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

【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,3pH5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。