咪唑类离子液体聚集行为及其与蛋白质相互作用

论文摘要

离子液体作为一种绿色溶剂,近年来各种类型、各种功能的离子液体被设计合成,其应用也渗透到各个领域。蛋白质是生物体中必不可少的基本物质,在生命活动中起着重要的作用。表面活性剂/蛋白质体系在药物、化妆品、生物及食品等领域中有着广泛的应用。研究表面活性剂与蛋白质的相互作用,可以帮助人们更深入地了解亲水-憎水等弱相互作用在生物大分子溶液中的重要性,揭示相关生命过程的奥秘。关于传统表面活性剂与蛋白质相互作用的研究报道有很多,如CTAB、SDS、非离子表面活性剂和嵌段共聚物等与蛋白质的相互作用,而蛋白质与表面活性离子液体的研究较少。咪唑类离子液体是一类新型的两亲分子,具有优良的表面活性,所以它与蛋白质的相互作用能表现出更为独特的性质。本论文首先研究了咪唑类离子液体的聚集行为,然后通过表面张力、电导率、内源荧光、圆二色光谱及等温滴定微量热技术研究了咪唑类离子液体CnmimBr （n=12、14、16）与牛血清白蛋白（BSA）、溶菌酶及β-乳球蛋白（β-Lg）之间的相互作用,并与传统的阳离子表面活性剂TTAB进行了比较。研究内容共分为四部分：1.离子液体在水中自聚集形成胶束。研究内容包括：考查一系列长链咪唑类离子液体（不同疏水碳链长度）在水中自聚集形成胶束的行为,并与传统表面活性剂体系进行比较。研究表明：表面活性咪唑类离子液体C12mimBr、C14mimBr及C16mimBr在水中可以自聚集形成胶束,疏水碳链长度对胶束形成有影响,与传统离子型表面活性剂体系类似。随着疏水碳链增长,疏水相互作用增强,胶束易于形成,CMC减小。与相同疏水碳链长度的传统阳离子表面活性剂（如烷基三甲基溴化铵及烷基溴化吡啶）相比,长链咪唑类离子液体的表面活性要高,表现为较小的CMC。通过测量不同温度下离子液体的表面张力,得到了热力学参数及熵焓补偿温度。通过比较热力学参数可知离子液体胶束化过程为熵驱动。熵焓补偿结果验证了随着离子液体疏水碳链增长,疏水相互作用增强,胶束易于形成的结论。等温滴定微量热研究表明C14mimBr及C16mimBr的胶束化形成过程为理想状态,没有溶质与溶质之间的相互作用,而C12mimBr的胶束化形成过程为非理想状态,存在溶质与溶质之间的相互作用。2.通过表面张力、电导率、内源荧光、圆二色光谱及等温滴定微量热等-系列技术手段研究了离子液体与BSA之间的相互作用。研究表明：离子液体与BSA的相互作用与离子液体的浓度有密切的关系,当离子液体浓度较低时,相互作用方式为静电相互作用,离子液体的加入稳定了BSA的二级结构。当离子液体浓度较大时,相互作用方式为疏水相互作用,离子液体的加入破坏了BSA的二级结构并最终导致其变性。离子液体对BSA内部的色氨酸残基的猝灭是导致BSA内源荧光改变的原因,通过离子液体只猝灭BSA内部的色氨酸残基结论可知,离子液体与色氨酸残基作用为疏水相互作用。通过考查C14mimBr/BSA体系及TTAB/BSA体系作用过程的热量,可知C14mimBr无论是在保护还是破坏BSA的结构方面的能力都要优于TTAB。3.通过表面张力、电导率、内源荧光、圆二色光谱及等温滴定微量热等一系列技术手段研究了离子液体与溶菌酶之间的相互作用。研究表明：离子液体与溶菌酶的相互作用为疏水相互作用,且相互作用较为强烈。离子液体碳链的增长有助于其与溶菌酶的相互作用。C12mimBr及C14mimBr的加入不会造成溶菌酶二硫键的断裂,而C16mimBr的加入导致了溶菌酶二硫键的断裂。较低浓度的离子液体可造成溶菌酶β-折叠构象的破坏,却不会破坏α-螺旋结构。当离子液体浓度较大时,破坏了溶菌酶的二级结构并最终导致其变性。与离子液体会与BSA上的色氨酸残基直接作用不同,离子液体不与溶菌酶上的色氨酸残基直接作用,仅仅是通过改变色氨酸残基的溶解度影响溶菌酶的内源荧光强度。4.通过表面张力、电导率、内源荧光、圆二色光谱及等温滴定微量热等一系列技术手段研究了离子液体与β-Lg之间的相互作用。研究表明：离子液体与β-Lg的相互作用十分强烈,作用方式与离子液体的浓度有关。