n a l i z e dm u l t i w a l l e dc a r b o n n a n o t u b e s ( f m w n t s ) w e r ea n a l y z e d b e s i d e st h ep r i s t i n em w n t s ，w e c h o s ef u n c t i o n a l i z e dm w n t s ( c a r b o x y l ，t y r o s i n ea n di s o b u t y la m i n e ) ，a n d n v ep r o t e i n si n c l u d i n gb s a ，h e m o g l o b i na n ds oo nf b rt h e i ri n t e r a c t i o ns t u d y a d d i n gf - m w n t si n t op r o t e i n s o l u t i o ni n d u c e dq u e n c h i n go ft h e p r o t e i ni n t r i n s i cf l u o r e s c e n c e ，a n dl e a dt oac o n f 6 r m a t i o n a lc h a n g eo f p r o t e i n s t h r o u g hc o m p a r i s o na n da n a l y s i so fs u r f a c ec h e m is t r y o f f - m w n t s ，w em a k et h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 u s i n gt h es t e r n v o l m e rp l o t st oa n a l y s et h ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n g p r o t e i n sa n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tf - m w n t sq u e n c h i n ge f f e c t o n p r o t e i nf l u o r e s c e n c eb e l o n g st o t h es t a t i c q u e n c h i n gm e c h a n i s m ， t h e r e f o r e ，t h e r ei st h ef o r m a t i o no fb i n a r yc o m p i e x e s 2 e l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o np l a y sad o m i n a n tr o l ei np r o t e i nb i n d i n go n f - m w n t s 。t h ec h a r g ed e n s i t yc h a n g i n go ff - m w n t su n d e rt h es u r f a c e f u n c t i o n a l i z a t i o n ，t h u sc a u s e st h ed i f f e r e n c e so ft h eb i n d i n ge f f e c t 3 l a r g e rp r o t e i n ss h o w e ds t r o n g e rb i n d i n gw i t hf m w n t s ，b e c a u s e t h e r ea r em o r ea m i n oa c i dr e s i d u e so nal a r g e rs u r f a c et h a tm i g h t s u p p o r tas t r o n g e rb i n d i n g 4 f - m w n t sw i t hl a r g e rd i a m e t e rs h o w e ds t r o n g e rp r o t e i nb i n d i n g s l a r g e rs u r f a c ew i t hm o r ef u n c t i o n a lg r o u p sm a d et h eb i n d i n ge a s i e r m o r e o v e r ，s m o o t h e rc u r v a t u r ec a ni n d u c el a r g e rp r o t e i nc o n f o r m a t i o n a l c h a n g e sw h i l et h ep r o t e i na d a p t st ot h e “u n f a m “i a r s u r f a c ec u r v a t u r e i no n ed i m e n s i o n a ln a n o p a r t i c l e s f o rt h es e c o n dp a r t ，b ys r e e n i n gt h ef - m w n t si i b r a r yo nt h ea f f i n i t y o fp r o t e i nb i n d i n g ；i tw a sf o u n dt h a ta c y l a t o ra c 0 0 5p r o d u c e dm u c h l e s sp r o t e i nb i n d i n g t h e n ，b ys c r e e n i n gt h ef - m w n t sl i b r a r yo nt h e i n h i b i t i o n o fe n z y m ea c t i v i t yw ef o u n dt h a ta m i d ea m 0 0 2i n h i b i t e d e n z y m ea c t i v i t