谷胱甘肽對Cd的解毒機理研究

彭 敏

（東莞理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東東莞 523808）

谷胱甘肽對Cd的解毒機理研究

彭 敏

（東莞理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東東莞 523808）

用原子力顯微鏡研究還原型谷胱甘肽（GSH）對重金屬離子Cd的解毒過程，谷胱甘肽和Cd能迅速形成絡(luò)合物，此絡(luò)合物有多個活性點，在汞表面能夠迅速生長，在開始的1 min的時間內(nèi)，谷胱甘肽和Cd的絡(luò)合物是以平均高度為0.574 nm的單分子層吸附在汞的表面，少量形成底面直徑達160 nm，高度達46 nm的組裝團。隨后2 min，端基是活性組裝點，整體以向空間垂直方向組裝的模式生長。隨后側(cè)基的活性顯現(xiàn)，側(cè)基的組裝和端基的組裝同時進行，GSH-Cd不但向垂直方向長高，還向平面方向鋪展，形成厚度達18 nm的鋪展層和在鋪展層上直徑為527 nm，高度為80 nm的大分子組裝峰。時間達8 min時，各種分子的作用趨于穩(wěn)定。重金屬離子與谷胱甘肽的多個活性基團作用，輕松實現(xiàn)解毒作用。

谷胱甘肽；Cd；解毒；原子力顯微鏡

谷胱甘肽（GSH）在生物體內(nèi)的許多代謝過程中起著重要作用，如參與氨基酸的轉(zhuǎn)運與吸收、解毒、多種酶的輔酶或輔基［1-2］，是生命體活性物質(zhì)。具有抗氧化、清除自由基、解毒、增強免疫力、延緩衰老、抗癌、抗放射線危害等功能，是重要的功能因子，在食品、醫(yī)藥中應(yīng)用非常廣泛［3-5］。谷胱甘肽在生物體內(nèi)的生化過程主要是在非均相介質(zhì)中進行的氧化還原和質(zhì)子傳遞過程，而谷胱甘肽在細(xì)胞膜及線粒體等異相界面上的集聚狀態(tài)是其生化過程的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，研究谷胱甘肽集聚狀態(tài)（異相行為）對認(rèn)識谷胱甘肽在生物體內(nèi)的生化過程具有重要意義。有許多研究谷胱甘肽能夠解毒的報道［6-8］，但少見有谷胱甘肽解毒機理的研究。我們用原子力顯微鏡（AFM）研究還原型谷胱甘肽與金屬離子的作用，發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽能與Cd迅速絡(luò)合，并且該絡(luò)合物具有多個活性基（活性端基和活性側(cè)基），能夠高效的絡(luò)合金屬離子Cd，降低Cd對人體的傷害。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

DIDimension 3000 Atomic Force Microscope（Digital Instrument），還原型谷胱甘肽（上海生化試劑公司，進口分裝）；Cd（NO3）2·4H2O（AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠）；其他試劑均為分析純；二次石英蒸餾水。

平面汞膜的制備：取1 cm×2 cm高純銅片，經(jīng)細(xì)金相砂紙打磨去氧化層，蒸餾水沖洗后電解鍍以薄汞膜，再滴一滴高純汞得光亮汞膜并儲存于-4℃的蒸餾水中。

谷胱甘肽溶液的制備：準(zhǔn)確稱取15.4 mg谷胱甘肽，蒸餾水溶解后定容成50.00 mL，得1.00× 10-3谷胱甘肽儲備溶液并儲存于-4℃冰箱中。移液管取5.00 mL此儲備液稀釋于50.00 mL 0.05 mol/L NaH2RO4-Na2HRO4緩沖溶液中，制成1.00×10-4mol/L谷胱甘肽樣品溶液。

