论文摘要
近年来，由于可以促使农作物增产和品质的改善，稀土微肥在农业上的应用越来越广泛。大量生物机理的研究表明，稀土离子在合理浓度下使用，可以改善农作物抗病毒的能力，可以促进光合作用过程中光能的转化，还可以刺激细胞的生长，提高一些诸如过氧化氢酶（CAT），过氧化物酶（POD）及过氧化歧化酶（SOD）等酶的生物活性，但其化学机理尚不明白，这方面的研究也较少。主要原因是由于这些酶具有高化学活性、结构复杂性、构象易变性等特点，使研究这些酶与稀土离子相互作用比较困难。因此，本论文选取了与微过氧化物酶具有相似活性中心和生物活性的微过氧化物酶-11（MP-11）、微过氧化物酶-8（MP-8）作为模型化合物，以Eu3+为代表性的稀土离子，通过紫外-可见（UV-vis）吸收光谱、电化学方法和电喷雾质谱等手段研究了MP-11、MP-8和氯化血红素与Eu3+的相互作用，并且还研究了稀土三元配合物与Eu3+的相互作用：为今后进一步研究稀土离子及其配合物与酶的相互作用打下基础。得到的主要结果如下：1．Eu3+与MP-11相互作用的机理研究（1）当MP-11溶液中加入Eu3+后，由于稀土离子易与氧键合，加上MP-11分子中血红素卟啉环上的2个丙酸基团的羧基氧暴露程度大和带负电荷，Eu3+优先与MP-11分子中这2个羧基氧发生键合作用，形成配合物。由于这2个丙酸基团离卟啉环较近，因此，Eu3+与这2个羧基氧的键合使血红素卟啉环的非平面性增加，π-π*跃迁所需要的能量减少，但π-π*电子跃迁几率降低。由于肽链中氢键的形成，肽链上的羰基基团被包埋在肽链的疏水基团中，所以，Eu3+基本上没有与MP-11肽链中的羰基氧发生键合作用。（2）电喷雾质谱研究发现，MP-11溶液中加入Eu3+后，形成的配合物中Eu3+与MP-11的摩尔比为1，当溶液中Eu3+与MP-11的摩尔比增加时，只使反应更加完全而没有新的配合物产生，说明一分子Eu3+只与一分子MP-11相键合。电化学实验也证实了这个结论，即当Eu3+与MP-11的摩尔比小于1时，Eu3+基本上都与MP-11中的含氧基团发生了键合，因此在循环伏安曲线中，只观察到配合物的氧化还原峰，而没有Eu3+的氧化还原峰。如果当Eu3+的浓度大于1时，除了配合物的氧化还原峰外，还能观察到Eu3+的一对氧化还原峰，表明当Eu3+与MP-11的摩尔比大于1时，多余的Eu3+离子不再与MP-11配位。所以，在Eu3+与MP-11形成的配合物中，它们的摩尔比为1。（3）当MP-11与Eu3+形成配合物后，配合物的氧化还原峰峰电位差，△Ep比MP-11的小，峰电流比MP-11的大，说明配合物的电化学反应可逆性比MP-11好。这是由于Eu3+和MP-11的相互作用时，Eu3+与MP-11分子中血红素卟啉环上的两个羧基氧发生强的键合作用，使血红素卟啉环的非平面性增加，导致血红素卟啉环中Fe的暴露程度增加而引起的。另外，配合物对氧还原的电化学活性要高于MP-11，表明Eu3+与MP-11配位后，能增加MP-11的生物活性。2．微过氧化物酶的肽链结构对其与Eu3+相互作用的影响用氯化血红素（Hemin）、MP-8、MP-11和细胞色素C（Cyt c）与Eu3+进行相互作用，来研究微过氧化物酶的肽链长度对其与稀土离子相互作用的影响，为进一步研究酶与稀土离子相互作用的机理打下基础。（1）UW-vis吸收光谱的研究表明，与Eu3+相互作用后，Hemin、MP-8、MP-11和Cyt c的Soret带吸收峰峰强都下降，峰位都发生红移。其中，Hemin的Soret带吸光度的下降和峰位的红移都是最大的，而Cyt c的改变最小。