det电子传递原理研究

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1、葡萄糖氧化酶在碳纳米管修饰电极上的直接电了转移及其构象变化摘要为深入理解多壁碳纳米管（MWCNTs）的直接电子转移（DET）机制，我们研究了蛋白质与MWCNTs相互作用后发生的构象变化。本文以葡萄糖氧化酶（GOD）为例，釆用循环伏安法论证碳纸电极经MWCNT修饰后GOD之间明显的直接电子转移现象。傅里叶红外光谱的结果显示出MWCNTs吸附的GOD没有变性，但是发生了结构变化，0■折叠的红外光谱波数发生了轻微的移位，数量有所增加，而*螺旋有所减少，GOD屮*螺旋结构的含量从21.2%下降到了19.6%,Far-UVCD测试也得到了类似的结果，（x・螺旋的含量从27.1%下降到了25.9%

2、。密实的*螺旋结构的减少就在一定程度上导致较为松散的外层结构，及活性屮心的暴露，因而降低电子传递阻力，进而促进了电极界面电子转移。1前言碳纳米管（CNTS）自1991年被发现以来，其纳米结构，独特的属性及其在电子、光学、热、机械中的应用一直是科学家们研究的热点［1］0近几年，CNTs已逐渐应用于生物燃料电池，生物传感器，药物释放系统，及生物医学装置［2,3］。目前已采用多种方法［4］功能化CNTs或使其成为聚合物基体的一部分，应用于药物载体或生物电极。在生物传感器和生物燃料电池这样的生物电化学系统屮，生物大分子和电极表面的界面反应至关重要，并且这通常是决定系统整体性能的关键性因素。因此

3、，提高电极表面和氧化还原活性物质之间的电子转移速率就显得尤为重要，此外，生物与电极界面间电子传递机制的研究也是必不可少的。近年来的研究中发现，有的微生物或酶可以与电极接触而进行直接电子转移（DET）,而这一机制的研究亦逐渐得到重视，一般來讲，直接电子转移意味着不需要外加任何外源电子介体，目标分析物与电极之间就能进行良好的电子传递［5,6］。考虑到用作外源电子介体的物质通常较为昂贵，且长期使用还会有生物毒性，所以，直接电子转移的实现还具有现实的经济意义。通常来讲，一些活性物质如细胞色素C等，容易在电极表面发生强吸附而导致变性，故要实现直接电子转移的一个必要条件就是要有一个兼具稳定性与生物

4、相容性的电极表面，它不仅要使蛋白质或活性大分子维持必要的结构和活性，还能同时与之实现电子的快速传递。为了实现这一目的，很多研究采用碳纳米管修饰电极或直接用碳纳米管制作基底电极，并成功与多种蛋白质实现了直接电子转移［7］0Cai等发现碳纳米管可以实现血色素和葡萄糖氧化酶与电极间的直接电子转移［8,9］o同时，对于其他活性物质如过氧化氢酶和胆红素的研究也得到了类似的结果［10-12］,这些研究屮碳纳米管或是被共价连接到或是直接吸附到基底电极上来完成修饰［13-15］o尽管有大量的研究表明碳纳米管可以促进电子转移，但对其怎样促进蛋白质进行电子的机制却很少有更进一步的研究。一般来说，文献多将这

5、种促进电子转移的现象归因于碳纳米管的管状纳米尺寸效应及其宏观展示的独特的物理电化学特性。除了直接将碳纳米管共价连接作为分子导线使用外［16］,研究还普遍认为碳纳米管的管状纤维结构能够插入到距离酶活性中心较近的地方产生隧道效应，从而加速电子传递［17］,此外，因为氧化述原活性中心通常是深埋在蛋白质内，为实现直接电子转移，目标分析物还必须进行有效的构想变化［18］。在生物分子的电化学行为分析屮其构象的转变有着本质的影响，构象的变化直接决定着蛋白质分子的生物功能。然而，这种构象的转变却随着蛋白质分子及其所处具体微环境的不同而各异［19］,并没有统一的规律可循。对于负载于碳纳米管修饰电极上的蛋

6、白质，尤其是对于未与碳纳米管共价相连的蛋白质而言，它们极有可能因吸附在碳管上而导致构想发生变化，从而影响其电子在界面上的传递机制，这也可以解释碳纳米管对于界面电子转移的促进作用。然而相关的研究却寥寥无儿。大多数的研究都将碳纳米管实现电生物活性蛋白质与电极表面的直接电子转移归结于碳管对于其活性中心的接近［1437,18,20-22］,或是认为酶的外壳构想发生部分转化和展开使Z有利于电子的快速传递。但是，并没有直接的实验结果支持这一结论［23,24］。本文论证了GOD与MWCNTs间的DET。我们采用傅里叶红外光谱（FTIR）及圆二色光谱（CD）研究了MWCNTs吸附GOD,及MWCNTs

7、引起的GOD活性中心构象变化。根据GOD分子结构信息判断GOD吸附在MWCNTs后发生了怎样的构象变化。我们的结果阐明了DET机制，并拓展了CNTs的应用空间。2方法2.1化学试剂葡萄糖氧化酶（GOD,EC1.1.3.4,G71410,〜300U/mg,Sigma）；Nafion溶液（5%,北京飞驰绿能有限公司）；多壁碳纳米管（MWCNTs,纯度95%,直径10-20nm）来口深圳纳米技术港有限公司，使用前，要进行纯化及功能化，将其加入浓硫酸与