ym o s t a saw h o l e ，t h i sp a p e rs t u d i e st h eb i o e f f e c to ff m w n t so n a m 0 1 e c u l a rl e v e l ， a n d p r o v e s t h a t p r o t e i n f m w n t s b i n d i n g i s s e l e c t i v e l y p r o t e i ni s i m p o r t a n t i nv i t a lm o v e m e n ta n d i t s c o n f o r m a t i o n a ls t r u c t u r ed e t e r m i n e si t v i t a lf u n c t i o n t h e r e f o r e ，b y m o d u l a t i n gt h es i z e ，s h a p e ，s u r f a c ec h a r g e s ，o rs u r f a c ec h e m i s 仃yo f m w n t s ，t h ep r o t e i n b i n d i n gc a p a b i l i t ya n dt h e i ri n v i v 0t o x i c i t yc a n b er e g u l a t e d ，b i o c o m p a t i b i l i t yb ei m p r o v e d ，a n dp o t e n t i a la p p l i c a t i o n i nn a n o m e d i c i n eb eo p t i m i z e d k e y w o r d s ：s u r f a c ef u n c t i o n a l i z e d m u l t i - w a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s ； p r o t e i n f - m w n t si n t e r a c t i o n ；s p e c t r o s c o p y ；c o m b i n a t i o n a lc h e m i s t r y ； b i o l o g i c a ls c r e e n i n g 4 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章前言 1 1 引言 納米材料是指三維結(jié)構(gòu)中至少有維大小在納米尺度上的材 料。納米( n m ) 即十億分之一米，納米尺度通常定義為從10 0 n m 到原 子大小( 約0 2 n m ) 。材料特性在納米尺度上與大尺度時(shí)有很大的不 同。納米材料具有較大的比表面積，能使它的化學(xué)反應(yīng)更容易進(jìn)行 并能影響它的力學(xué)和電特性；量子效應(yīng)在納米尺度上開始對物質(zhì)的 性質(zhì)起支配作用，將影響其光、電和磁性質(zhì)。這些特性使納米材料 在計(jì)量學(xué)、電學(xué)、光學(xué)以及信息通訊等方面有著廣泛的應(yīng)用。近期 研究發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)在生物、醫(yī)藥上也具有巨大的應(yīng)用潛力，包括疾 病診斷、藥物靶向傳輸、分子成像、生物傳感器等【1 j0 1 。 隨著納米材料越來越多地用于人類的日常生活中，其潛在毒性 越來越為人們所關(guān)注【1 1 。16 1 。碳納米管和其它納米管的物理特征意味 著它們可能有類似石棉纖維的毒性，所以對其毒理進(jìn)行深入研究是 納米管被廣泛應(yīng)用的前提。如果納米顆粒穿透皮膚，他們可能促進(jìn) 導(dǎo)致細(xì)胞損傷的反應(yīng)分子產(chǎn)生。盡管目前尚無充分的證據(jù)表明用于 化妝品的其它納米粒子是否能穿透皮膚，但實(shí)際上這些原料的安全 性已被企業(yè)界科研機(jī)構(gòu)所研究，只是其結(jié)果作為商業(yè)秘密并沒有公 開在科學(xué)文獻(xiàn)中。目前，有關(guān)納米粒子對其它非人物種影響( 如它 們在水中和土壤中的特性及它們在食物鏈中的積累能力等) 的研究 報(bào)道較少。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)細(xì)胞暴露于碳納米管后，可以導(dǎo)致抗氧化物 的枯竭以及細(xì)胞活力的喪失，也可能發(fā)生超微結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)的變化 【1 7 2 3 】。然而目前納米材料對細(xì)胞和動(dòng)物的毒性及與蛋白質(zhì)、d n a 等 生物大分子的相互作用尚缺乏有價(jià)值的研究結(jié)果。英國皇家學(xué)會和 英國皇家工程學(xué)院于2 0 0 6 年10 月2 4 日發(fā)布了一個(gè)新的報(bào)告，對英 國政府遲遲不能確定納米材料對人體健康和環(huán)境是否有潛在影響， 表示嚴(yán)重?fù)?dān)憂【2 4 j 。2 0 0 6 年2 月s c i e n c e 發(fā)表了題為“t o x i cp o t e n t i a lo f m a t e r i a l sa tt h en a n ol e v e l 的文章，論述了納米尺度材料的潛在毒 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 性及其可能的機(jī)制【25 1 。美國“納米新產(chǎn)品項(xiàng)目機(jī)構(gòu)的首席科學(xué)顧 問安德魯梅納德聯(lián)合其他13 名科學(xué)家在2 0 0 6 年1 1 月n a t u r e 雜志 上發(fā)表了題為“s a f eh a n d l i n go fn a n o t e c h n o l o g y 的文章，指出由 于對納米技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)性缺乏清晰的認(rèn)識，社會團(tuán)體正處于浪費(fèi)巨大 的納米技術(shù)潛能的危險(xiǎn)之中【26 1 。