由于Hemin的卟啉环没有与肽链相连，其带负电荷的丙酸基团的两个羧基氧完全裸露，最易与Eu3+键合。而Cyt c分子中血红素卟啉环所连的肽链最多，也最复杂，几乎将卟啉环上的丙酸基团完全包埋，羧基氧裸露程度最低，最不易与Eu3+键合。MP-8和MP-11由于肽链长度的不同而引起它们聚集方式的不同。MP-11以头尾相连的无规方式聚集，各MP-11分子的血红素平面不平行，结构比较松散，所以Eu3+与其作用后，引起的血红素非平面性增加的程度会较大。而MP-8分子是以血红素平面平行的密堆积的方式聚集，所以MP-8血红素原来的非平面性要低于MP-11，Eu3+与其作用后，血红素非平面性增加也比较困难，MP-8和MP-11原来的Soret带峰位分别为396和399nm也证明MP-8原来的平面性要高于MP-11。因此，Soret带峰位红移程度由大到小依次为Hemin＞MP-11＞MP-8＞Cyt-c，Soret带峰强下降的程度由大到小依次为Hemin＞MP-8＞MP-11＞Cyt c。（2）电化学的研究发现，Eu3+与Hemin、MP-8和MP-11都能键合而形成摩尔比为1的配合物。但是，虽然Eu3+与Hemin的键合最强，可在它们的配合物的循环伏安曲线中，基本上观察不到氧化还原峰，表明Eu3+阻碍了Hemin的电化学反应。对MP-8和MP-11来说，Eu3+能促进它们的电化学反应。由于MP-11的堆积方式较MP-8松散，因此，Eu3+与MP-11作用引起的血红素非平面性增加的程度要大于MP-8，所以Eu3+对MP-11的电化学反应的促进作用要大于对MP-8的。由于Cyt c中的血红素深埋在长的肽链中，Eu3+基本上不能与其血红素键合而形成配合物。因此，Eu3+对Cyt c的电化学反应不产生影响。3．镧-VB6-甘氨酸三元配合物与MP-11相互作用本章选取POD的模型化合物MP-11为研究对象，通过UV-vis吸收光谱、圆二色（CD）谱和电化学方法，系统研究了镧-甘氨酸（Gly）-维生素B6（VB6）三元配合物（LaLCl2）与MP-11的相互作用。（1）通过LaLCl2三元配合物与MP-11的UV-vis紫外吸收光谱发现，当两者摩尔比小于5时，Soret带的峰位几乎没变而峰强有所增加，但当摩尔比逐渐增加到大于10时，Soret带的峰位发生红移且吸收强度下降。这可能表明MP-11与LaLCl2相互作用有两种方式，即在低摩尔比时对MP-11有促进作用而高摩尔比时有抑制作用。并且三元配合物与MP-11发生了键合后，导致血红素卟啉环的非平面性增加，π-π*跃迁所需要的能量减少和π-π*电子跃迁的几率降低。（2）通过LaLCl2三元配合物与MP-11的CD谱发现，LaLCl2的加入，影响了与MP-11肽链的二级结构，使Soret带略有红移，且摩尔椭圆度均下降。随配合物浓度的增加，有序结构先增加后减少，表明配合物浓度持续增加时反而破坏了有序的二级结构，而且进一步导致MP-11中血红素的非平面性增加。（3）通过LaLCl2三元配合物与MP-11的电化学实验发现，LaLCl2与MP-11配合物的电化学反应为准可逆的和扩散控制的。并且在摩尔比为3时，LaLCl2对MP-11电化学反应的促进作用最为显著，但当摩尔比再增加时，促进作用反而随摩尔比的增加而逐步降低。这也反映了LaLCl2和MP-11的相互作用有2种方式。总之，三元配合物可与MP-11发生直接键合作用，进而影响MP-11肽链的二级结构，改变血红素周围的微环境，使血红素的非平面性增大，促进了MP-11的电化学反应。
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