激光诱导游离色氨酸对血红蛋白反应动力学影响及机理
发布时间：2020-03-10 04:02
【摘要】：血红蛋白活性中心铁卟啉具有环状共轭结构,类似于叶绿素,可以吸收特定波长光,光会诱导铁卟啉发生氧化还原反应。研究中发现,紫外区波长光照射血红蛋白的氧化还原反应情况优于铁卟啉特征吸收波长(406 nm)光照射情况。无游离色氨酸(Trp)时,266 nm激光激发后高铁血红蛋白(metHb)、脱氧血红蛋白(deoxy Hb)、氧合血红蛋白(HbO_2)和碳氧血红蛋白(HbCO)均被激发至各自相应的激发态,其Soret带谱峰衰减至基态的时间大致相同;加入游离Trp后,激发态Trp会转移能量到铁卟啉,在直接和间接光能量双重作用叠加下,激发态铁卟啉衰减时间发生变化。metHb、deoxy Hb和HbCO衰减时间明显延长,但对HbO_2影响相对较小。根据瞬态吸收光谱、动力学曲线和紫外-可见吸收光谱综合分析可知,在加入游离Trp前后,4种形态血红蛋白在被入射光激发后,铁卟啉均反应至具有(或近似具有)一空位的铁六配位平面卟啉结构状态。
【图文】：
在时间零点的振幅，τi为组分的特征寿命参数。最终拟合指数方程由较小的χ2值和τ值标准差SD确定。2结果与讨论2.1血红蛋白的化学氧化与还原血红蛋白铁卟啉活性中心的铁可以呈现出不同的价态，我们在使用前对样品蛋白进行了紫外-可见光谱的表征，发现其有明显的高铁血红蛋白特征吸收峰，分别在406、537、577和630nm处。向血红蛋白样品中加入不同浓度的铁氰化钾溶液，待其反应一段时间后，进行紫外-可见光谱表征，发现随着铁氰化钾浓度的增加，蛋白406nm处吸收峰逐渐升高，537和577nm处吸收峰有所降低(图1A)，这表明样品中大多数为高铁血红蛋白，还有少部分的为非高铁血红蛋白。向血红蛋白样品中加入不同浓度的连二亚硫酸钠溶液，待其反应一段时间后，进行紫外-可见光谱表征，发现随着连二亚硫酸钠浓度的增加，蛋白406nm处吸收峰先逐渐降低后红移到430nm，537和577nm处吸收峰先逐渐升高后又消失，在555nm处出现新的吸收峰，630nm处吸收峰逐渐降低。430和555nm处吸收峰都是脱氧血红蛋白的特征吸收峰(图1B)，这表明弱还原剂连二亚硫酸钠能够将血红蛋白活性中心的三价铁还原为二价铁。(A)Fromatof,theconcentrationofpotassiumferricyanidewere0,1×10-4,2×10-4,3×10-4,4×10-4,5×10-4mol·L-1,respectively;(B)Fromatof,theconcentrationofsodiumdithionitewere0,1×10-3,2×10-3,3×10-3,4×10-3,5×10-3mol·L-1,respectively图1氧化剂与还原剂对Hb紫外-可见吸收光谱的影响Fig.1EffectsofoxidizingagentandreducingagentonUV-VisabsorbancespectraofHb1341
无机化学学报第33卷2.2血红蛋白的光照还原本实验首先研究不同波长氙灯光对血红蛋白光照还原情况的影响，实验选用氙灯分出的不同定波长(260、280、320、355和406nm)的光照射血红蛋白样品2h，测定其紫外-可见吸收光谱(图2)。经不同波长光照后，蛋白的Soret带406nm处特征吸收峰强度均降低并有轻微的红移，在Q带537、577和630nm处的特征吸收峰有明显的降低，其中260nm波长光有最明显的还原效果，406nm波长光的还原作用次之。406nm处为铁卟啉Soret带的特征吸收峰，因此406nm波长光易被吸收从而使蛋白被还原；260、280、320和355nm等波长光也可还原metHb，且260nm光照还原效果比406nm光照还原效果明显，这可能与蛋白中含有的芳香族氨基酸(如Trp，Tyr)有关，还可能与诱导光能量的增强有关，因此在后续实验中我们设想加入游离Trp研究其对蛋白光照反应的影响。另外对照实验中，未光照的添加游离Trp前后的血红蛋白紫外吸收谱图相同，说明游离Trp和血红蛋白是没有相互作用的。2.3266nm激光照射后血红蛋白瞬态吸收光谱2.3.1血红蛋白瞬态吸收光谱为了进一步探究血红蛋白的光还原过程，以及血红蛋白铁卟啉活性中心结构变化的情况，，用266nm激光照射metHb、deoxyHb、HbO2和HbCO溶液，得到不同时刻的瞬态吸收光谱(图3)。从图3中可以看出，在266nm激光激发后，metHb在405nm附近有吸收峰，deoxyHb在430nm附近有吸收峰；HbO2在415nm附近有吸收峰；HbCO在420nm附近有吸收峰。405nm附近吸收峰为三价铁血红素的特征吸收峰，430nm附近吸收峰为二价铁血红素的图2不同定波长氙灯光照metHb2h后对metHb紫外-可见吸收光谱的影响Fig.2EffectsonUV-VisabsorbancespectraofmetHbirradiatedbyxenonlampfor2hatdifferentfixedwavelengths