一年后的2 0 0 7 年1 1 月s c h e u f e l e 等 在n a t u r en a n o t e c h n o l o g y 上再次發(fā)表評論，強(qiáng)調(diào)必須研究“p o l l u t i o n a n dn e wh e a l t hp r o b l e m sa sar e s u l to fn a n o t e c h n o l o g y ， 【27 1 。 因此， 上述研究領(lǐng)域是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一，己公開報(bào)道 的研究結(jié)果還沒有明確的結(jié)論，有些結(jié)果甚至相互矛盾。因此，這 些研究領(lǐng)域的空白將會大大制約納米材料的應(yīng)用前景。 納米材料的生物活性從根本上來說是納米粒子與一系列生物分 子相互作用的過程。蛋白質(zhì)是一類極為重要的生物大分子，蛋白質(zhì) 的結(jié)構(gòu)決定其功能。研究表明，納米材料進(jìn)入生物體后，進(jìn)入不同 組織與細(xì)胞，進(jìn)而與多種蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用，納米材料巨大的比 表面積、表面電荷以及功能化修飾的活性基團(tuán)使其特異性或非特異 性的吸附或結(jié)合體內(nèi)多種蛋白質(zhì)，從而影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能， 比如蛋白質(zhì)的變性、信號傳導(dǎo)通路的激活、抗體結(jié)合等生理效應(yīng)【28 1 。 因此研究碳納米管與體內(nèi)重要蛋白質(zhì)，尤其是血液中蛋白的相互作 用對研究納米材料的生物效應(yīng)以及開發(fā)納米材料的潛在應(yīng)用，將是 至關(guān)重要的。 1 2 碳納米管簡介 碳納米管是l9 9 1 年日本科學(xué)家s u m i oi i i i m a 發(fā)現(xiàn)的一種針狀的 管形碳單質(zhì)，又名巴基管，是繼富勒烯之后出現(xiàn)的又一種新型碳質(zhì) 納米材料。透射電鏡和掃描電鏡對的研究結(jié)果表明碳納米管從結(jié)構(gòu) 上可視為由石墨片卷曲而成的中空管狀結(jié)構(gòu)，其管壁是一種類似于 石墨片的碳六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，直徑在幾個(gè)納米到幾十納米之間，長 度卻可達(dá)幾十甚至上百微米，長徑比很大。碳納米管根據(jù)管壁上碳 原子層數(shù)的不同分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。單壁碳納米管 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 是由一層碳原子構(gòu)成的納米管，多壁碳納米管則是由幾個(gè)到幾十個(gè) 單壁同軸卷曲構(gòu)成，管間距為o 3 4 n m 【2 9 1 。 與傳統(tǒng)碳質(zhì)材料相比，碳納米管具有一些獨(dú)特的性質(zhì)，如特殊 的導(dǎo)電性能、力學(xué)等物理化學(xué)性質(zhì)【30 1 ，因此碳納米管自出現(xiàn)以來即 引起關(guān)注并廣泛應(yīng)用于諸多科學(xué)領(lǐng)域。例如根據(jù)碳納米管獨(dú)特的一 維管狀結(jié)構(gòu)和極大的長徑比可將其制成高效的傳質(zhì)單元；超薄的針 形尖端使碳納米管可用做掃描隧道顯微鏡及原子力顯微鏡的探針； 碳納米管具有較強(qiáng)的場發(fā)射性能，是一種優(yōu)良的場效應(yīng)晶體管材料。 d u a n 【3 1 1 等最近在研究中發(fā)現(xiàn)，用金屬銫對單壁碳納米管進(jìn)行修飾能 加強(qiáng)場發(fā)射性能；碳納米管兼具金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電性，是一種理想 的電極材料。s o t i r o p o u l o u 【3 2 1 等將在鉑電極表面生長的直線型多壁碳 納米管進(jìn)行氧化處理，在碳納米管開口端引入了羧基并能夠有效地 固定葡萄糖酶，為信號控制提供了優(yōu)良的傳導(dǎo)平臺；碳納米管的比 表面積較大，可應(yīng)用于儲氫、儲能以及吸附劑等領(lǐng)域。 碳納米管具有生物親和性，可以和人體的組織器官形成友好的 界面；由于生物分子如蛋白質(zhì)或酶可以固定在碳納米管的表面或空 穴中，基于碳納米管的納米尺度生物傳感器和生物反應(yīng)器系統(tǒng)成為 研究的熱點(diǎn)。隨著各種修飾生物分子的納米裝置的研制成功，碳納 米管做為一種高級生物傳感器材料已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，在抗原識別、 酶催化反應(yīng)和d n a 雜交有潛在的利用前景【3 3 m 】；在生物醫(yī)學(xué)上，碳 納米管可以作為人工肌肉的電動(dòng)機(jī)械制動(dòng)器，用生物活性分子對碳 納米管進(jìn)行功能化后，碳納米管可以作為神經(jīng)生長的基質(zhì)3 9 】；碳納 米管可以作為多功能生物傳輸器、藥物載體和選擇性殺傷癌細(xì)胞的 近紅外媒介【4 0 1 。 1 3 碳納米管與蛋白質(zhì)相互作用的研究進(jìn)展 1 3 1 蛋白質(zhì)在碳納米管上的吸附 蛋白質(zhì)有一種自發(fā)而且不可逆地吸附到固體表面的傾向。有些 情況下，蛋白質(zhì)的這種吸附是有害的，例如各種蛋白質(zhì)污染過程。 9 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 而有些情況下，蛋白質(zhì)在固體表面的吸附是一種期望得到的過程， 例如各種生物傳感器的應(yīng)用。 