基本信息
- 項目名稱：
- 卟啉光譜探針與蛋白質相互作用的機理研究及應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 1. 為了解決青霉素產(chǎn)品中殘余蛋白含量檢驗手段存在的測定時間長、結果重現(xiàn)性差、預處理手段繁瑣、靈敏度低等問題。我們選擇具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾、操作簡單等優(yōu)點的金屬卟啉配合物作為光譜探針用于殘余蛋白含量的檢測，為藥物生產(chǎn)提供了質量保障，從而節(jié)省了能源。 2. 采用分光光度法、熒光光度法相結合研究了自行設計合成的金屬鋅卟啉配合物作為光譜探針與牛血清白蛋白的作用機理，將化學理論計算與實驗相結合，確定了兩者結合機理類型和能量轉移過程參數(shù)，這對進一步研究該金屬卟啉在生物體內的作用提供了重要信息。 3. 在已有的機理研究基礎上，我們將該類鋅金屬卟啉作為光譜探針用于青霉素生產(chǎn)過程及產(chǎn)品中殘余蛋白含量的檢測及監(jiān)控，，獲得了令人滿意的效果。該體系的穩(wěn)定性、選擇性和準確度、靈敏度相對于已有的檢測青霉素殘余蛋白含量的同類技術顯示出其優(yōu)越性，并且該法操作簡便、成本較低。發(fā)表SCI相關論文3篇。
- 詳細介紹：
- 1. 青霉素產(chǎn)品中殘余蛋白的存在會造成人體過敏現(xiàn)象。目前，生產(chǎn)廠家采用的檢驗手段存在如測定時間長、結果重現(xiàn)性差、預處理手段復雜、靈敏度低等諸多問題。因此迫切希望建立一種簡便、快速且靈敏的測定痕量蛋白質的探針技術。 2. 基于上述研究背景，利用金屬卟啉配合物具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾、操作簡單等優(yōu)點，將其作為光譜探針。這是本課題選題的創(chuàng)新之處，但將該類卟啉用于痕量蛋白質測定的光譜探針之前，需要深入了解其與蛋白質的相互作用機理，因此研究二者之間的作用模式及機制具有重要意義。 3. 基于卟啉的取代基團所具有的性質，從理論上設計易于蛋白質結合的金屬卟啉配合物，從而自行設計并合成出四苯基-鋅卟啉及對稱性對羥基苯基-鋅卟啉兩種金屬卟啉，并完成了表征和純度分析。 4. 從金屬配合物光譜探針標記蛋白質的研究目的出發(fā)，采用分光光度法、熒光光度法相結合研究金屬鋅卟啉配合物作為光譜探針與牛血清白蛋白的作用機理，實驗了不同溫度下的結合常數(shù)，計算并確定了猝滅過程類型，將化學理論計算與實驗相結合，計算了兩者能量轉移效率和結合距離等參數(shù)，最后結合熱力學函數(shù)獲得了兩者作用力類型。這對進一步研究該金屬卟啉在生物體內的作用提供了重要信息。 5. 在系統(tǒng)研究了金屬鋅卟啉與蛋白質結合機理后，我們將該類鋅金屬卟啉作為光譜探針用于測定痕量蛋白質，建立該卟啉與痕量牛血清白蛋白定量分析體系所需的最佳實驗條件，評估該體系的穩(wěn)定性、選擇性和準確度、靈敏度相對于已有的檢測青霉素殘余蛋白含量的同類技術顯示出其優(yōu)越性，并且該法操作簡便、成本較低。將該方法應用于實際青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白含量的檢測及監(jiān)控，獲得了令人滿意的效果。該檢測體系用于實際生產(chǎn)廠家的在線檢測，為藥物生產(chǎn)提供了質量保障，從而節(jié)省了能源，為企業(yè)獲得了一定的經(jīng)濟效益。發(fā)表SCI相關論文3篇。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為避免青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白過高造成的生產(chǎn)控制困難和產(chǎn)品使用危險，利用金屬卟啉光譜探針靈敏度高、操作簡單、穩(wěn)定性好、抗干擾等優(yōu)點克服現(xiàn)有檢測手段的弊端，自行設計合成金屬鋅卟啉用于青霉素產(chǎn)品殘余蛋白含量的檢測。本課題基于金屬卟啉光譜探針標記蛋白質的作用機理研究，建立一種高靈敏、易操作、穩(wěn)定性好、選擇性高的用于青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白含量檢測的新方法。
