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纳米形态铝化合物与辅酶的作用和对相关脱氢酶活性的影响

作　者: 李丽
导　师: 杨小弟
学　校: 南京理工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺瞟呤二核苷酸磷酸吸附乙醇脱氢酶谷胱甘肽还原酶米氏常数计时电流法吸附等温线
分类号: O614.31
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来,不同类型纳米粒子的安全性和毒性在世界范围内引起了广泛的关注。研究证实,纳米铝化合物可以改变有机物的性质,从而成为潜在的环境污染物,同时其生物毒性也引起了各方重视。纳米氧化物及氢氧化物可能是生理条件下环境和生物体系中铝的主要存在形态。本文通过探索合成了纳米铝化合物,并研究腺嘌呤二核苷酸(NAD+)及腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)在纳米铝化合物表面的吸附,探讨论了纳米铝化合物的吸附机理及其生物有效性。同时采用电化学方法研究了纳米形态及其他形态铝化合物对依赖于辅酶NAD(H)/NADP(H)的脱氢酶活性的影响,并利用荧光光谱和圆二色谱法研究了影响机制。主要内容如下：1、合成了纳米-Al2O3,γ-Al2O3和AIOOH。研究了辅酶I(NAD+)在纳米γ-Al2O3、 α-Al2O3和γ-AlOOH的表面吸附,采用现代光谱分析手段UV-vis、ICP、XRD、TG-DTA、 XPS、ATR-FTIR和荧光光谱相结合进行分析。实验发现,NAD+的吸附量受pH值影响较大,pH值升高,吸附量迅速下降,且吸附作用明显受离子强度的影响,随着离子强度的增大,吸附量骤减。结果表明NAD+在纳米α-Al2O3和γ-AlOOH表面的吸附主要是外层吸附,而XPS和ATR-FTIR证明NAD+在γ-A12O3表面以外层吸附为主的同时存在少量内层配位方式。荧光实验证明,在研究范围内,随着纳米铝化合物用量的增大,改变了NAD+折叠式与展开式的构象平衡。2、采用现代光谱分析手段研究了辅酶Ⅱ(NADP+)在纳米γ-Al2O3、α-Al2O3和γ-AlOOH表面的吸附行为。结果显示,NADP+的吸附量随pH值的升高而降低,3<pH<5时,由于Al(III)的竞争吸附导致吸附量下降,同时吸附作用明显受离子强度的影响。从而说明NADP+在纳米α-Al2O3和γ-AlOOH表面主要是外层吸附,而TG和ATR-FTIR证明NADP+在γ-Al2O3表面以外层吸附为主的同时存在少量内层配位方式。荧光实验证明,纳米铝化合物的加入明显改变了NAD+/NADP+折叠式与展开式的构象平衡,从而可能影响依赖于辅酶的脱氢酶体系的生物活性。3、概述了多壁碳纳米管和石墨烯修饰电极研究溶液中A1(III)和纳米A113对依赖于辅酶NAD(H)/NADP(H)的相关脱氢酶活性的影响。并采用滴涂法制备了还原型石墨烯CRG/CHIT修饰电极,利用计时电流i-t法,通过检测NADPH和NADH在电极上催化电流的变化情况,研究了纳米形态铝化合物(A12O3和AIOOH)对乙醇脱氢酶(ADH)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性的影响。结果显示,CRG修饰电极能有效的降低NADPH和NADH在裸的玻碳电极上的氧化还原电位,纳米A12O3和AIOOH对GR和ADH的活性具有显著的抑制作用。通过Lineweaver Burk双倒数曲线计算了加入不同浓度纳米A12O3和AIOOH时相关脱氢酶的米氏常数,证明A12O3和AIOOH对GR和ADH的作用属于反竞争性抑制机制。同时荧光光谱法和圆二色谱法表明纳米A1203和AlOOH能够引起辅酶和脱氢酶本身的构象变化,从而引起酶活性的改变。实验证明,计时电流i-t法稳定、灵敏、快速有效,可以作为生物体系中酶活性测定的手段。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
1 绪论  13-32
  1.1 环境及生物体系中铝的形态分布及其生物有效性  13-17
    1.1.1 环境及生态体系中铝的生物毒性  13-16
    1.1.2 不同的铝形态与毒性的关系  16-17
  1.2 纳米形态铝化合物的生物有效性及其对生物基础代谢的影响  17-20
    1.2.1 纳米材料的生物有效性  17-19
    1.2.2 纳米形态铝化合物的分类  19
    1.2.3 纳米铝化合物的生物有效性  19-20
  1.3 辅酶NAD(H)/NADP(H)及其相关脱氢酶的生理意义  20-26
    1.3.1 辅酶NAD(H)/NADP(H)  20-22
    1.3.2 依赖于辅酶NAD(H)/NADP(H)的脱氢酶  22-23
    1.3.3 电化学方法测定辅酶及其相关脱氢酶  23-26
      1.3.3.1 辅酶的测定方法进展  23-24
      1.3.3.2 石墨烯修饰电极的应用  24-26
  1.4 纳米形态铝化合物与生物有机分子界面作用的研究  26-31
    1.4.1 表面作用的研究方法  26-29
      1.4.1.1 宏观表征方法  26
      1.4.1.2 微观表征方法  26-28
      1.4.1.3 计算机模拟方法  28-29
    1.4.2 纳米形态铝化合物与生物分子间的界面作用  29-31
    1.4.3 纳米形态铝化合物与生物分子的界面作用对生物分子功能的影响  31
  1.5 论文的研究内容和意义  31-32
2 纳米形态铝化合物与辅酶I(NAD~+)的界面作用研究  32-57
  2.1 引言  32-33
  2.2 实验部分  33-36
    2.2.1 仪器及试剂  33
    2.2.2 实验方法  33-36
