甲基橙皮苷和人血清白蛋白相互作用的光譜研究

李金華，王素敏，朱金花

(1.西安工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與化工學(xué)院,陜西 西安 710032; 2.河南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 開封 475004)

血清白蛋白是循環(huán)系統(tǒng)中可溶性蛋白質(zhì)的重要組成部分，是血漿中含量最豐富的蛋白質(zhì)，具有很多生理學(xué)上的功能[1]. 蛋白質(zhì)作為載體能和許多藥物及其他具有生物活性的小分子、大分子相互作用. 研究藥物與血清白蛋白相互作用對于醫(yī)藥化學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)來說是非常重要的. 從不同角度考察藥物分子與蛋白質(zhì)的作用對于了解藥物的轉(zhuǎn)運和代謝過程以及闡明生物大分子與藥物小分子相互作用的化學(xué)本質(zhì)都有重要意義[2-5]. 中藥是我國的傳統(tǒng)醫(yī)藥，歷史悠久，研究中藥活性組分與蛋白質(zhì)的作用可為中藥的發(fā)展與更有效地推廣應(yīng)用提供可靠的理論基礎(chǔ)，為合理給藥提供理論依據(jù)[6].

黃酮類化合物具有抗心律失常、抗病毒、抗癌、抗菌、抗炎癥、抗糖尿病并發(fā)癥等功能[7-8]. 甲基橙皮苷(methyl hesperidin，MH)是橙皮苷經(jīng)甲基化而生成的一種黃酮類化合物，結(jié)構(gòu)式見圖1，其生物活性比橙皮苷強，可增加毛細(xì)管的抵抗力，防止動脈硬化癥引起的功能紊亂，與維生素C共同使用可增加其藥效[9-10]. 關(guān)于MH和蛋白質(zhì)的相互作用未見報道. 作者利用光譜法研究了MH與HSA的相互作用，求得不同溫度下藥物與BSA相互作用的結(jié)合常數(shù)及位點數(shù)，并根據(jù)熱力學(xué)常數(shù)確定了MH與HSA之間的作用力類型.

圖1 甲基橙皮苷的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The chemical structure of MH

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

RF-5301PC(日本, Shimadzu)熒光光度計用于記錄樣品熒光光譜和熒光強度，使用150 W氙燈與1 cm石英比色池，狹縫寬度為5 nm. 實驗過程中用電子循環(huán)水浴(NTT-2100, EYELA, 日本)控制樣品溫度. Nexus670 傅立葉變換紅外光譜儀(美國Nicolet 公司)，衰減全反射附件(ATR, ZnSe晶體)，DTGS 檢測器，OMNIC52 數(shù)據(jù)處理軟件.

HSA購于Sigma-Aldrich(美國)生物技術(shù)公司，使用時未進一步純化. MH標(biāo)準(zhǔn)品購于中國藥品生物制品檢定所. 氯化鈉、鹽酸、三(羥基甲基)氨基甲烷(Tris)均為分析純，實驗用水均為二次蒸餾水.

1.2 實驗方法

熒光光譜測定：設(shè)置激發(fā)波長280 nm，在2.0 mL含有3.0×10-6mol/L HSA的溶液中連續(xù)滴加MH儲備液，在300～550 nm范圍內(nèi)掃描MH-HSA體系的發(fā)射光譜.

熒光滴定實驗：在2.0 mL含有3.0×10-6mol/L HSA的溶液中，以微量注射器逐次加入不同體積的MH儲備液，MH的最終濃度為5.0～ 47.6 μmol/L, 每次滴加MH后反應(yīng)2 min. 在HSA最大發(fā)射波長337 nm處，記錄296、303和310 K下體系的熒光強度，所得數(shù)據(jù)用于計算結(jié)合常數(shù)和結(jié)合位點數(shù).