科學性、先進性及獨特之處
- 采用熒光光譜法在分子水平上研究了金屬鋅卟啉與蛋白質相互作用機理及作用力類型，并計算出能量轉移效率及分子結合距離。首次采用分光光度法將金屬鋅卟啉作為光譜探針應用于痕量蛋白質測定，通過條件優(yōu)化證實了該法可行性和優(yōu)越性。 該方法應用于青霉素中殘余蛋白含量的測定比同類技術，具有靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強、操作簡單等優(yōu)點,實現(xiàn)了及時指導監(jiān)控生產(chǎn)質量，降低產(chǎn)品不合格率，帶來了可觀的經(jīng)濟效益。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 采用熒光光度法從分子水平研究了金屬卟啉與蛋白質間相互作用機理，為卟啉作為光譜探針開發(fā)應用及生命科學和醫(yī)學研究提供有用的數(shù)據(jù)和信息。以金屬卟啉為光譜探針，建立的痕量蛋白質檢測方法可用于食品檢驗、生命科學、臨床醫(yī)學等領域。用于青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白測定，克服了原有方法時間長、預處理手續(xù)繁瑣，靈敏度低等缺陷，獲得滿意的結果，從而控制產(chǎn)品質量，避免了產(chǎn)品造成的人體過敏現(xiàn)象，為生產(chǎn)企業(yè)帶來直接經(jīng)濟效益。
學術論文摘要
- 基于meso-四苯基-鋅金屬卟啉對牛血清白蛋白有內源熒光猝滅作用，測定了兩者在不同溫度下的結合常數(shù)，依據(jù)熱力學參數(shù)，推斷兩者間作用力類型，從分子水平上研究了相互作用機理。 此外，研究了對稱性對羥基苯基-鋅卟啉作為分光光譜探針測定牛血清白蛋白的最佳顯色條件。在有機極性小分子乙醇存在下，蛋白質的加入可增強THPP-Zn的吸光度。在最佳顯色條件下測得BSA對THPP-Zn的線性范圍為1.0 × 10-5 ~ 3.0 × 10-6 g?mL-1，檢出限為9.2 × 10-8 g?mL-1。此方法抗干擾能力強，有較好的選擇性和靈敏度，線性范圍寬，在青霉素G鉀工業(yè)鹽實際樣品的測定中取得了令人滿意的結果。從而實現(xiàn)了青霉素的生產(chǎn)控制和產(chǎn)品質量檢驗，提高了青霉素生產(chǎn)質量。該法還可用于臨床檢驗分析，其數(shù)據(jù)為生命醫(yī)學研究提供有利的參考。
獲獎情況
- 1. 熒光光譜法研究四苯基-鋅金屬卟啉與蛋白質的相互作用機理. 光譜學與光譜分析, 2009, 29(3): 773-776. (第一作者，SCI&EI收錄) 2. Meso-四(3,5-二溴-4-羥基苯基)卟啉褪色光度法測定蛋白質的研究與應用. 光譜學與光譜分析, 2008, 28(5): 1149-1152. (SCI&EI收錄) 3. 四-(二甲氨基苯基)卟啉及其金屬配合物的合成及光譜性能研究. 光譜學與光譜分析, 2007, 27(12): 25566-2569. (SCI&EI收錄)
鑒定結果
- 山東師范大學唐波、清華大學張新榮、山東大學徐桂英、江南大學李在均、中國石油化工研究院徐廣通等教授的鑒定結論：從選題、方案設計、結果等可看出，該作品設計思路新穎，分析手段先進，處于國內領先水平。
參考文獻
- [1] Investigation of interaction of cationic surfactant with HSA in the presence of alcohols using PFG-NMR and potentiometric technique[J]. Colloids and Surfaces A, 2004, 232(1). [2] Study on the formation and depolymerization of acridine orange dimer in acridine orange-sodium dodecyl benzene sulfonate-protein