近期研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)、糖酶、核酸等生物分子可以結(jié)合到碳納 米管上，使碳納米管的生物學(xué)應(yīng)用得到廣泛關(guān)注。許多蛋白質(zhì)分子 可以自發(fā)地吸附到碳納米管表面，或通過功能化反應(yīng)以可控的方式 固定在碳納米管表面【4 。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)許多蛋白可以通過非特異性吸 附牢固地結(jié)合到多壁碳納米管的外表面，當(dāng)多壁碳納米管的底端被 氧化打開，小的蛋白質(zhì)分子就可以進(jìn)入管道中。用這種方式固定在 多壁碳納米管上的酶可以保持正常的生物活性【3 4 ，35 1 。b a l a v o i n e 【4 2 】 等研究者發(fā)現(xiàn)鏈親合素和氫化酶調(diào)節(jié)基因可以吸附在多壁碳納米管 表面形成螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)在碳納米管表面有序排列。 b o u s s a a d 【4 3 】等人通過監(jiān)測單壁碳納米管的導(dǎo)電性變化發(fā)現(xiàn)細(xì)胞色素 c 可以非特異性的吸附在半導(dǎo)體單壁碳納米管上。d a i 【4 4 】實(shí)驗(yàn)室的研 究者報(bào)道在t e m 網(wǎng)柵中直接將化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)的單壁碳納米管 在鐵蛋白水溶液中孵育，并沒有發(fā)現(xiàn)蛋白吸附現(xiàn)象。而a z a m i a n 【4 5 】 和l i n 等人卻發(fā)現(xiàn)在水溶液中鐵蛋白能夠牢固地吸附在單壁碳納米 管上，并使單壁碳納米管在水中的溶解性增加。 1 3 2 碳納米管與蛋白質(zhì)相互作用的機(jī)理研究 在各種情況下，對蛋白吸附機(jī)理的了解是得到最優(yōu)化條件的首 要因素【33 1 。從反應(yīng)機(jī)制上說，蛋白質(zhì)在碳納米管上的非特異性吸附 比普遍認(rèn)為的疏水作用要復(fù)雜【46 1 。例如s h i m 【4 7 】等人發(fā)現(xiàn)鏈親合素很 容易吸附到單壁碳納米管上，但是纖維蛋白原卻不易吸附，這與疏 水作用原理相背離，因?yàn)橄鄬τ阪溣H合素來說，纖維蛋白原與疏水 界面有很強(qiáng)的親和性。蛋白與介質(zhì)表面的非特異性吸附還包括靜電 作用、氫鍵作用等級制【4 8 1 。但是，a z a m i a n 【4 9 】等人發(fā)現(xiàn)蛋白在碳納 米管上的吸附與蛋白的等電點(diǎn)無關(guān)，無論帶正電荷的蛋白還是帶負(fù) 電荷的蛋白都在碳納米管上有很強(qiáng)的吸附，因此與靜電作用機(jī)制不 相符合。至于有些研究所觀測到的蛋白吸附，很可能是與碳納米管 l o 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 的氨基親和作用有關(guān)，至少是部分相關(guān)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)通常含有足夠 多的表面氨基。d h r i t i 【5 0 】等人的研究證明在p h 值低于溶菌酶的等電 點(diǎn)時(shí)，除了7 c 兀作用和疏水作用外，溶菌酶還通過質(zhì)子化的氨基成分 與單壁碳納米管的缺陷位點(diǎn)相互作用。在p h 值高于蛋白等電點(diǎn)時(shí)， 它們之間的相互作用表現(xiàn)為氨基在碳納米管上的吸附。c a r o l i n a 【5 1 】 等研究發(fā)現(xiàn)血清和血漿蛋白在碳納米管上的結(jié)合具有高度的選擇 性，除血清補(bǔ)體蛋白、纖維蛋白原和阿樸脂蛋白a ii 、a i v 和c i i i 外，其它的蛋白幾乎不會結(jié)合到碳納米管上。m e n g 【5 2 】等人發(fā)現(xiàn)表面 無紡化的單壁碳納米管能夠選擇性地吸附纖維蛋白原，而對白蛋白 的吸附能力很弱。吸附在碳納米管上的纖維蛋白原發(fā)生了構(gòu)象的變 化，而且其介導(dǎo)血小板識別、粘附、活化和聚集的功能受到嚴(yán)重的 影響。 縮氨酸和碳納米管的相互作用可以作為蛋白質(zhì)和碳納米管相互 作用的一個(gè)模型，其結(jié)果具有一定的參考意義。w a n g l 5 3 】等人開發(fā)了 一種抗菌素顯示技術(shù)用來確定不同肽序列與碳納米管非共價(jià)反應(yīng)的 親和力是否具有選擇性。他們發(fā)現(xiàn)組氨酸單元( h ) ，特別是色氨酸單 元( w ) ，對縮氨酸與碳納米管表面的相互作用有重要的貢獻(xiàn)，這些氨 基酸殘基中的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)提供了縮氨酸與碳納米管之間相互作用的 親和力。另外，他們還發(fā)現(xiàn)兩性縮氨酸和在溶液中較易變形的縮氨 酸序列更易于與碳納米管結(jié)合。 1 3 3 碳納米管對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的影響 蛋白質(zhì)分子具有一條或數(shù)條多膚鏈，在三維空間有一定的走向與 排布，它是由二十多種氨基酸通過肽鍵共價(jià)連接而成。蛋白質(zhì)分子 的構(gòu)象又稱為空間結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)等。所有這些是指蛋 白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排布。