拉曼光谱在结构生物学中的应用研究

【摘要】：拉曼光谱技术是一种非破坏性的振动光谱技术,能提供探测物质的大量结构信息,已经被广泛应用在研究复杂的生物学体系中。本论文应用拉曼光谱技术在结构生物学体系中做了一些研究和探讨,选取了大脑皮层组织、小牛胸腺DNA以及乳腺癌细胞等生物样品,对它们的组分、结构、构象等进行了研究,并借助于统计分析工具对研究结果进行了判别分析。在研究这些生物大分子与金属纳米粒子相互作用时,重点分析了它们与金属纳米粒子之间的相互作用机理,并提出了结合位点的模型。同时,我们还尝试着对纳米金颗粒进行标记修饰,并将其用于活体细胞中,使其具有一定的靶向性,能够靶向检测到细胞内的特定组分。具体内容如下： (1)应用显微拉曼光谱对不同年龄段的猴子大脑皮层组织进行了测量,结果显示大脑皮层中脂类的堆积程度随着年龄的增长而逐渐增加,过多的脂类堆积有可能是导致衰老以及疾病的主要原因；同时我们也比较了大脑皮层中不同区域(前额区与海马区)的拉曼光谱的变化情况,结果显示不同区域的拉曼谱峰没有太大的变化,只是在高波数区域有一些异常的变化。并用了方差分析、判别分析(LDA)对不同年龄段及不同区域之间的拉曼光谱进行了统计分析。 (2)研究了银胶体系中小牛胸腺DNA及其组分的SERS谱,深入探究了阴离子对DNA及其组分SERS谱的影响,进而推测出DNA与银溶胶相互作用的位点。为了验证推测的正确性,我们进一步研究了碱基腺嘌呤的SERS谱。 (3)分别以银、金溶胶为活性基底与乳腺癌细胞共孵育,测得SERS谱,结果显示,纳米银、金颗粒与细胞内组分之间的相互作用明显不同。银纳米颗粒主要是增强细胞内的DNA组分,而纳米金颗粒却主要是增强细胞内的蛋白组分。由于纳米金具有良好的生物相容性,经常用于细胞的SERS研究。我们实验中也证实了纳米金的增强效果及稳定性明显优于纳米银。同时,我们还尝试地提出了纳米金与细胞内蛋白组分苯丙氨酸的结合位点模型。 (4)以4,4'-联吡啶为标记分子,实现了SERS标记免疫检测,得到了比较理想的信号,并对实验过程中的一些影响因素进行探讨；尝试性地将标记免疫检测技术应用到乳腺癌活细胞中,初步实现了使标记免疫金纳米粒子具有一定的靶向性,为能够快速、灵敏地检测活细胞内的化学组分及含量做了前期准备工作。