      2.2.2.1 纳米α-Al_2O_3,γ-Al_2O_3和γ-AlOOH的制备  34
      2.2.2.2 吸附实验  34-35
      2.2.2.3 吸附等温线的测定  35
      2.2.2.4 衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)测定  35-36
      2.2.2.5 纳米材料的溶解测定  36
      2.2.2.6 热重-差热(TG-DTA)测定  36
      2.2.2.7 X射线衍射(XRD)测定  36
      2.2.2.8 荧光实验  36
      2.2.2.9 光电子能谱(XPS)实验  36
  2.3 结果与讨论  36-56
    2.3.1 纳米材料的表征  36-38
    2.3.2 宏观吸附研究  38-42
      2.3.2.1 吸附动力学  38-39
      2.3.2.2 pH值和离子强度对吸附的影响  39-41
      2.3.2.3 吸附等温线  41-42
    2.3.3 微观吸附研究  42-54
      2.3.3.1 纳米材料吸附NAD~+前后的XRD表征  42-44
      2.3.3.2 TG-DTA  44-45
      2.3.3.3 ATR-FTIR  45-51
      2.3.3.4 XPS实验  51-52
      2.3.3.5 ICP测定  52-54
    2.3.4 生物有效性实验  54-56
  2.4 结论  56-57
3 纳米形态铝化合物与辅酶Ⅱ(NADP~+)的界面作用研究  57-75
  3.1 引言  57
  3.2 实验部分  57-60
    3.2.1 仪器及试剂  57-58
    3.2.2 实验方法  58-60
      3.2.2.1 吸附实验  58-59
      3.2.2.2 吸附等温线  59
      3.2.2.3 衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)  59-60
      3.2.2.4 纳米材料的溶解测定  60
      3.2.2.5 热重-差热(TG-DTA)测定  60
      3.2.2.6 X射线衍射(XRD)测定  60
      3.2.2.7 荧光实验  60
  3.3 结果与讨论  60-74
    3.3.1 纳米材料的表征  60
    3.3.2 宏观吸附研究  60-65
      3.3.2.1 pH值和离子强度对吸附的影响  60-63
      3.3.2.2 吸附等温线  63-65
    3.3.3 微观吸附研究  65-72
      3.3.3.1 纳米材料吸附NADP~+前后的XRD  65-66
      3.3.3.2 TG-DTA  66-67
      3.3.3.3 ATR-FTIR  67-70
      3.3.3.4 ICP测定  70-72
    3.3.4 生物有效性实验  72-74
  3.4 结论  74-75
4 石墨烯修饰电极研究纳米形态铝化合物对依赖于辅酶NAD(H)/NADP(H)的相关脱氢酶活性的影响  75-108
  4.1 溶液中Al~(3+)和纳米Al_(13)对NAD(H)/NADP(H)相关脱氢酶活性影响的概述  75-83
    4.1.1 引言  75-76
    4.1.2 主要的研究内容和方法  76-81
      4.1.2.1 辅酶NADH和NADPH的电化学响应  76-77
      4.1.2.2 不同pH值条件下Al~(3+)和Al_(13)对酶活性的影响  77-80
      4.1.2.3 溶液中Al(Ⅲ)与不同底物结合的能力  80-81
      4.1.2.4 其它形态铝化合物及干扰物对酶活性的影响  81
    4.1.3 结论  81-83
  4.2 纳米形态铝化合物对依赖于辅酶I的乙醇脱氢酶(ADH)活性的影响  83-98
    4.2.1 引言  83
    4.2.2 实验部分  83-84
      4.2.2.1 试剂与仪器  83-84
      4.2.2.2 CRG修饰电极的制备  84
      4.2.2.3 电化学测量  84
    4.2.3 实验结果与讨论  84-96
      4.2.3.1 石墨烯修饰电极的表征  84-88
      4.2.3.2 NADH在修饰电极上的电化学响应  88-90
      4.2.3.3 纳米形态铝化合物对ADH活性影响的研究  90-95
      4.2.3.4 纳米形态铝化合物对ADH活性影响的作用机理的研究  95-96
    4.2.4 结论  96-98
  4.3 石墨烯修饰电极研究纳米形态铝化合物对依赖于辅酶Ⅱ的谷胱甘肽还原酶(GR)活性的影响  98-108
    4.3.1 引言  98
    4.3.2 实验部分  98-99
      4.3.2.1 试剂与仪器  98-99
      4.3.2.2 CRG修饰电极的制备  99
      4.3.2.3 电化学测量  99
    4.3.3 实验结果与讨论  99-107
      4.3.3.1 石墨烯修饰电极的表征  99-100
      4.3.3.2 CRG修饰电极上不同形态铝化合物对GR活性的影响研究  100-107
    4.3.4 结论  107-108
5 结论  108-110
  5.1 结论  108-109
  5.2 论文的主要创新点  109-110
致谢  110-111
参考文献  111-135
攻读博士学位期间的主要科研成果  135-136

纳米形态铝化合物与辅酶的作用和对相关脱氢酶活性的影响

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