紅外光譜的采集及譜圖處理：分辨率為4 cm-1，取樣次數(shù)為60. 同樣條件下采集緩沖溶液的光譜，然后從HSA樣品溶液光譜中減去緩沖溶液的吸收就得到HSA溶液的紅外光譜圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 MH對HSA的熒光猝滅

HSA的內(nèi)源熒光主要來源于色氨酸殘基和酪氨酸殘基[11]. 圖2顯示了HSA與不同濃度的MH混合后的熒光光譜圖.

從圖2可以看出，在激發(fā)波長為280 nm，發(fā)射波長為337 nm時，HSA有很強的熒光(此熒光來源于色氨酸殘基)，MH幾乎沒有熒光. 隨著MH的不斷加入，HSA的熒光強度逐漸下降，這種猝滅現(xiàn)象說明了HSA和MH之間發(fā)生了相互作用，改變了色氨酸殘基周圍的微環(huán)境，使得色氨酸殘基的熒光強度下降.

2.2 結(jié)合常數(shù)和結(jié)合位點數(shù)

根據(jù)熒光滴定數(shù)據(jù)，利用Scatchard方程(1)計算結(jié)合常數(shù)和結(jié)合位點數(shù)：

r/Df=nK-rK

(1)

其中r是每摩爾HSA結(jié)合MH的摩爾數(shù)，Df是游離MH的濃度，K與n分別是結(jié)合常數(shù)與結(jié)合位點數(shù).

圖3為296、303和310 K下MH-HSA體系的Scatchard圖，可以看出在不同溫度下，r/Df與r都呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，說明MH和HSA之間只有一種鍵合位，這與所求得的結(jié)合位點數(shù)一致. 從表1可以看出，各個溫度下的結(jié)合常數(shù)均達(dá)1×104L· mol-1以上，說明了MH和HSA之間有較強的結(jié)合，結(jié)合常數(shù)隨著溫度的升高而升高.

c(HSA) = 3.0 μmol·L-1, 從a到g c(MH)依次為: 0, 5.0, 9.9, 14.7, 19.6, 24.4, 29.1 μmol·L-1; h為 MH 溶液，c(MH) = 0.5 μmol·L-1.激發(fā)波長280 nm圖2 296 K時MH-HSA體系的熒光光譜圖Fig.2 The fluorescence emission spectra of MH-HSA system at 296 K

pH 7.40, c(HSA) = 3.0 μmol·L-1; (■) 296 K; (●) 303 K; (▲) 310 K. λex = 280 nm, λem = 337 nm圖3 MH-HSA體系的Scatchard圖Fig.3 The Scatchard plots of MH-HSA

T(K)K(L· mol-1)nΔG0 (kJ·mol-1)ΔS0 (J· mol-1·K-1)ΔH0 (kJ· mol-1)2961.77×1041.58-27.92211.1834.593032.65×1041.30-29.40211.1834.593103.53×1041.16-30.87211.1834.59

2.3 作用力類型的確定

小分子和蛋白質(zhì)等生物大分子通常是通過疏水作用力、靜電力、氫鍵和范德華作用力等結(jié)合形成超分子復(fù)合物的[12]. 根據(jù)反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)(熵變、焓變等)可確定作用力類型，為此，采用熒光光譜技術(shù)測定了不同溫度下的結(jié)合常數(shù)(見表1). 當(dāng)溫度變化不太大時，反應(yīng)的焓變可看作一個常數(shù)，此時的熵變和焓變可通過Van′t Hoff方程計算：

lnKT= -ΔH0/RT+ ΔS0/R

(2)

式中，KT為不同溫度下的結(jié)合常數(shù)，R是氣體常數(shù). 由lnK對1/T作圖，由斜率與截距分別可以計算出焓變ΔH0、熵變ΔS0，再由下式

ΔG0= ΔH0-TΔS0

(3)

pH 7.40. MH to HSA (3.0×10-5 mol·L-1) ratio: 2∶1圖4 HSA(a)和MH-HSA體系(b)的紅外光譜圖Fig.4 FT-IR spectra of free HSA (a) and MH-HSA system (b)