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有不同的 結(jié)構(gòu)層次：包括一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級結(jié) 構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)在體內(nèi)執(zhí)行的多種生物學(xué)功能如酶的催化， 運(yùn)載和儲存，免疫保護(hù)等等的實(shí)質(zhì)是專一的結(jié)合和構(gòu)象變化的傳遞 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 【54 1 。 已經(jīng)有報(bào)道顯示碳納米管與蛋白質(zhì)相互作用時(shí)會導(dǎo)致蛋白質(zhì)二 級結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變化【55 1 。d o r d i c k 【5 6 1 等研究了a 胰凝乳蛋白酶 和大豆過氧化物酶吸附在單壁碳納米管( s w n t s ) 上后，蛋白構(gòu)象和 酶活性的變化。其中大豆過氧化物酶較好的保持了天然結(jié)構(gòu)；而0 【 胰凝乳蛋白酶二級結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，肽鏈展開吸附在s w n t s 表面。這些構(gòu)象上的變化直接導(dǎo)致0 【胰凝乳蛋白酶的酶活力幾乎完全 喪失，而大豆過氧化物酶則保持了3 0 的酶活力。m a t s u u r a 【5 7 】等人研 究了s w n t s 在蛋白溶解酵素( l y s ) 和b s a 水溶液中的分散性，發(fā)現(xiàn) l y s 和b s a 結(jié)合在s w n t s 表面，在疏水作用下，蛋白質(zhì)的疏水基團(tuán)由 于蛋白三維結(jié)構(gòu)的變化而暴露于溶劑中，從而使蛋白質(zhì)發(fā)生變性。 同時(shí)研究證明蛋白質(zhì)的組成單元氨基酸與s w n t s 作用也同樣具有構(gòu) 象選擇性【58 1 ，在相互作用時(shí)，氨基酸分子調(diào)節(jié)自身構(gòu)象，使芳香環(huán) 易于和s w n t s 相結(jié)合【5 9 ，60 1 。 1 3 4 研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法 1 3 4 1x 射線單晶衍射分析 x 射線單晶衍射分析迄今仍然是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測定的主要方法。正 是由于這種技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了分子生物學(xué)的建立和發(fā)展?，F(xiàn)在的x 射 線晶體結(jié)構(gòu)分析正努力在第四維時(shí)間坐標(biāo)上跟蹤、分辨和描述大分 子的結(jié)構(gòu)變化，即所謂的四維結(jié)構(gòu)測定。盡管蛋白質(zhì)的x 射線結(jié)構(gòu)圖 能夠在原子水平上提供詳細(xì)的信息，但仍然面臨很多困難，其中最 困難的一步就是獲得好的晶體。由于對蛋白質(zhì)單晶生長缺乏內(nèi)在的 規(guī)律性的認(rèn)識，使單晶培養(yǎng)具有很大的不確定性。并且，絕大多數(shù) 生物大分子至今無法得到單晶，x 射線衍射法就顯得無能為力了。另 外，這種技術(shù)所提供的主要還是靜態(tài)圖，因此無法對蛋白質(zhì)之間的 相互作用、電子傳遞過程、動(dòng)力學(xué)等方面進(jìn)行研究1 6 ，也不能闡明 在生理狀態(tài)下蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。 1 2 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 4 2 圓二色譜法 19 5 3 年第一臺偏振光檢測儀問世。l9 6 9 年，g r e i n n e l d 最早用圓 二色光譜數(shù)據(jù)估計(jì)了蛋白質(zhì)的構(gòu)象 6 2 1 。經(jīng)過不斷發(fā)展，圓二色( c d ) 已經(jīng)成為一種比較成熟的測定溶液中各種生物大分子構(gòu)象的方法。 當(dāng)化合物的生色團(tuán)處在不對稱環(huán)境中與極化光相互作用時(shí)就會產(chǎn)生 圓二色現(xiàn)象。一般的蛋白質(zhì)的圓二色光譜分為遠(yuǎn)紫外區(qū)( 18 5 2 4 5 n m ) 和近紫外區(qū)( 2 4 5 3 2 0 n m ) 【63 1 。遠(yuǎn)紫外區(qū)是肽鍵的吸收峰范圍，通常許 多蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象如a 螺旋、p - 折疊、反平行p 一折疊、b 轉(zhuǎn)角以 及l(fā) 多聚脯氨酸( p 2 ) ，在此區(qū)域都有自己獨(dú)特的c d 譜。a 螺旋在2 2 2 n m 和2 0 8n m 有較大的負(fù)的c d 譜，對應(yīng)著n ，7 【幸躍遷，羰基氧的未成鍵 電子被激發(fā)躍遷到反鍵軌道，在19 3 n m 有正的c d 譜，對應(yīng)于7 【，冗躍 遷，具有高消光系數(shù)，7 c 電子在整個(gè)肽段上發(fā)生離域。在a 螺旋結(jié)構(gòu) 中，肽生色團(tuán)彼此相互作用，由于這種相互作用， c ，兀幸躍遷被裂分 成兩個(gè)帶，信號變化在2 0 0 n m 左右，這是明顯的激子裂分的例子。 除此之外，一些特殊的二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象，如在膠原質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的左 旋p 2 構(gòu)象，經(jīng)常在一些球蛋白的短片段中出現(xiàn) 6 4 1 。近紫外區(qū)主要與 芳基氨基酸側(cè)鏈有關(guān)。二硫鍵一般不對稱，它在2 5 0 2 6 0 n m 內(nèi)有一個(gè) 峰。苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸三種側(cè)鏈的峰在2 5 0 2 9 0 n m 的區(qū)間內(nèi)， 這些殘基的不對稱性決定于它們所處的微環(huán)境特性。若二硫鍵的c d 峰貢獻(xiàn)過強(qiáng)，二硫鍵與三種氨基酸殘基側(cè)鏈的峰會發(fā)生重疊現(xiàn)象， 以至于無法分辨。蛋白質(zhì)主鏈的三級結(jié)構(gòu)處在不對稱環(huán)境中在此區(qū) 域也會有較強(qiáng)的c d 譜，可以作為描述蛋白質(zhì)特征的指紋區(qū)1 65 1 。另外， 非蛋白質(zhì)成分輔因子如四羥酮醇在這一區(qū)域也會有吸收。盡管將這 一區(qū)域內(nèi)各種產(chǎn)生c d 峰的各種生色團(tuán)完全區(qū)分開非常困難，但對近 紫外區(qū)的分析仍受很大重視，因?yàn)檫@一區(qū)域能夠非常靈敏地反映各 種構(gòu)象的細(xì)微變化。 1 3 4 3 紫外可見光譜法 紫外可見光譜法是各種光譜法的基礎(chǔ)，它是測定物質(zhì)對紫外、 1 3 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 可見區(qū)波長的選擇性吸收而產(chǎn)生的吸收光譜，并借助于吸收光譜對 被側(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元是旺氨基酸，常見的 2 0 種旺氨基酸中只有芳香族氨基酸，如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和 含硫氨基酸，在2 3 0 310 n m 波長范圍內(nèi)有吸收，因此利用紫外光譜法 可以考察芳香族氨基酸的殘基在蛋白質(zhì)分子中的位置( 即表面和內(nèi) 部1 、環(huán)境及數(shù)量，以及在物理和化學(xué)因素影響下蛋白質(zhì)二、三級結(jié) 構(gòu)的變化。蛋白質(zhì)的紫外吸收光譜中，一般21o n m 處的峰是肽鍵的強(qiáng) 吸收峰，2 8 0 n m 處的峰是酪氨酸、色氨酸以及苯丙氨酸殘基中共扼雙 鍵的吸收峰。生色團(tuán)有各種微環(huán)境，當(dāng)微環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，如電荷 變化，基團(tuán)發(fā)生解離、形成氫鍵，溶劑極性發(fā)生變化等，吸收光譜 隨之發(fā)生變化：吸收峰紅移或藍(lán)移，吸光度及譜帶半寬度也有變化。 因此，根據(jù)生色基團(tuán)吸收光譜的變化，可以了解微環(huán)境的變化，進(jìn) 而推斷蛋白質(zhì)在溶液中的構(gòu)象。結(jié)合可見區(qū)和近紫外區(qū)c d 光譜的變 化，即可確認(rèn)發(fā)生變化的基團(tuán)【6 6 1 。 1 3 4 4 熒光光譜 熒光分析法具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、用量少、方法簡便以及 能提供較多的物理參數(shù)等特點(diǎn)，這些參數(shù)從各個(gè)角度反映了蛋白質(zhì) 分子的成鍵和結(jié)構(gòu)情況。當(dāng)分子處于單重激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級時(shí)， 去活化過程的一種形式是以lo 一10 。6 秒左右的短時(shí)間內(nèi)發(fā)射一個(gè)光 子返回基態(tài)，這一過程稱為熒光發(fā)射。 在蛋白質(zhì)分子中，能發(fā)射熒光的氨基酸殘基有色氨酸、酪氨酸 和苯丙氨酸，個(gè)別蛋白質(zhì)分子含有黃素腺嘌呤二核昔酸( f a d ) 也能發(fā) 射熒光。三種氨基酸由于側(cè)鏈生色基團(tuán)的不同而有不同的熒光激發(fā) 和發(fā)射光譜。其中色氨酸的熒光強(qiáng)度最大，酪氨酸次之，苯丙氨酸 最小。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的熒光通常在2 8 0 n m 或更長的波長被激發(fā)，苯丙氨 酸在絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)條件下不被激發(fā)，所以很少能觀察到其熒光發(fā)射， 這樣蛋白質(zhì)的內(nèi)部熒光主要來自色氨酸與酪氨酸兩種殘基。色氨酸 殘基對微環(huán)境的變化很敏感，并且大多數(shù)蛋白都含有幾個(gè)不同的色 1 4 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 氨酸殘基，因而常作為內(nèi)源性熒光探針來研究溶液狀態(tài)下蛋白質(zhì)的 構(gòu)象。除測定蛋白質(zhì)分子的自身熒光，即“內(nèi)源性熒光 外，還可 以利用熒光探針，即“外源性熒光 。熒光探針有兩種：稀土離子 熒光探針如銪( i i i ) ，鋱( i i i ) ，有機(jī)熒光探針如1 苯胺基萘5 磺酸( 1 ， 8 a n s ) 、1 n ，n 二甲胺基萘- 5 - 氯磺酸( 1 ，5 - d n s c10 ) 和2 對甲胺萘6 磺酸( 2 ，6 t n s ) 等。 在已研究的許多蛋白質(zhì)中，球蛋白是研究得比較多的一種蛋白， 根據(jù)其熒光性質(zhì)不同，又可分為a 類球蛋白和b 類球蛋白【67 1 。a 類蛋 白能發(fā)射酪氨酸殘基的特征熒光光譜，且酪氨酸熒光光譜的位置不 受蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的影響。b 類蛋白，由于其分子中從酪氨酸殘基到 色氨酸殘基之間發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致酪氨酸殘基的熒光猝滅 和色氨酸殘基的熒光增強(qiáng)。