环境扰动诱导蛋白质结构变化的广义二维相关光谱研究

摘要

广义二维相关光谱分析技术已被广泛地应用于溶液环境扰动诱导的蛋白质二级结构变化的研究中。这些研究的一个共同点就是，都利用了广义二维相关光谱分析技术中的第二大基本优势，即所谓的“序列顺序”规则。已有的研究中普遍阐明的一个基本问题是：蛋白质结构的变化并不是一个完全协同的过程，而是存在序列顺序。然而，广义二维相关光谱分析技术仍然存在一些问题。已有(包括我们自己)的研究表明，该光谱分析技术的两大基本优势之一：可提高光谱分辨能力，有很大的不确定性，其分辨得到的峰可能是因为峰位移、峰宽变化等因素导致的虚假峰；我们最近的研究结果也表明，其第二大优势：提供在外扰作用下峰强度变化的“序列顺序”也不具有普适性。
　　 本课题采用广义二维相关光谱分析技术并结合原位光谱分析的方法对几种典型环境诱导的蛋白质结构变化过程及变化机制进行了研究；同时对广义二维相关光谱分析技术中存在的问题进行验证，可为进一步完善广义二维相关光谱分析技术的理论及其方法学提供依据。具体研究内容如下：
　　 1.研究了人血清白蛋白在ATR晶体表面的吸附过程，发现二维相关分析比二阶导数法多分辨出的三个新峰可能是由于峰位移等原因造成的。通过原位光谱分析得到的三个子峰的强度变化存在如下的局部“序列顺序”：在1650 cm-1处的峰强度变化先于1625及1681 cm-1，即1650>1625≈1681 cm-1。由峰面积所代表的含量变化结果可知人血清白蛋白的吸附过程分为三个阶段：在25分钟前，蛋白质的二级结构没有发生明显的变化；25分钟到50分钟，α螺旋的含量不断降低转化为了短的伸展链部分及无规卷曲结构，三种二级结构的变化同时发生；50分钟以后，α螺旋的含量变化趋于平缓，少量转角及伸展链结构缓慢转化为了无规卷曲结构。
　　 2.研究了β-乳球蛋白在ATR晶体表面吸附过程的二级结构变化情况。原位光谱分析得到的1627、1651、1684 cm-1处的峰强度变化先于1666 cm-1。前15分钟，三个峰强度变化的速率大小为：1627(7.38E-4)>1651(6.83E-4)>1684(3.21E-4)cm-1。通过峰面积含量变化计算结果可知：在吸附的前10分钟，β-Lg没有发生明显的二级结构转变；10分钟到15分钟，反平行β-折叠(低波数部分1627 cm-1)含量降低并转变为了无规结构部分(1651cm-1)；β-转角(1666cm-1)与β-折叠(高波数部分1684 cm-1)含量在吸附的前20分钟没有发生明显变化。20分钟之后，β-转角结构(1666 cm-1)的含量稍有下降并转变为了反平行β-折叠(高波数部分1684 cm-1)。
　　 3.研究了不同猝灭剂(碘化钠及丙烯酰胺)对马心肌红蛋白中的两种色氨酸残基(W7与W14)的猝灭过程。原位荧光光谱分析得到：NaI及AA作用下W7与W14的强度均同时发生变化，不存在局部“序列顺序”。红外光谱研究得到HM溶液随着浓度的降低发生部分去折叠，W14所处的环境(10μM)不如在较高浓度(2.mM)下的疏水，碘离子能够进入并猝灭其荧光。由于W7暴露于水相中，因此NaI能够更快的猝灭W7的荧光，而AA对W7与W14的荧光强度猝灭速率基本相同。
　　 运用广义二维相关光谱对以上三个体系进行了分析，发现得到的整体“序列顺序”均与原位光谱分析得到的结果不符。