表面等离子体基元共振技术研究全氟化合物与生物大分子的相互作用
文献类型：学位论文
| 作者 | 高宇 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012-06 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郭良宏 |
| 关键词 | 全氟化合物 表面等离子体基元共振 人血清蛋白 多糖 雌激素受体 相互作用 perfluorinated compounds surface plasmon resonance human serum albumin polysaccharide estrogen receptor interaction |
| 其他题名 | Investigation of Interactions between Perfluorinated Compounds and Biomacromolecules by Surface Plasmon Resonance Biosensor |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 全氟化合物（PFCs）是一类含氟的化学品，具有疏水、防脂防油、防火等特殊的性质，因此具有广泛的工业和商业应用。PFCs在环境中十分稳定，可以在野生动物和人类体内累积。许多实验研究证明了PFCs对动物健康有不利的影响，因此管理者开始采取措施限制PFCs的生产和应用。目前对于PFCs的毒理工作主要集中在动物实验、细胞水平和亚细胞水平，而分子水平的研究相对较少，需要更深入的研究。 环境污染物通过各种途径进入人体血液后，能迅速分布至全身。在血液中，污染物可能会与人血清蛋白结合，也可能和其它组织成分（包括各种蛋白质、多糖、核蛋白和磷脂等）结合，这对污染物在体内的分布有重大影响。同时，血清蛋白作为体内荷尔蒙、脂肪酸和其它化合物的转运蛋白，其与污染物的相互作用可能会影响到内源性化合物的体内分布和平衡。此外，污染物富集在靶器官后，可能会与受体相互作用，从而影响受体介导的信号传导，产生一系列生物效应。因此在转运蛋白水平以及受体水平上研究生物大分子与污染物的相互作用对于解释污染物的致毒机理至关重要。 本文利用表面等离子体基元共振（SPR）技术，通过设计不同功能的传感器，研究了全氟化合物与不同生物大分子的相互作用，并对其毒性机制进行了探讨。主要内容包含以下三个方面： 1. 全氟化合物与转运蛋白的相互作用。本工作设计了基于SPR技术的免标记竞争结合检测模式，用于研究小分子配体与人血清蛋白（HSA）的相互作用。在该检测中，通过自组装的方式将脂肪酸的类似物固定在SPR芯片表面，可以特异性结合溶液中的HSA。溶液中加入目标分子可以与表面脂肪酸竞争结合血清蛋白，引起SPR信号的下降。由于HSA配体结合空腔在结构上的不对称性，其与表面脂肪酸的结合展示出对脂肪酸空间取向显著的选择性。当脂肪酸羧基端暴露于芯片表面时，HSA的结合量非常低。然而当烷基端暴露在上端时，HSA的结合量提高了7倍。同时，降低表面修饰脂肪酸的覆盖度可以降低HSA与表面结合的空间位阻。在最优的条件下，用竞争检测法考察了辛酸（OA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）与HSA的结合；通过设计的表面竞争反应模型计算得到的亲和常数分别为4.57×105 M-1和2.11×105 M-1，与文献报道的其它方法一致。通过亲和力和体内浓度水平的比较，PFOS在正常人体血液中不太可能竞争HSA与脂肪酸的结合，即不会干扰脂肪酸的转运。 2. 全氟化合物与脂肪酸代谢相关多糖的相互作用。3-O-甲基甘露糖多糖（MMPs）最主要的生理功能是调节脂肪酸的合成与代谢。MMPs在溶液中呈螺旋状构象，直径约为6Å，长度约为29 Å，并可以和长链脂肪酸形成稳定的1:1复合物。本工作通过设计和组装不同长度与取向的脂肪酸修饰SPR传感表面，研究了其与12-MMP之间的相互作用。由于MMP的结合空腔为螺旋桶状结构，其在脂肪酸表面上的结合与脂肪酸的分子取向无关，而与脂肪酸长度有关；不同糖单元含量的MMPs与表面的结合说明疏水空腔越长，与脂肪酸作用力越强。计算得到12-MMP与脂肪酸的亲和常数为2.09×104 M-1，与文献报道的结果一致。随后用竞争检测法发现PFOS与多糖之间无相互作用，说明PFOS不会干扰12-MMP调节的脂肪酸的合成和代谢。 3. 全氟化合物与人雌激素受体的相互作用。研究发现全氟化合物可以模拟荷尔蒙的活性，具有内分泌干扰效应。通常外源性雌激素可以与雌激素受体（ER）结合，进而引起ER调节的响应。配体结合会导致ER产生不同的构象变化，从而调控ER的转录行为。本工作开发了一种基于SPR的传感器，通过监测配体诱导的ERα的构象变化，可以确认该配体为激活剂或抑制剂。通过检测不同全氟烷基酸的雌激素效应，发现了其激活ER的构效关系。其中具有8个碳原子的全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）具有弱的雌激素效应。SPR动力学分析测得PFOS和PFOA与人ERα的平衡解离常数KD分别为2.19和107 μM。最后，使用分子对接研究了全氟烷基酸与人ERα配体结合域的结合信息。PFOS和PFOA可以很好的与人ERα作用，与Arg394形成氢键，并展示出与天然激活剂雌二醇相似的结合方式。这些体外结合实验与计算模拟的结果很好的吻合，并与其它全氟烷基酸生物活性的报道一致。综上所述，PFOS和PFOA被认为具有人ERα的弱激活效应，值得引起人们的关注。 |
| 公开日期 | 2013-12-18 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7168]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 高宇. 表面等离子体基元共振技术研究全氟化合物与生物大分子的相互作用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。