| 题名 | 磷酸腺苷与精氨酸、Mg2+及阳离子脂质体的相互作用研究 |
| 作者 | 刘书花 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-14 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 吕功煊 |
| 关键词 | 磷酸腺苷(ATP 精氨酸 Mg2+ 脂质体 相互作用 构象变化 adenosine phosphate (ATP arginine Mg2+ liposome interaction conformational transition ADP 和AMP) ADP and AMP) |
| 学位专业 | 物理化学（含：化学物理） |
| 中文摘要 | 本论文分别在水溶液和脂质体体系内研究了磷酸腺苷（包括ATP、ADP 和AMP）与精氨酸以及金属Mg2+离子之间的相互作用，并对相互作用过程中精氨酸分子的构象变化进行了深入分析；同时，研究了磷酸腺苷在阳离子脂质体中的作用情况，以及由此相互作用而可能导致的磷酸腺苷的分子构象转变。 ATP 作为生物体内一种普遍存在的能量物质，在一切生命活动中具有非常重要、不可或缺的作用。首先，由于ATP 与精氨酸以及金属离子之间的相互作用在蛋白质，特别是含有ATP 的许多酶催化反应中都起到非常关键的作用，因此对于它们之间相互作用的研究，有助于我们在分子水平上理解酶催化反应的机制，尤其是合成ATP 的关键酶—ATP 合酶的催化反应机制及催化位点处的酶构象变化。其次，由于ATP 作为一种核苷酸，是核糖核酸的构成单元，本身也具有与核酸类似的性质，因此可以将其作为核酸与阳离子脂质体反应的替代物而用于核酸/阳离子脂质体复合物的研究当中，这些结果将有助于我们深入理解核酸与阳离子脂质体之间的相互作用方式以及复合过程，同时对于阳离子脂质体应用于基因治疗的研究具有重要的理论指导意义。 1. 磷酸腺苷与精氨酸之间的相互作用及精氨酸分子构象分析 （1）利用核磁共振（NMR）光谱方法，研究了水溶液中L-精氨酸分别与ATP、AMP 混合后的相互作用及其构象变化，为氢键和静电作用导致的精氨酸分子构象转变提供了实验依据。通过对重水溶液中L-Arg/AMP、L-Arg/ATP 体系的1HNMR、13C NMR 光谱测试，发现精氨酸的1H 和13C 化学位移与标准L-精氨酸样品相比都发生了明显变化，这表明在混合体系中精氨酸与AMP 和ATP 都存在着氢键和静电作用，这种相互作用会导致精氨酸的分子构象发生转变。 （2）在脂质体这一模拟生物膜体系内对精氨酸与磷酸腺苷的相互作用进行了研究，获得了一些有价值的实验数据。 （3）制备了L-精氨酸盐酸盐/DPPC 混合脂质体，利用透射电镜方法表征了脂质体的形貌、粒径，发现脂质体呈明显的双层膜圆球形结构，其粒径为100～200 nm。紫外－可见光谱研究表明L-精氨酸盐酸盐/DPPC 脂质体受体与ATP 分子之间会发生氢键作用。 （4）制备了DPPC 空白脂质体和L-精氨酸/DPPC 混合脂质体，在L-精氨酸/DPPC 混合脂质体内，容易地实现了将L-精氨酸分子连接在脂质体的外膜表面，使之有利于和水溶液中ATP 分子发生相互作用。 （5）利用红外和核磁共振光谱技术研究了L-精氨酸/DPPC混合脂质体与ATP的相互作用，发现精氨酸的胍基与ATP 的磷酸根阴离子在脂质体的外膜表面具有很强的相互作用，并使精氨酸的分子构象发生转变。 2. 二元和三元体系中ATP 与精氨酸、Mg2+的相互作用 （1）在pH 2～10 的研究范围内，ATP 无论在1:1 的ATP–Mg2+和ATP–Arg二元体系中，还是在1:1:1 的ATP–Mg2+–Arg 三元体系中，ATP 与Mg2+以及精氨酸的相互作用都是随pH 变化的，但在各个不同体系、不同pH 范围，变化情况不完全相同。 （2）在二元和三元体系中，31P NMR 光谱结果表明α-P 在整个pH 研究范围内都不会参与键合作用，而β-P 和γ-P 无论是在二元体系，还是在三元体系中，与Mg2+及精氨酸都会发生键合。1H NMR 光谱结果表明ATP 与Mg2+及精氨酸发生相互作用时，不仅其磷酸根阴离子会参与配位，其腺嘌呤碱基也会参与配位。但是，ATP 与Mg2+的作用方式和其与精氨酸的作用方式不尽相同。 （3）UV-Vis 光谱结果表明当ATP 溶液的pH 值为8.49，在1:1 的ATP–Mg2+二元体系中，Mg2+的加入会引起ATP 溶液中ATP 分子发生碱基堆积；但当ATP溶液的pH 值为3.09 时，则不会发生碱基堆积。而在ATP–Arg 二元体系中，无论是在碱性条件还是酸性条件下，都不会产生碱基堆积。 3. 磷酸腺苷与阳离子脂质体之间的相互作用及AMP 分子构象转变分析 （1）深入研究了AMP、ADP 和ATP 等核苷酸小分子，分别和DODAB 阳离子脂质体泡囊的相互作用情况。 （2）凝胶过滤－紫外光谱测试表明在最大吸附时，AMP、ADP 和ATP 在DODAB 阳离子脂质体上的吸附电荷比DODAB/AMP（或ADP、ATP）都是2:1，但它们的吸附摩尔比却不相同。透射电镜观察到不同浓度、不同种类的核苷酸分别与DODAB 阳离子脂质体混合后所引起的脂质体不同程度的聚集或者脂质融合，这是因为随着核苷酸的加入，降低了DODAB 阳离子脂质体表面的正电荷，这样就使得相互之间的排斥力减小，从而发生了聚集或者脂质融合。 （3）zeta－电势或电泳迁移率的测定以及粒径分析表明，在一定浓度的DODAB阳离子脂质体中，随着核苷酸的不断加入，脂质体的zeta－电势或电泳迁移率会逐渐降低，而平均粒径却逐渐增大。但当核苷酸加入到一定程度以后，则不会再引起脂质体zeta－电势或电泳迁移率以及其平均粒径的变化，这一临界点恰好发生在DODAB与核苷酸的吸附电荷比为2:1时。 （4）研究了由AMP与DODAB阳离子脂质之间的相互作用而导致的AMP分子构象转变。浊度以及粒径分析表明在一定浓度的DODAB阳离子脂质溶液中不断加入AMP溶液，阳离子脂质的浊度几乎不受影响，而且其粒径也几乎没有变化。 （5）Zeta－电势及紫外－可见光谱结果表明AMP分子的磷酸根与DODAB阳离子脂质带正电的头基部分有静电作用，而且，其腺嘌呤碱基部分与DODAB阳离子脂质双层界面具有疏水作用。二维1H NOESY光谱结果表明AMP与DODAB阳离子脂质之间的相互作用导致了AMP分子发生了构象转变，由anti构象转变为syn构象。 |
| 学科主题 | 仿生催化 |
| 公开日期 | 2013-05-27 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/3105]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_OSSO国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘书花. 磷酸腺苷与精氨酸、Mg2+及阳离子脂质体的相互作用研究[D]. 中国科学院研究生院. 2007. |
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