Cd離子溶液的制備：規(guī)范配制1.00×10-3mol/L的Cd（NO3）2溶液備用。

AFM測定：從蒸餾水中取出汞片，用濾紙擦干擦亮后侵入相應(yīng)的谷胱甘肽樣品溶液中，計時吸附后取出，蒸餾水輕緩漂洗5 s，立即用濾紙從兩側(cè)吸干溶液，用雙面膠將其固定在樣品板并置于AFM樣品臺上，調(diào)節(jié)探針位置和儀器參數(shù)，進行tapping-mode掃描。

2 結(jié)果與討論

2.1 GSH-Cd在汞表面生長形貌圖

圖1a是汞在1.0×10-5mol/L GSH-Cd溶液中浸泡1 min的1μm2范圍內(nèi)的AFM三維掃描圖。由圖1a可見，GSH-Cd在汞表面首先形成較均勻吸附層，在汞分子的作用下在汞表面均勻地鋪展了一層。圖1b是浸泡3 min的GSH-Cd在較大范圍內(nèi)（25μm2）的AFM立體圖，GSH-Cd吸附物貌似一片生長茂盛的樹林，長得快的樹木較均勻地分布在小灌木叢中。圖1c是浸泡5 min 25μm2范圍內(nèi)GSH -Cd的AFM立體圖。從圖中可以清晰地看到高大的樹木在樹林中進一步長大，矮灌木叢也有所生長。圖1d是浸泡8 min 25μm2范圍內(nèi)GSH-Cd的AFM立體圖，可以清晰地發(fā)現(xiàn)大樹的生長趨于緩和，小灌木叢迅速生長，逐漸淹沒了稍小一些的大樹，整個樹林的生長達到一種飽和狀態(tài)。整個的生長態(tài)勢很明顯，1min、3min和5min向垂直于汞表面的方向迅速生長，垂直方向的端基占優(yōu)勢；5min以后側(cè)基的活性迅速顯現(xiàn)，側(cè)基向四周鋪展，形成鋪展層，緊挨汞表面的組裝分子層逐漸增厚，在垂直于汞表面方向的生長放緩，8 min時整個吸附組裝面趨于穩(wěn)定。

2.2 GSH-Cd生長的AFM剖面分析

圖2是隨著時間變化的GSH-Cd溶液的絡(luò)合吸附自組裝的AFM剖面分析圖（a、b、c、d分別對應(yīng)的是處理1 min、3 min、5 min、8 min的分析圖）。在剛開始吸附的1 min的時間內(nèi)，GSH-Cd的吸附是以單分子吸附，少量大分子吸附峰出現(xiàn)的模式生長。達到3 min后，大分子吸附逐漸長大，形成大的吸附峰，小分子吸附點也逐漸生長，填充在大分子吸附峰的周圍，形成一層鋪展層。大分子峰繼續(xù)長大，小分子層繼續(xù)鋪展，達到5 min時，大分子峰的生長達到一個最大值，隨后趨緩，而周邊的小分子層繼續(xù)快速增厚，小分子層表面變得平緩，達到8 min基本穩(wěn)定，形成了在平整的小分子吸附自組裝層上少量的大分子組裝峰。

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測量剖面分析圖上的最大組裝峰的底面直徑，最大組裝峰最大峰高，小分子吸附最大峰高，測得數(shù)據(jù)如表1所示。從表中，我們可以估算出，在1 min的時間內(nèi)，可以形成少量底面直徑達160 nm，高度達46 nm的組裝團。3～5 min組裝團不斷長大，最后形成直徑527 nm，高度80 nm的大分子組裝峰；3 min時，在大分子組裝峰的周圍分子不斷吸附組裝在大分子的周圍，逐漸增厚，形成厚度約為10 nm的平鋪層。5～8min大分子組裝峰變化很小，大分子組裝峰周圍的小的吸附峰變小，說明有分子進一步吸附，增厚了鋪展層，平鋪層的厚度約為18 nm。

