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羽毛角蛋白金属络合物的抗氧化性能研究

李晓晓  
【摘要】:超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutases,SOD)作为机体活性氧清除反应过程中第一个发挥作用的抗氧化酶,对于维持生物体内超氧阴离子自由基(O_2~(·-))的产生与消除的动态平衡起着重要作用。它能防止氧自由基破坏细胞结构和功能,保护细胞免受氧化损伤。SOD酶模拟初期以酶活性中心模拟为主,合成了大量与SOD酶活性中心结构类似的金属配合物,如类卟啉金属配合物、氨基酸金属配合物等,发现它们具有良好的氧自由基清除功能。但是,大部分具有氧自由基清除功能的小分子金属配合物存在生物相容性差、水溶性不高、甚至对机体有害等缺点,因而限制了其应用。随着酶模拟研究的深入,抗氧化酶的模拟需要从酶活性中心模拟深入到对酶的整体结构模拟。其中,基于生物高分子的酶模拟不仅可以模拟天然酶的核心结构,也可模拟天然酶的微环境,其优越性能在酶学研究中受到重视。因此,为了解决小分子氧自由基清除剂的不足与缺点,本文以角蛋白为骨架,构建了系列角蛋白/金属结合体和系列角蛋白氨基酸金属络合物—即生物高分子金属络合物,用来模拟抗氧化酶。试图在模拟天然酶活性中心的同时模拟其高分子环境,以期同时提高小分子氧自由基清除剂的水溶性、生物相容性以及氧自由基清除活性。 首先,综述了蛋白质与多肽、多糖、胶束与脂质体和合成高分子等大分子模拟SOD的研究进展。 第二,将角蛋白与金属离子结合,采用UV-Vis光谱、圆二色谱等手段对角蛋白金属结合体(FKM,M=Zn~Ⅱ,Cu~Ⅱ,Mn~Ⅱ,Ni~Ⅱ)结构进行了表征。考察了角蛋白金属结合体对超氧阴离子自由基(O_2~(·-))的清除作用,发现角蛋白金属铜结合体(FKCu)具有较高的氧自由基清除活性,FKCu60的氧自由基清除活活性最好,它的抗O_2~(·-) EC50值为0.006mol/L,对Cu, ZnSOD的模拟度可达683.3%。 第三,将角蛋白与甘氨酸复合,再与金属离子络合,制得角蛋白甘氨酸金属络合物(FK-GlyM,M=Zn~Ⅱ,Cu~Ⅱ,Mn~Ⅱ,Ni~Ⅱ),采用UV-Vis光谱、圆二色谱等手段对其结构进行了表征。考察了角蛋白甘氨酸金属络合物对超氧阴离子自由基(O_2~(·-))的清除作用,发现角蛋白甘氨酸铜络合物(FK-GlyCu)具有较高的氧自由基清除活性,FK-GlyCu60的氧自由基清除活活性最好,它的抗O_2~(·-) EC50值为0.0045mol/L,对Cu, Zn-SOD的模拟度可达911.1%。 第四,将角蛋白与组氨酸复合,再与金属离子络合,采用UV-Vis光谱、圆二色谱等手段对角蛋白组氨酸金属络合物(FK-HisM,M=Zn~Ⅱ,Cu~Ⅱ,Mn~Ⅱ,Ni~Ⅱ)结构进行了表征。考察了角蛋白组氨酸金属络合物对超氧阴离子自由基(O_2~(·-))的清除作用,发现FK-HisCu具有较高的氧自由基清除活性。FK-HisCu60的氧自由基清除活性最好,它的抗O_2~(·-) EC50值为0.0115mol/L,对Cu, Zn-SOD的模拟度高达356.5%。 本文将小分子氨基酸、金属离子与FK结合后,在FK内部形成多个活性中心,活性中心与FK中还原型巯基及氨基酸残基的共同作用下,结合体具有明显的氧自由基清除能力,在模拟天然酶活性中心的同时模拟其高分子环境,获得水溶性、生物相容性较高的高分子SOD模拟物。研究结果有望应用于保健品、化妆品、药物及生物医学材料等领域,为揭示天然高分子抗氧化剂的抗氧化机理提供一种思路与方法,为制备具生物相容性且高活性的新型抗氧化剂奠定基础。


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