十二烷基磺酸钠（SDS）对蛋白质淀粉样纤维化的作用

发布时间：2019-10-29 14:32

【摘要】：蛋白质是维持人体生命活动的重要物质,具有正确的空间构象是其发挥正常生理功能的先决条件。蛋白质的三维结构一旦被改变,就可能导致生物活性改变,甚至引发疾病。迄今为止,二十多种人类疾病被发现与蛋白质空间结构的错误折叠有关,如p淀粉样肽因错误折叠导致的纤维化是阿尔兹海默氏疾病的重要特征；α-核蛋白的淀粉样沉积与帕金森疾病有关等等,这些疾病的共同特征之一就是与之相关的蛋白质在一定条件下发生了淀粉样纤维化。研究表明,蛋白质纤维化主要经历三个过程,即滞后期→生长期→成熟期。但也有少数蛋白的纤维化过程不依赖于“核”,即无滞后期。蛋白质在纤维化过程中,其高级结构α-螺旋结构减少,β-折叠结构增加,分子内部疏水基团逐渐外露,这些性质与淀粉样纤维的物理化学性质及其细胞毒性密切相关。寻找淀粉样沉积相关疾病治疗药物的主要策略之一就是筛选那些能够抑制多肽淀粉样纤维化并破坏纤维结构的小分子化合物。不同化合物的抗纤维化作用可能经历不同的分子机制,作用于纤维化过程中的不同环节,深入研究各类小分子化合物的抗多肽淀粉样纤维化作用,可以为抗淀粉样变性疾病提供新的有效先导药物结构。本文选取牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)作为实验研究的模型蛋白质,探究其在不同条件下的纤维化过程,以及表面活性剂十二烷基磺酸钠(Sodium dodecyl sulfonate, SDS)在不同条件下对蛋白质纤维化的抑制作用和作用机理。研究的主要内容包括：BSA在不同pH条件下纤维化过程,SDS和SDS类似物对BSA纤维化过程的影响,并通过内源荧光、电泳等实验手段探究这些小分子化合物与BSA作用的分子机制。实验方法及实验结果：1.BSA的淀粉样纤维化采用硫磺素T (Thioflavine T, ThT)、8-苯胺基-1-萘磺酸(1-anilino-naphthalene-8-sulfonate,ANS)荧光标记技术、圆二色谱(CD)检测的BSA纤维化过程中结构的变化,透射电子显微镜(TEM)及电泳技术观察纤维化过程中的形态改变。实验结果表明,BSA在pH 7.4和pH 3.0环境下均能够形成淀粉样纤维,纤维化过程伴随p-折叠结构增加,α-螺旋结构减少,表面疏水性减弱,没有成核期。形成的BSA纤维呈现密集、交叉的形态,与通常的无分支结构的淀粉样纤维有所不同。电泳分析表明这些纤维聚集体具有共价和非共价结合两种方式。比较而言,在pH3.0环境下纤维达到成熟期所需的时间较长,内源荧光分析结果表明可能与低pH环境下蛋白质包裹更加紧密有关。2.SDS对BSA纤维化过程的影响SDS在pH 7.4和pH 3.0环境下均能抑制BSA的纤维化,且在一定浓度范围内,SDS的浓度与其抑制作用成正比。不同的是相同浓度的SDS在不同环境下表现出来的抑制作用不同,即pH 3.0时相对较弱。通过测定SDS在不同环境下对BSA内源荧光的作用,计算SDS与BSA的结合常数及结合位点数,证实SDS在pH 7.4环境与BSA具有更高的结合常数,结合比例为1：1。3.SDS类似物对BSA纤维化的抑制作用SDS是一种阴离子表面活性剂,一端为亲水的磺酸钠,另一端为疏水的直链烷烃.SDS可能通过疏水或者静电作用抑制BSA的纤维化。为此本文选取了几种与SDS结构类似的物质(己烷基磺酸钠、辛烷基磺酸钠、癸烷基磺酸钠、十四烷基磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十二酸钠),通过这些化合物的作用探索这类物质抑制BSA纤维化的作用机制。实验结果表明,在pH 7.4环境下,SDS主要通过疏水作用力与BSA作用,进而抑制纤维化,当疏水链的C原子数目小于10时,相同浓度的物质对BSA纤维化的抑制作用与其C原子数目成正比；当C原子数目等于或大于10时,相同浓度的物质对BSA纤维化的抑制作用基本相同。在pH 3.0环境下,十二酸钠可促进BSA的纤维化,可能的原因是羧基在酸性条件下主要以羧酸分子形式存在,此时羧基上的氢与周围的质子受体发生作用,从而促进蛋白质构象向易于纤维化的构象转变。结论：BSA在中性(pH 7.4)和弱酸性(pH 3.0)的环境下均能够形成淀粉样纤维。纤维生长不依赖于成核过程,同时伴随分子中α-螺旋结构减少、β-折叠结构增多、表面疏水性减弱等性质改变,最终形成的纤维呈现密集、具有分支结构的形态。比较而言,BSA在pH 3.0环境下纤维化的速率较小。阴离子表面活性剂SDS能够抑制BSA的纤维化,但相同浓度的SDS在不同pH环境下抑制作用不同。pH 7.4环境下SDS通过疏水作用与BSA结合抑制其纤维化,而在pH 3.0的环境下SDS与BSA间的结合力降低,导致抑制纤维化的作用减小。
【图文】：

Ｐａｔｔｅｒｎ邋２逡逑图１－１邋ａ－螺旋结构转化为ｐ？折叠结构的两种模型图逡逑Ｆｉｇ邋１－１邋Ｔｗｏ邋ｍｏｄｅｌ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ａ－邋ｈｅｌｉｘ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ邋ｐ－邋ｓｈｅｅｔ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑通过上图可知：ａ－螺旋结构转化为（３－折叠结构存在两种可能的模型。第一种逡逑型是大量的表面活性剂作用于多化链中的某些链，随着表面活性剂分子的浓度逡逑大，作用的多化链数目越多；第二种模型是大量的表面活性剂平均作用于每条逡逑化链，随着表面活性剂分子的浓度增大，，作用于每条多r懒吹男》肿邮�目平均逡逑多。逡逑此外，还有疏水基团的暴露程度越来越大及聚集体的产生，最终形成不可溶逡逑纤维。生成的纤维经刚果红染色后在偏光显微镜下观察，会看到粗壮的纤维逡逑且呈现苹果绿色：经过a惡姿峄虼姿嶂崛旧�后的成熟纤维在透射电子纤维镜逡逑观察，可看到纤维更加精细的结构，纤维的形态呈现粗壮、密集、无分支的逡逑链，且相互缠绕交织。除此之外，目前能够用于研究蛋白质淀粉样纤维化的技逡逑越来越多，比如圆二色谱技术、高效液相ｔｗ、质谱ｔｗ、核磁＾７］等。更多方法的逡逑生也奠定了这一研究在人类科学及生命史上的重要地位。逡�

本文编号：2553563