對掃描圖進行粗糙度分析，在1 min的時間內(nèi)組裝的平均粗糙度為0.574 nm，這與文獻報道的較大的單分子微觀尺度相符（0.5 nm）［9］，可以推測在前1 min GSH-Cd的組裝為單分子組裝；這點也可以從立體圖（圖1a）上形象的反映出。隨后是在單分子層上的活性點組裝，活性生長點最大高度可達80 nm，基本上由160個GSH-Cd的分子組裝而成。

2.3 討論

1）Cd與GSH是先吸附還是先絡(luò)合?先絡(luò)合。比較谷胱甘肽的1 min原子力顯微鏡圖（圖3）與GSH-Cd的1 min原子力顯微鏡圖（圖1a），它們形貌有著非常大的區(qū)別，所以它們的吸附組裝的主體有著明顯區(qū)別，在實驗系統(tǒng)內(nèi)，吸附組裝的主體只能是GSH和GSH-Cd。因此，Cd與GSH溶液是先絡(luò)合，然后在汞表面進行吸附組裝。GSH與Cd絡(luò)合鍵強［9］。

2）GSH-Cd是單個活性點，還是多個活性點?多個活性點。從原子力顯微鏡觀察的結(jié)果我們可以看出，GSH-Cd在汞表面的生長過程是先是朝垂直于汞表面的方向生長，然后再沿平面鋪展。由此推測，GSH-Cd的絡(luò)合物起碼有四個活性點，其中端基的活性較強（這點可以從空間位阻小，鍵合能力強來解釋。），側(cè)基活性較弱。

3 結(jié)語

1）谷胱甘肽作為解毒物質(zhì)，能夠迅速與Cd絡(luò)合，形成峰寬160 nm，峰高46 nm的穩(wěn)定絡(luò)合物。

2）谷胱甘肽與Cd絡(luò)合物具有多個活性點，在汞表面能夠迅速生長，在開始的1 min的時間內(nèi)，絡(luò)合物是以平均高度為0.574 nm的單分子層吸附。隨后2 min，端基是活性組裝點，整體以向空間垂直方向組裝的模式生長。隨后側(cè)基的活性顯現(xiàn)，側(cè)基的組裝和端基的組裝同時進行，GSH-Cd不但向垂直方向長高，還向平面方向鋪展，形成厚度達18 nm的鋪展層和在鋪展層上直徑為527 nm，高度為80 nm的大分子組裝峰（豎直方向大約由160個絡(luò)合物縱向組裝而成）。時間達8 min時，絡(luò)合物的聚集趨于穩(wěn)定。

谷胱甘肽能夠迅速與金屬離子絡(luò)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，絡(luò)合物間相互聚集，形成一定的聚集體，實現(xiàn)快速有效的解毒過程。

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［4］ 金春英，崔京蘭，崔勝云.氧化型谷胱甘肽對還原型谷胱甘肽清除自由基的協(xié)同作用［J］.分析化學(xué)，2009，37（9）：1349-1353.

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Detox ification Mechanism of GSH on Cd

PENG Min
（College of Chemistry and Environmental Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Using Atomic force microscopy，the experiment studies detoxification process of glutathione（GSH）on heavy metal ions Cd.Cd complex with Glutathione（GSH）adsorbed atmercury surface as single molecule in one minute，at which the mean roughnesswas0.574 nm and little part could form mount peak whose diameter could reach 160 nm，and rise 46 nm above the surface.In the following twominutes the end group of glutathione（GSH）complex with Cd active to form moremounts.Then side group of GSH became active in 5minutes.Themountbecame bigger and higherwhose diameter could reach 527 nm，and rise 80nm above the surface，and there was a compacted layer whose thicknesswas about18 nm at the foot of themounts in 8 minutes.Then the system reached a balance，and the biggestmountwas formed by about160molecule of GSH-Cd.The results show that the stable compound of Cd and GSH will be helpful to the body detoxification.

glutathione；Cd；detoxification；atomic forcemicroscope

O656.9

：A

：1009-0312（2014）05-0069-05

2014-06-03

彭敏（1979—），女，湖南雙峰人，副教授，碩士，主要從事表面分析、水處理研究。