镉离子电极法研究蛋白质与金属离子的结合反应及离子竞争

论文摘要

金属离子与生物大分子的相互作用研究是当今生命科学、化学等领域的重要研究课题。本文采用离子选择电极法,研究了两种重要蛋白质:转铁蛋白、钙调素与金属离子之间的结合平衡及离子竞争。转铁蛋白（transferrin,Tf）是一种铁结合性糖蛋白,每个转铁蛋白分子含有两个铁（Ⅲ）结合位点,主要功能是结合游离铁,控制铁的新陈代谢。人血清Tf在正常的生理状态下仅有30%被铁饱和,因而也能与其它金属离子结合。已有的金属离子与Tf的结合研究主要是应用紫外差谱法,这种方法只能反映引起蛋白构象变化的结合,但对于金属离子与Tf非特异性结合位点的结合就不能指示了。本文利用镉离子选择电极,直接测定溶液中游离金属离子的浓度,结果更加准确。我们得到:1、伴阴离子有促进转铁蛋白与金属离子结合的作用。不含伴阴离子时,Tf与Cd2+有一个结合位点,结合常数是:lgK1=5.51。含有伴阴离子时,转铁蛋白与镉离子的结合数增加为2个,结合常数是:lgK1=6.22,lgK2=5.23。2、随着酸度的增加,转铁蛋白与Cd2+的结合位点数和结合常数均在减少。钙调素广泛存在于动植物体内,作为一种广谱多肽第一信使产生多种生物学功能,并具有跨膜及胞内信号转导机制。钙调素并非单一结合Ca2+,与钙离子半径相差不大的许多金属离子均能与Ca2+产生竞争结合CaM,从而对钙调素功能产生影响。我们利用镉离子选择电极研究了Cd2+与CaM的结合反应,以及利用电极作为探针研究CaM中离子竞争问题,对于在分子水平上理解金属离子对钙调素功能的影响有一定的生物学意义。主要结论如下:1、实验结果表明CaM有十个镉离子结合位点。通过程序我们求解出了Cd2+结合CaM的逐级稳定常数:lgK1=7.76,lgK2=6.88,lgK3=6.51,lgK4=6.30,lgK5=6.11,lgK6=6.01,lgK7=5.86,lgK8=5.68,lgK9=5.52,lgK10=5.39。2、溶液中存在大量Ca2+时,由于Ca2+优先结合CaM的主位点,Cd2+只结合CaM的辅结合位点,即溶液中有Ca2+存在下,Cd2+与CaM的结合数为6个。3、在pH为4.5时,随着酸度的增加,平均配位数减少,CaM与Cd2+平均配位数n为4。通过程序我们求解了Cd2+结合CaM的逐级稳定常数:lgK1=5.13,lgK2=4.95,lgK3=4.80,lgK4=4.70。4、用镉离子选择电极做探针,证明了稀土离子均能与Cd2+竞争结合CaM,不同的稀土离子结合常数不同,但是相差不大。用MATLAB程序求解了稀土离子与CaM的逐级结合常数,从定量的角度阐明了钙调素与离子结合反应的能力,为研究稀土离子的生物学效应提供依据。以上研究,有助于我们深入地了解蛋白质与金属离子结合的真实情况,为金属离子与生物大分子的相互作用提供有价值的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 转铁蛋白
• 1.1.1 转铁蛋白的结构
• 1.1.2 转铁蛋白的功能
• 1.1.3 伴阴离子与转铁蛋白的结合
• 1.2 钙调素
• 1.2.1 钙调素的理化性质
• 1.2.2 钙调素的结构与功能
• 1.2.3 钙调素与离子相互作用的研究
• 1.3 离子选择电极法概述
• 1.3.1 电极的选择性与选择系数
• 1.3.2 电极线性测量范围与检测下限
• 1.3.3 电极的响应时间与电极的稳定性
• 1.4 实验原理及MATLAB 数据处理
• 1.4.1 实验原理
• 1.4.2 MATLAB 数据处理
• 1.5 本文的研究工作及创新之处
• 第二章 镉离子选择电极性能测试
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验仪器与试剂
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 线性范围的测试
• 2.2.2 pH 值对电极电位的影响
• 2.2.3 离子强度对电极电位的影响
• 2.2.4 无机阳离子对电极电位的影响
• 2.3 本章小结
• 2+结合反应的离子选择性电极法研究'>第三章 转铁蛋白与Cd²⁺结合反应的离子选择性电极法研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验仪器与试剂
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与分析
• 2+的结合反应'>3.2.1 镉离子选择性电极研究转铁蛋白与Cd²⁺的结合反应
• 2+的结合反应的研究'>3.2.2 伴阴离子存在下对转铁蛋白与Cd²⁺的结合反应的研究
• 2+结合能力的影响'>3.2.3 含伴阴离子时，酸度对转铁蛋白与Cd²⁺结合能力的影响
• 3.3 本章小结
• 2+的结合平衡'>第四章 镉离子选择性电极研究钙调素与Cd²⁺的结合平衡
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器与试剂
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与分析
• 2+的结合平衡'>4.2.1 CaM 与Cd²⁺的结合平衡
• 2+存在时，CaM 与Cd²⁺结合反应的研究'>4.2.2 Ca²⁺存在时，CaM 与Cd²⁺结合反应的研究
• 2+结合反应的影响'>4.2.3 PH=4.5 时CaM 与Cd²⁺结合反应的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 电极法测定镧系离子与CaM 的结合反应
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验仪器与试剂
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.3 本章小结
• 论文结论
• 参考文献
• 致谢
• 本课题基金来源