因此b 類蛋白的熒光實(shí)際上是色氨酸的熒 光峰，而色氨酸殘基的熒光光譜對微環(huán)境的變化很敏感，其峰位一 般在3 2 5 3 5 0 n m 波長之間變動(dòng)。 在傳統(tǒng)的熒光分光光譜技術(shù)的基礎(chǔ)上，上個(gè)世紀(jì)七十年代出現(xiàn) 了同步熒光技術(shù)，即同時(shí)掃描激發(fā)和發(fā)射波長的情況下來測量熒光 光譜圖，由測得的熒光強(qiáng)度信號對發(fā)射或激發(fā)波長作圖，它包括固 定波長的同步熒光和固定能量的同步熒光兩種。固定波長的同步熒 光首先由l l o y d 提出【6 8 】固定能量的同步熒光隨后由i n m a n 等人提出 【6 9 1 。l9 7 9 年，m i l l e r 用此技術(shù)分別獲得了色氨酸和酪氨酸的特征光譜。 1 3 4 5 紅外光譜法 。 紅外光譜譜圖解析主要是在掌握影響振動(dòng)頻率的因素及各類化 合物的紅外特征吸收譜帶的基礎(chǔ)上，按峰區(qū)分析，指出某譜帶可能 屬于哪個(gè)峰區(qū)，結(jié)合其它峰區(qū)的相關(guān)峰，確定其歸屬。在此基礎(chǔ)上， 再仔細(xì)歸屬指紋區(qū)的有關(guān)譜帶，綜合分析，提出化合物的可能結(jié)構(gòu)。 與其它譜比較，紅外光譜譜圖的解析更具有經(jīng)驗(yàn)性、靈活性。 蛋白質(zhì)和多肽在紅外區(qū)表現(xiàn)為9 個(gè)特征振動(dòng)模式或基團(tuán)頻率 【7 0 】( 表1 1 ) 。 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 表1 1 蛋白質(zhì)酰胺基團(tuán)的特征振動(dòng)頻率和振動(dòng)模式 其中最常用于二級結(jié)構(gòu)分析的是酰胺i 帶，位于17 0 0 16 0 0 c m “范 圍。酰胺i 帶的振動(dòng)頻率取決于c = o 和n h 之間的氫鍵性質(zhì)，即特征 振動(dòng)頻率反映了蛋白質(zhì)特定的二級結(jié)構(gòu)。傅立葉紅外光譜( f t i r ) 具有 高的光譜靈敏度，重現(xiàn)性好，分辨率高的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)可以使得 傅立葉去卷積和二階導(dǎo)數(shù)或四階導(dǎo)數(shù)的分析用于紅外光譜，可以用 于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的指認(rèn)。 表面增強(qiáng)紅外光譜的出現(xiàn)使得生物分子的檢測可達(dá)到單層水 平，近期，h e b e r l e 【7 1 】等人根據(jù)x 一射線衍射結(jié)果又將酰胺i 帶的峰重 新進(jìn)行了歸屬，特別指出l6 9 3c m 。1 的峰應(yīng)歸屬為b 一轉(zhuǎn)角類型i i i 。 1 3 4 6 拉曼光譜法 拉曼光譜與紅外光譜是相互補(bǔ)充的。在拉曼光譜中，譜帶頻率 與功能團(tuán)之間的關(guān)系與紅外光譜基本一致，但是兩者的選律不同。 在拉曼光譜中，振動(dòng)譜帶的疊加效應(yīng)較小，譜帶清晰，對整個(gè)分子 的骨架振動(dòng)的表示比較有特征性。另外，拉曼光譜還可以測定分子 的退偏度比，利于弄清分子的對稱性等。與紅外光譜相比，拉曼光 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 譜沒有水的影響，補(bǔ)充了紅外光譜在生物大分子研究上的弱點(diǎn)。生 物大分子中的烯鍵、炔鍵、硫橋鍵( 5 5 0 一4 3 0c m 。1 ) 、碳一碳鍵在紅外光 譜上是弱信號，而在拉曼光譜上的信號很強(qiáng)。而且拉曼效應(yīng)對于分 子構(gòu)象的變化比較靈敏，生物大分子的結(jié)構(gòu)是螺旋體或平面折疊型， 因此偏振和退偏度的測定具有指導(dǎo)意義。并且拉曼光譜樣品用量很 少，可低至微克，這對生物化學(xué)體系也是非常重要的。由于這些特 點(diǎn)，拉曼光譜被越來越廣泛地應(yīng)用于研究各種生物高分子的結(jié)構(gòu)及 它們在水溶液中受外界環(huán)境( 溫度、離子強(qiáng)度、p h 等) 的影響。酰胺鍵 的九種振動(dòng)模式及其拉曼頻率如表1 2 所示。 在這些譜帶中，酰胺i 和i i i 譜帶在拉曼光譜為強(qiáng)譜帶，他們的強(qiáng) 度和位移對蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)如a 螺旋、p 折疊、無規(guī)卷曲、丫回轉(zhuǎn)、 b 回轉(zhuǎn)等是非常敏感的。a 螺旋的酰胺i 譜帶位于酰胺i 區(qū)較低波數(shù)范 圍，在l6 4 5 16 5 7 c m o 之間，其酰胺i i i 譜帶則位于酰胺i i i 區(qū)較高波數(shù) 范圍，在1 2 6 4 13 0 0 c m o 之間。p 折疊與僅螺不同，其酰胺l 譜帶位于 較高頻率范圍，通常在16 58 17 0 0 c m 一。酰胺i i i 譜帶則位于較低頻率 范圍，在l2 3 0 12 4 0 c m 1 之間。無規(guī)卷曲的酸胺i 譜帶具有中等的頻率 值，在l6 6 0 16 6 5 c m 1 范圍內(nèi)，酰胺i i i 譜帶與b 折疊的頻率相似，具 有較低的頻率值，在1 2 4 0 c m o 附近。b 回轉(zhuǎn)的酰胺譜帶位置與其它三 種結(jié)構(gòu)有所不同，其頻率值較分散。由于肽鍵( 酰胺鍵) 的環(huán)境是蛋白 質(zhì)主鏈構(gòu)象的反映。因此，可以利用肽鍵的特征振動(dòng)譜作為指標(biāo)， 來推斷蛋白質(zhì)的主鏈構(gòu)象【7 2 1 。 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 表1 2 蛋白質(zhì)酰胺鍵的九種振動(dòng)模式及其拉曼頻率 1 3 。4 7 核磁共振法 4 0 年代核磁共振被發(fā)現(xiàn)，5 0 年代，開始應(yīng)用核磁共振法( n m r ) 研究溶液中的蛋白質(zhì)構(gòu)象，8 0 年代獲得重大突破。