荧光光谱法探究几种金属离子与牛血清白蛋白的相互作用

2022-04-25彭婷婷

白城师范学院学报 2022年2期

彭婷婷

（白城师范学院化学学院，吉林白城137000）

0 引言

金属离子在生命进程中起着重要的作用，它可以参与基因表达和酶催化反应，亦可参与人体的生长发育、新陈代谢等重要的生理活动.其在生命体内维持一定的浓度，对生理活动起着不可或缺的作用.血清蛋白是血浆里最丰富的蛋白质，担负着携带、运输各种小分子物质的功能［1］.牛血清白蛋白（BSA）与人血清白蛋白具有高度的同源性，且BSA 价格较低，常用作为研究模型［2］.本文在模拟人体生理环境下，利用荧光光谱法初步明确了Ni2+，Mg2+，Ca2+和Cu2+与牛血清白蛋白的相互作用机制，能为评价这四种金属离子在生物体内的吸收、代谢提供一定的参考.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

LS-55 型荧光光谱仪（购自美国珀金埃尔默公司）；BSA（购自北京鼎国昌盛生物技术公司）用三次蒸馏水溶解配制成5.68×10-5mol·L-1的储备液，于冰箱中4 ℃保存备用；pH=7.40 的Tris 缓冲溶液；其他试剂均为分析纯，实验使用二次蒸馏水.

1.2 实验方法

在pH 为7.40的Tris缓冲溶液中加入固定量5.68×10-5mol·L-1的BSA 溶液，改变金属离子的浓度.金属离子-BSA 体系荧光光谱在λem=350 nm，λex=279 nm 处，激发狭缝宽度为10 nm 和发射狭缝宽度为5 nm，波长范围为300～400 nm时，体系在21 ℃和37 ℃下测定荧光发射光谱.

2 结果与讨论

BSA的荧光主要来自色氨酸残基和酪氨酸残基，当其附近微环境发生变化，BSA的内源荧光强度会发生变化.

2.1 BSA与金属离子作用的荧光光谱

BSA 与不同物质的量浓度的Ni2+，Mg2+，Ca2+和Cu2+溶液在温度为294 K 时的荧光光谱如图1所示.由图1 可知，随着溶液中各金属离子浓度的增大，BSA 位于350 nm 附近的荧光峰强度有规律地减弱，金属离子在300～400 nm 范围内不发射荧光，表明金属离子能够猝灭BSA 的内源性荧光.随着Ni2+，Cu2+浓度增加，色氨酸残基和酪氨酸残基的最大发射波长略有红移，说明这两种残基所处的微环境极性增加，疏水性降低［3］.

图1 BSA与金属离子作用的荧光光谱

2.2 金属离子对BSA内源荧光的猝灭类型

荧光猝灭可分为动态猝灭和静态猝灭［4］，BSA 荧光猝灭可用斯特恩-沃尔默（Stern-Volmer）方程［5］进行描述，即：

其中：F0和F分别为未加入和加入金属离子时BSA 的荧光强度；［D］为金属离子的浓度；由实验数据计算出不同金属离子对BSA 的荧光猝灭的动态猝灭常数KSV，如表1 所示.根据Stern-Volmer 方程作图，如图2所示，高温斜率大于低温斜率为动态猝灭；反之，则为静态猝灭［6-7］.由图2和表1可知，F0/F与［D］间存在着良好线性关系；Ni2+，Mg2+离子存在时，KSV（294 K）＞KSV（310 K），可知Ni2+，Mg2+离子对BSA的荧光猝灭类型为静态猝灭；Ca2+，Cu2+离子存在时，KSV（310 K）＞KSV（294 K），可知Ca2+，Cu2+离子对BSA的荧光猝灭类型为动态猝灭.

表1 BSA与金属离子作用的猝灭常数、结合常数及结合位点数

图2 BSA与金属离子相互作用的Stern-Volmer曲线

2.3 BSA与金属离子作用的猝灭常数、结合常数及结合位点数

金属离子与牛血清白蛋白之间的结合常数和结合位点数可由方程（2）进行计算：

其中：［Q］为金属离子的浓度；KA为结合常数；n为结合位点数.由表1 可知，294 K 时四种金属离子与BSA 结合作用强度大小为KA（Cu2+）＞KA（Ca2+）＞KA（Mg2+）＞KA（Ni2+）.Cu2+结合常数最大，表明其与BSA形成配合物最稳定.310 K 时四种金属离子与BSA 结合常数均增大，说明温度升高，四种金属离子与BSA 作用均增强.四种金属离子与BSA 的结合位点数均小于1，说明四种金属离子与BSA 只有一个结合位点.