system[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2006, 298(2) [3] Advances in the study of luminescence probes for proteins[J]. Journal of Chromatography B, 2004, 803[4] Application of the dibromohydroxyphenylfluorone–molybdenum(VI) complex to the sensitive spectrophotometric determination of protein[J]. Analytical Chimica Acta, 2000, 403(1-2) [5] A novel method for the determination of protein utilizing 4-azochromotropic acid phenylfluorone–molybdenum(VI) complex[J]. Analytical Chimica Acta, 1999, 396(1) [6] Pattern recognition of proteins based on an array of functionalized porphyrins[J]. Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(7)
同類課題研究水平概述
- 蛋白質是人體中必不可少的重要組成成分，它與生命活動有著密切的聯(lián)系，并且與遺傳密碼的翻譯、信息的轉錄、DNA的復制都有密切聯(lián)系。蛋白質與有機小分子探針的反應機理探討，不僅對改進和發(fā)展檢測蛋白質的方法有促進作用，而且對闡明藥物在體內的傳輸及藥理作用也非常重要，是生命科學、臨床醫(yī)學和化學研究的重要內容。目前，它已引起了科學界極大關注和興趣，其中部分研究已經(jīng)應用于臨床醫(yī)學檢驗和生命科學中，這對于深入推動生命科學研究具有重要的現(xiàn)實意義。 卟啉廣泛存在于自然界和生命體中，對生物的新陳代謝起著至關重要的作用。它是一類有共軛骨架的大環(huán)化合物，其中心的四個氮原子都含有孤電子對，可與金屬離子結合生成大環(huán)共軛體系結構的金屬卟啉，其環(huán)內電子流動性非常好，因此，大多數(shù)金屬卟啉都有較好的光學性質。卟啉化合物已在生物化學、醫(yī)學、材料化學、光電化學、催化化學等領域中被廣泛研究和應用。近年來，人們又發(fā)現(xiàn)了卟啉化合物的一些新的應用領域，諸如LB膜、電化學傳感器、分子自組裝等。除此之外卟啉還可以用于腫瘤光治療中的光敏劑、催化溫和反應的催化劑、環(huán)境治理中使用的脫硝催化劑以及汽車尾氣處理中用的催化劑、非線型光學材料，并可以用于酶的模擬等。 分光光度法是一種光譜分析手段，作為一種重要的分析方法，它目前已廣泛應用于醫(yī)藥、食品、生命科學及環(huán)境監(jiān)測等諸多領域。而現(xiàn)行迅速發(fā)展的熒光分光光度法，因其包含著諸多的信息，如發(fā)射峰特征、能量轉移及熒光壽命等指標可對蛋白質分子中熒光生色基團的結構及其所處的微環(huán)境提供有效的信息。它在研究小分子與蛋白質的結合反應可以綜合利用蛋白質和小分子的熒光猝滅、能量轉移等各方面的信息，因而是機理研究的主要手段之一。 光譜探針是一種目前備受關注的檢測蛋白質的有效手段，而穩(wěn)定的染料-金屬探針由于其高選擇性和穩(wěn)定性而受到廣泛關注。卟啉由于其特殊結構，具有較強的熒光和高量子產(chǎn)率，可用于生物分子的識別，是較好的光譜探針，但其作用機理及平衡規(guī)律目前仍未研究透徹。因此開展蛋白質與金屬卟啉光譜探針相互作用的理論研究與應用有著深遠意義。通過對蛋白質與染料小分子的結合反應的機理研究，主要包括結合常數(shù)、結合位置、能量轉移類型及作用力類型等，由分子水平認識蛋白質分子與小分子相互作用機理，為生命科學研究提供有用信息和數(shù)據(jù)。發(fā)表SCI論文3篇，該成果經(jīng)專家組鑒定其水平達到了國內領先水平（見附件5）。