可以計算出反應(yīng)的自由能變化ΔG0. 所得的結(jié)果列于表1，從表1可以看出，結(jié)合反應(yīng)的焓變ΔH0為正值，自由能變ΔG0為負(fù)值，說明MH與HSA的結(jié)合是一個吸熱過程，同時也是一個自發(fā)的過程. 從熱力學(xué)的角度來考慮，正ΔS通常認(rèn)為是疏水相互作用，而且，水溶液中離子間的靜電作用一般是以正ΔS與負(fù)ΔH為標(biāo)志的，相反對于范德華力，ΔH以及ΔS卻均為負(fù)值. 負(fù)焓在靜電作用中可能起一定作用，但在真正的靜電作用中焓變非常小幾乎等于零[13]. 在MH和HSA的相互作用中，ΔS，ΔH均為正值說明疏水作用占主導(dǎo)地位，但也不排除氫鍵作用的存在，因為在MH的分子中存在氧原子.

2.4 MH對HSA二級結(jié)構(gòu)的影響

3 結(jié)論

應(yīng)用光譜技術(shù)對MH和HSA的相互作用進行了研究. 結(jié)果表明，MH與HSA之間有很強的結(jié)合，改變了HSA的二級結(jié)構(gòu). 鍵合模式結(jié)果表明二者之間的結(jié)合以疏水作用為主，但也不排除氫鍵作用的存在.

參考文獻(xiàn)：

[1] ERCELEN S, KLYMCHENKO A S, MéLY Y. The binding of novel two-color fluorescence probe FA to serum albumins of different species [J]. Int J Biol Macromol, 2005, 35(5): 231-242.

[2] 緣 萍，宋玉民，李清萍，等．鈰配合物與人血清白蛋白相互作用的研究[J]．化學(xué)研究與應(yīng)用，2010，22(10)：1248-1254．

[3] TIAN Jian Niao, LIU Jia Qin, XIE Jian Ping, et al. Binding of wogonin to human serum albumin: a common binding site of wogonin in subdomain IIA [J]. J Photochem Photobiol A, 2004, 74(1): 39-45.

[4] 張懷斌, 麗 英，榮先國. 燈盞花素與牛血清白蛋白相互作用的熒光光譜研究[J]. 化學(xué)研究, 2012，23(2)：13-16.

[5] 馬亞娣，張國文,劉鈺紅. 乙基麥芽酚與牛血清白蛋白相互作用的光譜[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報，2011，35(6)：545-549.

[6] 余軍平. 熒光光譜法在藥物分析及藥物與生物分子作用中的應(yīng)用研究[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2004.

[7] 龔盛昭．黃酮類化合物保健食品大有開發(fā)價值[J]. 廣州食品工業(yè)科技, 2007, 18(1)：63-64．

[8] 宋 慧，李 勇．黃酮類化合物的保健作用[J]．中國食品與營養(yǎng)，2004，4(11)：45-47．

[9] 馬世昌．化學(xué)物質(zhì)辭典[M]． 陜西: 陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1999: 246.

[10] 索志榮，鄭建斌，朱小紅. 復(fù)方三維亞油酸膠丸I中甲基橙皮苷和維生素C的HPLC分析[J]. 藥物分析雜志, 2005，25(9): 1012-1014.

[11] 劉家琴，田 建，邊清泉，等. 馬兜鈴酸與牛血清白蛋白的相互作用研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2006, 26(4): 715-719.

[12] JIANG Chong Qiu, GAO Ming Xia, MENG Xian Zhe. Study of the interaction between daunorubicin and human serum albumin, and the determination of daunorubicin in blood serum samples [J]. Spectrochim Acta A, 2003, 59 (7): 1605-1610.

[13] LAKOWICZ J R. Principles of fluorescence spectroscopy [M]. Newyork: Kluwer Academic Publishers/Plenum Press, 1999:237-259.

[14] BIAN Qing Quan, LIU Jia Qin, TIAN Jian Niao, et al. Binding of genistein to human serum albumin demonstrated using tryptophan fluorescence quenching[J]. Int J Biol Macromol, 2004, 34(5): 275-279.