几种抗菌药物与牛血清白蛋白相互作用的光谱法研究

论文摘要

在分子水平上研究牛血清白蛋白I （Bovine serum albumin, BSA）与药物小分子的相互作用是当前临床医学、生命科学以及化学等领域的热点课题。近几十年来国内外已有大量学者对其进行了报道,但是大部分都是研究单一药物与BSA的相互作用。本论文采用光谱法研究几种抗菌药物同时与BSA的相互作用,并且将化学计量学方法应用于复杂的生物化学体系光谱数据的解析,从而得到各组分的平衡浓度和纯光谱图,通过这些解析谱图可直观地监测各化学组分在整个反应过程中的浓度变化趋势,并可计算出药物与BSA相互作用的结合常数。更为重要的是化学计量学可以解析出反应过程中所生成的新物质的光谱峰,而这是常规的方法一般不能得到的。本论文的研究结果对联合用药有一定的指导意义。论文主要包括以下五个部分。第一部分：对血清白蛋白的结构和功能作了简要的介绍,并对药物小分子与血清白蛋白（Serum albumin, SA）相互作用的研究内容、研究方法以及化学计量学在药物与SA相互作用研究中的应用展开了较详细的评述,最后对抗菌药物与SA相互作用的研究现状作了简要的概述。第二部分：采用荧光光谱法分别研究环丙沙星（Ciprofloxacin, CPFX）和加替沙星（Gatifloxacin, GTFX）单独存在以及共存时与BSA的相互作用,探讨了不同情况下两种药物与BSA的相互作用。结果发现环丙沙星和加替沙星均与BSA发生了静态荧光猝灭作用,并分别算出了它们与BSA结合的猝灭常数,发现加替沙星与BSA的猝灭常数大于环丙沙星的猝灭常数,两种沙星的混合药物与BSA的猝灭常数又要大于单个药物与BSA的猝灭常数。探针的竞争结合实验表明两种沙星在BSA上的作用部位均为site I。同时还采用紫外-可见和荧光光谱法研究了环丙沙星和BSA与加替沙星的相互作用,并将化学计量学方法多元曲线解析-交替最小二乘法（MCR-ALS）来解析所得的光谱数据,结果表明环丙沙星和加替沙星之间并没有发生竞争作用,而是协同作用且形成了三元络合物BSA-CPFX-GTFX。第三部分：采用荧光光谱法研究了金纳米（Gold nanoparticles, GNPs）和环丙沙星（Ciprofloxacin, CPFX）与BSA的相互作用。实验结果表明金纳米与BSA和环丙沙星之间均存在结合作用。金纳米存在时,BSA与环丙沙星作用的结合常数降低,环丙沙星存在时,BSA与金纳米作用的结合常数也降低,说明金纳米和环丙沙星之间可能存在竞争作用。此外,本文还研究了环丙沙星包合的金纳米与BSA的相互作用,并用化学计量学方法平行因子算法（PARAFAC）对三维数据进行解析,结果发现金纳米的存在阻碍了环丙沙星与BSA的结合,可能会导致环丙沙星的释放更容易,药效发挥的更快。第四部分：采用荧光光谱法研究了两种抗生素环丙沙星（Ciprofloxacin, CPFX）和头孢拉定（cefradine. CF）单独以及同时与BSA的相互作用。结果表明,环丙沙星和头孢拉定与BSA的相互作用过程均为静态猝灭,药物在BSA上的作用部位均为site I;两种抗生素共存时,环丙沙星（头孢拉定）的存在会使头孢拉定（环丙沙星）与BSA的结合常数增大、结合稳定性升高,游离型的药物浓度减少,药效减弱；环丙沙星和BSA与头孢拉定作用的荧光光谱图也表明环丙沙星与头孢拉定之间存在结合作用,它们与BSA共同作用形成了三元络合物BSA-CPFX-CF;三维荧光光谱实验证明BSA的构象变化与两种抗生素的加入顺序有关。第五部分：应用荧光光谱法和紫外-可见吸收光谱法研究了金霉素（Chlortetracycline, CTC）和土霉素（Oxytetracycline, OTC）与牛血清白蛋白（BSA）之间的相互作用。结果发现金霉素和土霉素与BSA发生了静态荧光猝灭,并且算出了它们的猝灭常数和结合常数。依据能量转移理论确定了结合距离。根据热力学参数确定金霉素和土霉素与BSA之间的作用力类型为静电引力。并且考察了五种金属离子对其相互作用的影响,本文还通过同步荧光光谱法发现金霉素和土霉素对BSA的构象有一定影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 血清白蛋白的结构和功能
