电解质溶液中牛血清白蛋白分子相互作用的动态光散射研.pdf

( ) 第 32 卷 分析化学 FENXI HUAXU E 　研究报告 第 11 期 2004 年 11 月 Chinese Journal of Analytical Chemistry 1421～1425 电解质溶液中牛血清白蛋白分子相互作用的动态光散射研究 李军锋　邢　达 　李绍新 (华南师范大学激光生命科学研究所 , 广州 510631) 摘 　要 　溶液中粒子的扩散系数对浓度的依赖关系主要取决于粒子在溶液中所占的体积分数和粒子间的排 斥与吸引作用力 ,这种依赖关系可以通过作用参数 λ来表示。本研究利用动态光散射技术测量了不同离子 强度下牛血清白蛋白分子的扩散系数 ,求出了相应条件下的 λ值。结果表明 ,在低离子强度下 , λ是正值 ,蛋 白质分子间的作用以排斥力为主,随着离子强度的逐渐增大 , λ变为负值 ,蛋白质分子间的作用以吸引力为 主 ,当离子强度大于 0. 5 mol/ L 的时候 ,蛋白质开始发生聚集。利用 DLVO 理论的两体硬球相互作用模型解 释了蛋白质分子间相互作用的变化规律 :随着离子强度的增加 ,静电斥力被屏蔽 ,范德华分子作用力起主要作 用。根据 值与离子强度变化的相关性 , 回归出了蛋白质参数: 在实验条件下 , 蛋白质所带的有效电荷 ZP = - 9. 0 e 、Hamaker 常量 A H = 2. 8 kB T 。实验结果表明:动态光散射技术可以有效地用来研究蛋白质分子 间的相互作用。 关键词 　动态光散射 , 蛋白质相互作用 , 扩散系数 , 作用参数 1 　引　　言 长期以来 ,水溶液中蛋白质的相互作用问题是人们研究的热点 ,而蛋白质的聚集问题尤其引人注 目,这是因为蛋白质的聚集跟晶体的制备和某些疾病的形成有着密切联系。首先 ,高质量的蛋白质晶体 对于晶体结构的分析是至关重要的 ,而蛋白质晶体的制备关键是使溶液中蛋白质分子不断地聚集到形 成的晶核上 ,然后从溶液中沉淀出来。但是 ,聚集条件与温度、p H 值、盐浓度及蛋白浓度等很多因素有 关 ,使得这一过程相当复杂。目前 ,许多生物大分子的晶体培养工作仍很困难 ;其次 ,在病理上 ,几种严 重危害人类身体健康的疾病主要是由蛋白质的聚集造成的。例如 , 白内障的产生是由于眼球晶状体中 α 的 晶体蛋白聚集导致光的强烈散射造成的 ,镰刀状细胞贫血症是由于异常血红蛋白聚集成纤维状导 致红细胞变形破碎造成的 1 。蛋白质的聚集过程是一个分子间相互作用的过程,如果能够清楚蛋白质 分子间的相互作用是如何依赖实验条件的变化 ,基于蛋白质的基本特征提出具有预见性的蛋白质相互 作用模型是非常有意义的。最近 Wu 等2 通过测量牛血清白蛋白在高离子强度水溶液中的渗透压的变 化 ,来研究蛋白分子的相互作用情况 ,实验的结果通过硬球作用模型取得了半定量的解释。 本研究利用动态光散射技术 ,研究了牛血清白蛋白分子的扩散系数在不同离子强度溶液中随蛋白 质浓度的变化情况。通过扩散系数的变化分析了分子间作用力的变化 ,采用 DLVO 理论的两体硬球相 互作用模型解释了蛋白质分子间的相互作用随离子强度变化的相关性。 2 　原　　理 2 . 1 　动态光散射技术 动态光散射技术是借助光子相关原理 ,检测因布朗运动而产生的散射光强的涨落 ,从而得到散射质 点动态行为的信息。对于无限稀释的溶液 ,通过分析散射光强的自相关函数3 ,可以得到分子的平动 扩散系数 D 0 , 而 D 0 与自由运动分子的流体力学半径是相联系的 : kB T ( ) D 0 =