【摘 要】
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蛋白质是体内生命活动的主要执行者,同时也是自然环境中微生物、植物和动物与各类材料表面间相互作用的重要媒介。蛋白质在溶液和界面处的变性、吸附、折叠等行为与其功能有着密切联系。研究环境因素对蛋白质的溶液和界面行为的影响,有助于我们理解蛋白质功能实现的机制和蛋白质与周围环境间的关系。在本论文中,作者应用低场核磁共振弛豫谱、和频光谱和荧光光谱等手段,对溶液中和界面处的蛋白质与多肽的变性、吸附、折叠等行为进
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蛋白质是体内生命活动的主要执行者,同时也是自然环境中微生物、植物和动物与各类材料表面间相互作用的重要媒介。蛋白质在溶液和界面处的变性、吸附、折叠等行为与其功能有着密切联系。研究环境因素对蛋白质的溶液和界面行为的影响,有助于我们理解蛋白质功能实现的机制和蛋白质与周围环境间的关系。在本论文中,作者应用低场核磁共振弛豫谱、和频光谱和荧光光谱等手段,对溶液中和界面处的蛋白质与多肽的变性、吸附、折叠等行为进行了研究,探讨了变性剂、渗透调节剂、离子种类和浓度及环境变化等因素对蛋白质行为的影响。主要内容如下:（1）利用低场核磁共振弛豫谱分别对溶液中尿素诱导溶菌酶变性和甜菜碱对尿素的抗变性作用机制进行了研究。发现溶液中存在溶菌酶时,尿素溶液的自旋-自旋弛豫时间（T2）大幅下降,尿素与水分子的氢信号发生合并,说明此时尿素与周围的水发生氢核交换,即尿素结合到溶菌酶表面,导致尿素自身运动性大幅下降。该现象表明尿素能直接与溶菌酶作用从而诱导蛋白质变性。甜菜碱的加入使溶液T2上升,出现未发生氢核交换的水,说明此时尿素与水间的氢核交换受到削弱,即部分尿素离开了溶菌酶表面,表明甜菜碱通过将尿素拉离溶菌酶表面,从而维持溶菌酶结构稳定。核磁共振氢谱和红外光谱结果证明甜菜碱和尿素间的相互作用主要是氢键作用。（2）利用低场核磁共振弛豫谱研究了溶液中胍盐离子（Gdm+）和铵根离子（NH4+）与氨基酸侧链间的相互作用。通过测量盐酸胍和氯化铵溶液的自旋-晶格弛豫时间（T1）,发现两种盐溶液中水分子的运动性均不受离子的影响,表明这两种离子对水结构的影响与溶液中蛋白质变性无关。基于氢核交换机制对氨基酸-盐溶液T2的变化进行分析,发现Gdm+倾向于与氨基酸侧链上的巯基或羟基结合,但与氨基酸的α-羧基的相互作用较弱;NH4+则具有相反的行为。这些事实表明Gdm+与氨基酸侧链中的硫原子或侧链间的二硫键之间的直接相互作用促进了Gdm+与蛋白质的结合,从而导致蛋白质变性。（3）利用和频光谱研究了尿素导致的气-水界面处多肽LK7β的二级结构β折叠解折叠的过程和机理。发现尿素浓度为0-4.0 M时,尿素随着浓度上升逐渐聚集在界面处,并瓦解界面处的水分子氢键网络和LK7β周围的手性水合结构,并诱使LK7β的β折叠发生解折叠,表明手性水合结构的瓦解促进了LK7β的解折叠,手性水合结构与β折叠间具有紧密的联系;在尿素浓度高于4.0 M的界面环境中,气-水界面聚集的尿素朝向和结构逐渐趋近于固体尿素结晶中的朝向和结构,而LK7β的β折叠结构没有随尿素浓度增大而被完全破坏,表明气-水界面处尿素导致的LK7β的β折叠解折叠属于不完全解折叠,气-水界面具有对LK7β二级结构的稳定作用。（4）利用荧光光谱、圆二色谱、荧光共振能量转移和荧光猝灭等手段表征了磷脂分子的手性结构变化对水-磷脂双分子层界面上的多肽p HLIP界面行为的影响。我们使用二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）的L型和D型两种手性异构体,通过挤出法制备了直径100 nm的小型单层膜囊泡（SUVs）。色氨酸荧光光谱表明p HLIP能吸附到两种手性DPPC SUVs表面。圆二色谱结果显示p HLIP在p H 4的水-磷脂界面环境中能折叠成α螺旋结构。荧光共振能量转移与荧光猝灭实验的结果证明p HLIP插入到DPPC双分子层后并未穿透磷脂膜。在p HLIP插入磷脂双分子层的过程中,磷脂不同的手性结构对p HLIP界面行为没有显著影响。
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