【图文】：
在时间零点的振幅，τi为组分的特征寿命参数。最终拟合指数方程由较小的χ2值和τ值标准差SD确定。2结果与讨论2.1血红蛋白的化学氧化与还原血红蛋白铁卟啉活性中心的铁可以呈现出不同的价态，我们在使用前对样品蛋白进行了紫外-可见光谱的表征，发现其有明显的高铁血红蛋白特征吸收峰，分别在406、537、577和630nm处。向血红蛋白样品中加入不同浓度的铁氰化钾溶液，待其反应一段时间后，进行紫外-可见光谱表征，发现随着铁氰化钾浓度的增加，蛋白406nm处吸收峰逐渐升高，537和577nm处吸收峰有所降低(图1A)，这表明样品中大多数为高铁血红蛋白，还有少部分的为非高铁血红蛋白。向血红蛋白样品中加入不同浓度的连二亚硫酸钠溶液，待其反应一段时间后，进行紫外-可见光谱表征，发现随着连二亚硫酸钠浓度的增加，蛋白406nm处吸收峰先逐渐降低后红移到430nm，537和577nm处吸收峰先逐渐升高后又消失，在555nm处出现新的吸收峰，630nm处吸收峰逐渐降低。430和555nm处吸收峰都是脱氧血红蛋白的特征吸收峰(图1B)，这表明弱还原剂连二亚硫酸钠能够将血红蛋白活性中心的三价铁还原为二价铁。(A)Fromatof,theconcentrationofpotassiumferricyanidewere0,1×10-4,2×10-4,3×10-4,4×10-4,5×10-4mol·L-1,respectively;(B)Fromatof,theconcentrationofsodiumdithionitewere0,1×10-3,2×10-3,3×10-3,4×10-3,5×10-3mol·L-1,respectively图1氧化剂与还原剂对Hb紫外-可见吸收光谱的影响Fig.1EffectsofoxidizingagentandreducingagentonUV-VisabsorbancespectraofHb1341
无机化学学报第33卷2.2血红蛋白的光照还原本实验首先研究不同波长氙灯光对血红蛋白光照还原情况的影响，实验选用氙灯分出的不同定波长(260、280、320、355和406nm)的光照射血红蛋白样品2h，测定其紫外-可见吸收光谱(图2)。经不同波长光照后，蛋白的Soret带406nm处特征吸收峰强度均降低并有轻微的红移，在Q带537、577和630nm处的特征吸收峰有明显的降低，其中260nm波长光有最明显的还原效果，406nm波长光的还原作用次之。406nm处为铁卟啉Soret带的特征吸收峰，因此406nm波长光易被吸收从而使蛋白被还原；260、280、320和355nm等波长光也可还原metHb，且260nm光照还原效果比406nm光照还原效果明显，这可能与蛋白中含有的芳香族氨基酸(如Trp，Tyr)有关，还可能与诱导光能量的增强有关，因此在后续实验中我们设想加入游离Trp研究其对蛋白光照反应的影响。另外对照实验中，未光照的添加游离Trp前后的血红蛋白紫外吸收谱图相同，说明游离Trp和血红蛋白是没有相互作用的。2.3266nm激光照射后血红蛋白瞬态吸收光谱2.3.1血红蛋白瞬态吸收光谱为了进一步探究血红蛋白的光还原过程，以及血红蛋白铁卟啉活性中心结构变化的情况，，用266nm激光照射metHb、deoxyHb、HbO2和HbCO溶液，得到不同时刻的瞬态吸收光谱(图3)。从图3中可以看出，在266nm激光激发后，metHb在405nm附近有吸收峰，deoxyHb在430nm附近有吸收峰；HbO2在415nm附近有吸收峰；HbCO在420nm附近有吸收峰。405nm附近吸收峰为三价铁血红素的特征吸收峰，430nm附近吸收峰为二价铁血红素的图2不同定波长氙灯光照metHb2h后对metHb紫外-可见吸收光谱的影响Fig.2EffectsonUV-VisabsorbancespectraofmetHbirradiatedbyxenonlampfor2hatdifferentfixedwavelengths
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