小分子物质与蛋白质相互作用研究方法的现状与进展

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1、第16卷第12期江苏技术师范学院学报Vol.16,No.122010年12月JOURNALOFJIANGSUTEACHERSUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec.,2010小分子物质与蛋白质相互作用研究方法的现状与进展唐江宏，连宁，张国华，赵德建（江苏技术师范学院化学与环境工程学院，江苏常州213001）摘要：小分子与蛋白质相互作用的研究是化学生物学的重要研究内容。蛋白质能与许多内源性和外源性小分子物质结合形成超分子复合物。通过实验方法可以获得蛋白质与小分子配体作用的结合常数、结合位点数、结合位置、作用力类型以及在客体小分子作用

2、下蛋白质结构与功能的变化等信息。简述紫外可见光谱、荧光光谱法、傅立叶变换红外光谱和分子模拟法及其他分析方法在小分子与蛋白质相互作用方面的应用和研究进展。关键词：蛋白质；小分子；相互作用；方法综述中图分类号：O629.73文献标识码：A文章编号：1374-8522（2010）12-0001-070引言蛋白质能与内源物质，如胆红素、脂肪酸、维生素和激素等结合，也能与许多外源物质，如药物、染料、表面活性剂、离子和量子点等配体作用。这些物质与蛋白质结合生成超分子复合物之后，体系的光谱、电化学等性质发生改变，从而提供蛋白质浓度或结构方面的信息。小分子与

3、蛋白质相互作用的研究是化学生物学的重要内容，能为生命科学、化学及临床药理学提供丰富的信息。常用的研究方法包括紫外—可见吸收光谱、荧光光谱法、圆二色谱法、傅里叶变换红外光谱法、平衡透析法、液相色谱法、电化学方法、X-晶体衍射等，随着实验技术的日臻完善，质谱、核磁共振、毛细管电泳、激光拉曼散射等方法的应用也日益增多。此外，计算机对接技术的分子模拟也是近年来发展较快的一门新型学科，可以在分子水平上研究客体分子与蛋白质相互作用的信息。利用这些方法可以获得关于蛋白质与小分子配体作用的结合常数、结合位点数、结合位置、作用力类型以及在客体小分子作用下蛋白质

4、结构与功能的变化等信息。本文重点阐述紫外可见光谱、荧光光谱法、傅立叶变换红外光谱和分子模拟法在小分子与蛋白质相互作用方面的应用和研究进展。1紫外—可见吸收光谱法在组成蛋白质常见的20种α-氨基酸中只有芳香族氨基酸如色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)和含硫氨基酸在230~310nm波长范围内有吸收，其紫外吸收，主要来源于这些氨基酸的侧链基团(Trp的吲哚基、Tyr的酚基、Phe的苯基)对光的吸收，此外肽键对光也有强烈吸收。在蛋白质的紫外吸收光谱中，280nm处的峰是酪氨酸、色氨酸残基中共轭双键的吸收峰，苯丙氨酸的吸收峰出现在

5、257nm波长[1]附近，210nm处的峰是肽键的强吸收峰。一般来说，氨基酸残基的微环境由蛋白质分子的构象决定，构象改变，微环境改变，生色基团的紫外吸收光谱随之发生改变。若小分子配体与生物大分子结合前后的吸收稿日期：2010-09-04作者简介：唐江宏（1963-），男，河南新郑人，教授，博士，主要研究方向为光谱分析及生物分析。2江苏技术师范学院学报第16卷[2][3]收光谱有一定差异时，说明蛋白质的构象发生了变化。王亚俐等利用光谱法研究了苯甲酸钠与牛血清蛋白（BSA）的体外相互作用。苯甲酸钠的加入使得BSA紫外吸收光谱中210nm处的峰值逐

6、渐降低，峰位[4]红移，这可能是苯甲酸钠使BSA主链构象发生变化，螺旋结构变松散。魏晓芳等利用紫外光谱研究了pH2.3~11.3的范围内BSA分子中芳香氨基酸残基微环境的变化，结果显示，碱诱导蛋白质分子空间构象充分伸展，将更多的疏水性氨基酸残基暴露于溶剂中。借助于吸收光谱也可辅助判断小分子对蛋白质荧[5]光的猝灭机理。利用紫外可见吸收光度法能够计算小分子与蛋白质作用的结合常数和结合位点数。刘媛[6]等应用分光光度法的原理，假定三七皂甙的有效成分与BSA的结合产物在测定的波长没有吸收的情况下，推导出用吸光度表示的Lineweaver-Burk双

7、倒数方程，利用作图的方法求出了三七总皂甙的两个有效[7]成分与BSA的结合常数。魏永巨等应用溶液平衡的处理方法，用吸光度表示溶液中组分的浓度，导出了与Scatchard方程完全相同的表达形式。2荧光光谱法[8,9]研究小分子配体与蛋白质的相互作用，荧光光谱法是应用最广泛的一种方法。该方法能够提供较多的荧光参数如激发光谱、发射光谱以及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等，这些参数从各个角[10]度反映了分子的成键和结构情况以及发光特性。通过对这些参数的测定，不但可以做一般的定量分析，[11]而且还可以推断蛋白质分子在各种环境中的构象变化，从

8、而进一步阐明蛋白质结构与功能的关系，也[12,13]可获得蛋白质与小分子作用的结合常数、结合位点数、结合位置、作用力类型等有用的信息。蛋白质的内源荧光主要来源于色氨