• 1.2.1 血清白蛋白的结构
• 1.2.2 血清白蛋白的功能
• 1.3 药物小分子与血清白蛋白相互作用的研究内容
• 1.3.1 猝灭类型的确定
• 1.3.2 结合部位的确定
• 1.3.3 结合位点数及结合常数的确定
• 1.3.4 结合距离的确定
• 1.3.5 作用力类型的确定
• 1.3.6 药物对蛋白质构象的影响
• 1.4 药物小分子与血清白蛋白相互作用的研究方法
• 1.4.1 紫外-可见吸收光谱法
• 1.4.2 荧光光谱法
• 1.4.3 圆二色光谱法
• 1.4.4 电化学方法
• 1.4.5 傅里叶红外光谱（FT-IR）法
• 1.5 化学计量学在药物与SA相互作用研究中的应用
• 1.6 抗菌药与BSA作用的研究现状
• 1.7 参考文献
• 第二部分 光谱法结合化学计量学方法研究环丙沙星和加替沙星与牛血清白蛋白的相互作用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 多元曲线分解-交替最小二乘法（MCR-ALS）的原理
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 荧光猝灭
• 2.3.2 环丙沙星和加替沙星在BSA上作用位点的确定
• 2.3.3 BSA-CPFX二元络合物与加替沙星相互作用的光谱法研究
• 2.3.4 多元曲线分辨-交替最小二乘算法（ALS）对光谱数据的解析
• 2.4 结论
• 2.5 参考文献
• 第三部分 光谱法研究环丙沙星和金纳米与牛血清白蛋白的相互作用
• 3.1 引言
• 3.2 平行因子算法（PARAFAC）的原理
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验仪器
• 3.3.2 实验试剂
• 3.3.3 实验步骤
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 金纳米与BSA和环丙沙星相互作用的荧光光谱
• 3.4.2 金纳米对环丙沙星与BSA相互作用的影响
• 3.4.3 环丙沙星对金纳米与BSA相互作用的影响
• 3.4.4 光谱法研究金纳米和环丙沙星与BSA的相互作用
• 3.4.5 化学计量学方法对三维荧光光谱数据的解析
• 3.5 结论
• 3.6 参考文献
• 第四部分 荧光光谱法研究环丙沙星和头孢拉定与牛血清白蛋白的相互作用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 环丙沙星和头孢拉定对BSA的荧光猝灭作用
• 4.3.2 环丙沙星和头孢拉定在BSA上作用位点的确定
• 4.3.3 头孢拉定和环丙沙星对BSA-环丙沙星,BSA-头孢拉定二元体系的影响
• 4.3.4 环丙沙星对头孢拉定与BSA相互作用的影响
• 4.3.5 药物对BSA构象的影响
• 4.4 结论
• 4.5 参考文献
• 第五部分 光谱法研究金霉素和土霉素与牛血清白蛋白的相互作用
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器与试剂
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 金霉素和土霉素对BSA的荧光光谱法研究
• 5.3.2 金霉素和土霉素与BSA相互作用的猝灭机理及猝灭常数的确定
• 5.3.3 金霉素和土霉素与BSA相互作用的结合常数和结合位点数的确定
• 5.3.4 金霉素和土霉素与BSA之间作用力类型的确定
• 5.3.5 金霉素和土霉素与BSA之间的结合距离
• 5.3.6 金霉素和土霉素对BSA构象的影响
• 5.3.7 金属离子对金霉素和土霉素与BSA相互作用的影响
• 5.4 结论
• 5.5 参考文献
• 作者已发表及待发表的论文
• 致谢