当离子液体浓度较低时,相互作用方式为静电相互作用,离子液体的加入导致β-Lg中一个二硫键的断裂,离子液体进一步与二硫键断裂后暴露出的氨基酸残基发生静电相互作用。当离子液体浓度较大时,相互作用方式为疏水相互作用,且相互作用对离子液体CMC的影响很大。较低浓度的离子液体就造成了β-Lg二级结构的改变。离子液体不与β-Lg上的色氨酸残基直接作用,仅仅是通过改变色氨酸残基的溶解度影响β-Lg的内源荧光强度。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 离子液体
• 1.1.1 离子液体的定义
• 1.1.2 离子液体的发展历程
• 1.1.3 离子液体的种类
• 1.1.4 离子液体的性质
• 1.1.5 离子液体的发展应用
• 1.2 离子液体参与形成的有序分子聚集体
• 1.2.1 离子液体作为溶剂形成的有序分子聚集体
• 1.2.2 离子液体作为表面活性剂形成的有序分子聚集体
• 1.3 蛋白质
• 1.3.1 蛋白质分类及其组成
• 1.3.2 蛋白质结构
• 1.4 表面活性剂与蛋白质相互作用
• 1.4.1 表面活性剂与蛋白质作用方式
• 1.4.2 表面活性剂与蛋白质相互作用
• 1.5 本论文的选题及意义
• 参考文献
• 第二章 咪唑类表面活性离子液体聚集行为
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 温度对表面张力的影响
• 2.3.2 疏水链长对CMC的影响
• 2.3.3 胶束化过程中的热力学参数
• 2.3.4 胶束化过程的熵焓补偿
• 2.3.5 等温滴定微量热
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 咪唑类表面活性离子液体与牛血清白蛋白相互作用
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 离子液体/BSA体系表面张力
• 3.3.2 离子液体/BSA体系热力学参数
• 3.3.3 离子液体/BSA体系圆二色光谱
• 3.3.4 离子液体/BSA体系内源荧光光谱
• 3.3.5 离子液体/BSA体系结合参数
• 14mimBr/BSA体系同步荧光光谱'>3.3.6 C₁₄mimBr/BSA体系同步荧光光谱
• 14mimBr/BSA体系等温滴定微量热'>3.3.7 C₁₄mimBr/BSA体系等温滴定微量热
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 咪唑类表面活性离子液体与溶菌酶相互作用
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 离子液体/溶菌酶体系表面张力
• 4.3.2 离子液体/溶菌酶体系电导率
• 4.3.3 离子液体/溶菌酶体系等温滴定微量热
• 4.3.4 离子液体/溶菌酶体系圆二色光谱
• 14mimBr/溶菌酶体系内源荧光光谱'>4.3.5 C₁₄mimBr/溶菌酶体系内源荧光光谱
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 咪唑类表面活性离子液体与β-乳球蛋白相互作用
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验药品
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 离子液体/β-Lg体系表面张力
• 5.3.2 离子液体/β-Lg体系电导率
• 5.3.3 离子液体/β-Lg体系圆二色光谱
• 14mimBr/β-Lg体系内源荧光光谱'>5.3.4 C₁₄mimBr/β-Lg体系内源荧光光谱
• 5.4 结论
• 参考文献
• 论文的创新点与不足之处
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表
• 附录