黏度法研究牛血清白蛋白的构象.doc

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1、doi:10.6043/j.issn.0438-0479.201606036黏度法研究牛血清白蛋白的构象廖芸英，熊晓鹏收稿日期：2016-06-23录用日期：2016-09-08基金项目：国家自然科学基金（51273166）*通信作者：xpxiong@xmu.edu.cn（厦门大学材料学院，福建厦门361005）摘要：采用乌氏黏度计测定不同pH条件下牛血清白蛋白（BSA）的黏度，运用Wolf方程描述BSA的黏度变化行为。详细讨论了不同pH条件下BSA的特性黏数（intrinsicviscosity，[η]）与其构象的关系，并

2、分析了BSA比特性黏数（specificintrinsicviscosity，{η}）的组成变化。研究结果表明，采用这种新型的黏度法研究球状蛋白质的构象或溶液性质是科学、可行的。关键词：黏度法；特性黏数；牛血清白蛋白；构象中图分类号：O631文章标志码：A文章标号：牛血清白蛋白(bovineserumalbumin，BSA)是由牛肝脏细胞分泌的蛋白质，约占血清蛋白质总质量的一半，由583个氨基酸残基通过脱水缩合形成的多肽链[1]。BSA结构功能近似人血清白蛋白，且来源丰富、性质稳定、成本较低，因而在食品、保健、生物医药等领域

3、得到广泛应用。但是，上述应用的实现多依赖于BSA特定的分子构象，这受体系及其温度、盐度和pH等因素的影响。因此，研究BSA的分子构象具有十分重要的理论价值，也是揭示其生理功能奥秘的重要途径。迄今，科学家们多采用光谱法来研究BSA的构象，通常认为其为近似“心形”的球状分子[1-3]，其肽链含有大量游离的带电羧基端和氨基端，水溶性好且能电离，相当于一种较弱的两性高分子电解质。黏度法作为高分子表征的最基本方法之一，常用来研究链状高分子的构象变化。例如，采用传统经验方法如Huggins方程或Fuoss-Straus方程，通过外推至无

4、限稀释获得截距而求得特性黏数[η]。但是，这类传统方法使用0/0型外推，在分子、分母都趋于0的外推过程中，难以避免极低浓度下实验过程中的不确定因素带来的巨大误差[4-5]。对于聚电解质而言，由于分子链中带电基团的静电排斥作用，导致在较低浓度范围的上述传统方法不再满足线性关系[4-6]，这给确定聚电解质的特性黏数带来了困难。针对该难点，Wolf[7]提出由lnηrel-c曲线的起始斜率来确定聚电解质的特性黏数[η]，该方法不需要对聚电解质溶液黏度和浓度间的关系进行假设，避免了传统方法中实验误差的放大，是一种具有普适性的链状高分

5、子特性黏数确定的新方法。但是，这种方法对球形构象的高分子或电解质是否适用，还未进行过尝试。因此，本文将运用Wolf方程来描述BSA在不同pH缓冲溶液中的黏度行为并分析其溶液性质，期望由此建立蛋白质构象研究的简便方法。1实验部分1.1原料与试剂牛血清白蛋白第五组分(BSA，BR，纯度98%）采购自广州蕊特生物科技有限公司。CH3COOH、CH3COONa、Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O、Na2CO3、NaHCO3均为分析纯，采购自西陇化工股份有限公司。实验中所用的水为去离子水。1.2BSA溶液黏度测定配制

6、具有不同pH的CH3COOH-CH3COONa缓冲溶液(pH=3.8，4.6，6.0)、NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液(pH=6.7，8.4)和NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液(pH=10.1，11.5)。分别以这些溶液为溶剂，室温溶解BSA，配制质量浓度约为4g/L的BSA溶液。在(30.0±0.1)℃的恒温水浴中，采用毛细管直径为0.47mm的乌式黏度计，通过逐步稀释法测定上述BSA溶液的黏度。2理论分析在特定温度和溶剂中，高分子的特性黏数(intrinsicviscosity，[η])定义为[6]：(1)其中

7、：相对黏度ηrel是高分子溶液黏度η和纯溶剂黏度η0的比值，即η/η0；增比黏度ηsp则为高分子溶液相比于纯溶剂黏度的相对增加量，即ηsp=(η-η0)/η0=ηrel-1。根据式(1)，将或外推到浓度为0(c→0)的截距值，即为高分子的特性黏数[η]。Wolf通过唯象原理结合热力学状态方程，获得dlnη表达式[7]：(2)其中，等式右边第一项代表一定浓度c的高分子溶液在规定条件(温度T、压力p和剪切速率)下的特定流体力学体积，定义为任意浓度高分子溶液的比特性黏数(specificintrinsicviscosity，{η}

8、)：(3)根据[η]的定义(式（1）)，在零剪切且无限稀释条件下，高分子溶液的比特性黏数{η}即是特性黏数[η]：(4)由此，以实验数据lnη(或lnηrel)对c作图，曲线的起始斜率即是[η]。这表明可通过定量描述高分子溶液的黏度与浓度的变化关系来直接获得[η]。通过大量实验，已建立了一