19 8 6 年，k w i i t h r i c h 等人用二維核磁共振法( 2 d n m r ) 測定溶液中蛋白質(zhì)分子構(gòu)象，取得 了成功，從而開辟了一條測定溶液中蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的新途徑。到 目前為止，在測定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象方面，2 d n m r 法在精度上雖然還 不如x 射線衍射法，但它有許多優(yōu)點(diǎn)是x 射線衍射法無法比擬的。如： x 射線衍射法會破壞蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象，而n m r 法不會；x 射線衍射 法只能測定晶體蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象，而n m r 法可以測定溶液中蛋白 質(zhì)分子的構(gòu)象；x 射線衍射法只能測定蛋白質(zhì)分子的靜態(tài)構(gòu)象或構(gòu)象 變化的初始態(tài)和終止態(tài)，而n m r 法能夠測定蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象變化 過程f 7 3 1 。 由于n m r 法的非破壞性，用n m r 法來研究完整組織受到廣泛重 視，可根據(jù)n m r 譜圖確定其成分的存在和濃度。n m r 法可以研究溶 液條件如p h 、溫度、離子強(qiáng)度等的改變對蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象的影 響，觀察蛋白質(zhì)分子的變性過程與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系，研究蛋白質(zhì)分 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 子與蛋白質(zhì)分子之間或蛋白質(zhì)與核酸分子之間的相互作用。n m r 技 術(shù)還可以研究蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象動(dòng)力學(xué)。但是，二維、多維核磁共 振技術(shù)僅能測出溶液狀態(tài)下較小蛋白質(zhì)的構(gòu)象，可是對分子量較大 的蛋白質(zhì)的計(jì)算處理非常復(fù)雜。 1 4 納米材料的功能化修飾 1 4 1 納米材料表面功能化對生物分子的作用 碳納米管具有巨大的比表面積，許多有機(jī)( 包括生物分子) 或無 機(jī)分子可以共價(jià)或非共價(jià)地結(jié)合于碳納米管的表面，對碳納米管進(jìn) 行表面修飾或功能化。功能化的碳納米管可以獲得原始未修飾碳管 所沒有的性質(zhì)，包括使碳納米管在介質(zhì)中的分散程度和溶解性得到 提高、阻止蛋白分子的非特異性吸附、能夠識別和結(jié)合特定的生物 分子等。例如，l i n h a r d t 【7 4 1 等通過在碳納米管上固定肝磷脂，增加了 碳納米管的生物適應(yīng)性，使納米碳管更好的與血液相兼容。s h i m 等 4 7 1 以表面活性劑t r i t o n 和聚乙二醇( p e g ) 對s w n t s 進(jìn)行修飾，可以有效 阻止抗生物素蛋白鏈霉素在碳管表面的非特異吸附；在此基礎(chǔ)上， 以目標(biāo)蛋白的配體對碳納米管進(jìn)行進(jìn)一步的修飾，則可以實(shí)現(xiàn)碳納 米管對目標(biāo)蛋白的特異性結(jié)合。此外，經(jīng)親水性p e g 修飾的s w n t s ， 可以在水溶液中與牛血清白蛋白( b s a ) 進(jìn)行交換反應(yīng)，形成sw n t s 與b s a 的結(jié)合物，經(jīng)全蛋白分析證明，附著于碳納米管上的絕大部分 ( 8 6 士2 ) b s a 仍然具有生物活性【7 5 】；此外，以4 2 h y d r o x y n o n e n a l ( 4 2 h n e ) 功能化的m w n t s 與4 2 h n e 的抗體也可以發(fā)生特異性結(jié)合 【7 6 1 。r t e l l o 【7 7 1 等研究人員在金納米顆粒上修飾了多種帶有熒光的聚 合物。當(dāng)修飾后的金納米粒子與蛋白相互作用時(shí)，熒光猝滅的差異 使金納米粒子可以準(zhǔn)確識別不同的蛋白質(zhì)。此外他們還發(fā)現(xiàn)通過功 能化修飾的金納米粒子對0 【一胰凝乳蛋白酶活性的抑制作用是可控的 【78 1 。 1 9 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 2 組合化學(xué)的意義 組合化學(xué)，又稱多重合成法，是一種大量而快捷的合成方法。它 是根據(jù)組合論的思想將各種化學(xué)構(gòu)建單元以系統(tǒng)平行的方式進(jìn)行反 應(yīng)，可以在極短的時(shí)間內(nèi)迅速獲得大量的化合物。組合化學(xué)的本質(zhì)是 一種快速大量的合成方法，它是種將分子設(shè)計(jì)、化學(xué)合成、組合理論 及分子識別融合為一體的技術(shù)。根據(jù)已有的分子構(gòu)效知識，以某種藥 物先導(dǎo)化合物為起始原料，采用組合化學(xué)方法快速地合成出大量衍 生物，從而為藥物的篩選提供足夠的候選化合物。按照組合化學(xué)原理， 將不同分子有計(jì)劃、有規(guī)律、系統(tǒng)的合成出來的分子數(shù)量龐大的化 合物群即稱為化合物庫【7 9 。8 1 】。 目前的藥物開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期，即新的受體和酶正在 不斷地被證實(shí)為藥物治療的靶分子，但藥物開發(fā)者卻局限于篩選天 然產(chǎn)物的提取物或從化合物專利中尋找線索。由于組合化學(xué)能夠快 速地合成出成千上萬