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1、第34卷分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展第12期2006年12月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1801～1806小分子与生物大分子间非共价相互作用分析方法研究进展3李锐任海平孙艳亭姚英艳卢奎马丽(河南工业大学化学化工学院,郑州450052)摘要对小分子与生物大分子间非共价相互作用分析方法的研究进展作了较详细的评述。重点介绍了光谱、电化学、核磁共振、质谱等方法在小分子与生物大分子间相互作用研究中的应用及进展,总结了这些分析方法的优缺点,引用文献56篇。关键词小分子,生物大分子,非
2、共价相互作用,评述1引言小分子与生物大分子(核酸、蛋白质、多肽等)间非共价键的作用,包括静电作用、氢键、范德华力等,相关研究已成为当前公认的化学理论与应用技术的前沿课题。虽然非共价相互作用很弱(一般小于10kJ/mol,比通常的共价键键能小1～2个数量级),作用范围为0.3～0.5nm,但这些分子间弱相互作用力可在一定条件下起加合与协同作用,形成有一定方向性和选择性的强作用力,而这种强作用力是分子识别与组装的基础,对其本质的研究,有助于理解在生命科学、医学、药学领域中涉及到的分子之间的相互作用以及相互识别过程。因此,小分子与生物
3、大分子间非共价相互作用的检测和表征成为人们普遍关注的课题。2分析方法2.1光谱法2.1.1紫外2可见吸收光谱法(UV2visabsorptionspectroscopy)紫外可见吸收光谱是研究小分子与生物大分子相互作用的一种最方便、最常用的技术。小分子与核酸的相互作用会引起吸收带的红移(蓝移)现象或增色(减色)效应。吸光度减小、吸收带红移以及等吸收点的形成是小分子与DNA发生[1]嵌插作用的光谱标志。在蛋白质分子中某些氨基酸残基(尤其是芳香氨基酸残基)和许多小分子中都会有生色团,在紫外光谱中能产生吸收峰,根据峰形和峰位的变化即可
4、判定小分子是否与蛋白质发生[2]作用。因此,可利用小分子与生物大分子结合前后,两者之一的吸收光谱的变化来判断小分子与核[3,4]酸、蛋白质等是否存在相互作用,得到作用方式、热力学参数等信息,还可以进一步研究实验条件对[5]热力学参数的影响。俞英等用分光光度法对酸性品红与牛血清白蛋白(BSA)的作用机理进行了研2-3+究,认为两者主要是通过酸性品红中的SO3与BSA中的NH靠静电引力而结合,在此基础上进一步测定和计算了结合参数,同时分析了实验条件对表观结合常数Kc,每分子蛋白质上结合配体的分子数n,表观摩尔吸光系数Δε,Sande
5、ll灵敏度指数s的影响。由于紫外可见光谱所反映的信息量有限,必要时可以结合其它的光谱学方法。2.1.2荧光光谱法(fluorescentspectrum)荧光光谱法是研究生物大分子与小分子、离子相互作用的重要手段。小分子与DNA作用后荧光偏振的变化情况是判断小分子是否与DNA发生嵌插作用的标准之一。通常当小分子嵌插到碱基中时,其转动受阻,荧光偏振度会随之变大,而非嵌插作用不会引起荧光偏振度的增大。色氨酸残基、酪氨酸残基和苯丙氨酸残基均含有生色基团,通常285nm激发时,蛋白质中色氨酸残基和酪氨酸残基均有贡献;300nm激发时,只
6、有色氨酸残基有贡献。同时色氨酸残基和苯丙氨酸残基由于其侧链基团不同,而有不同的光谱,其最大波长分别为348、303和282nm,研究蛋白[6]质的荧光猝灭过程就能得到小分子与蛋白质作用的结合常数、作用区域及位置信息。关于荧光猝灭2006201219收稿;2006204201接受本文系国家自然科学基金(No.20272055,20572016)、河南省杰出青年科学基金(No.0312000900)、河南省教育厅科技计划(No.2006KYCX017,200510459015)资助项目1802分析化学第34卷[7][8]法,其理论可
7、参见Lakowicz及陈国珍的有关论著。荧光猝灭法可分为动态猝灭和静态猝灭两种方[9]式,可以引入外源性荧光作为指示探针,也可利用蛋白质、核酸等自身的内源性荧光作为探针。借助荧光猝灭法可以测得小分子与生物分子的结合常数Ka及结合点数n,再依据Forster能量转移机制可求[10～12]出配体2受体间的结合距离r及能量转移效率E,这使该法的应用十分广泛,且常与紫外可见吸收光谱法以及圆二色谱法一起使用,相互验证。2.1.3圆二色谱法(circulardichroism,CD)圆二色光谱对手性分子的结构十分敏感,可反映出含手性非对称分
8、子内部结构的一些信息,是测定生物大分子构象及其变化较为有效的方法,该方法已成为研究分子构型及分子间相互作用的重要光谱手段之一。在研究小分子与核酸相互作用时,一方面根据DNA在250nm处的吸收提供有关结构信息,另一方面对一些本身没有CD信号,但与DNA结合后能产
