拉曼光谱法研究不同环境温度下脉冲电场对胰岛素二级结构影响及理论模型分析

用激光拉曼光谱法 观察 了胰 岛素分子 ａ螺旋含 量的变化 ；并
运用蛋 白质螺旋线 团转 变模 型 ， 对胰 岛素分子 ａ螺旋结 构含
量 的变 化 进 行 定 量 研 究 。
研究者 已经发 现 ，当物理化学 等环境 改变时 ，蛋 白质在
螺旋结构 与无规线 团结 构之间会 经历非常急遽 的转变ｌ 。这 ７ 种转变 ，常 由蛋 白质折叠研究 领域ｌ ０中的分子 动力学模 拟 ８］ 。
液注入 ９ ６孔板（ ｏｔｒ 中后 ，进行脉冲电场作用实验 。 Ｃｓ ） ａ
使用 Ｌ ｂａ ｌ ａ ｒｍ－Ｂ显微 拉 曼光 谱仪 （ ｉ ｒＣ ． ｒｎ ｅ 。 Ｄ ｌ ｏ ，Ｆ ａ ｃ） ｏ
基金项 目：长江 学 者 和 创 新 团 队 发 展计 划课 题 ，上 海 市 重 点 学 科 建 设 课 题 （Ｎ０ ） 国家 重 点 基 础 研 究 发展 计 划 （ ７ Ｉ ８和 ９ ３计 划 ） 目 项 （０ １ Ｂ ０ ７ １ 资助 ２ １Ｃ ５ ３ ０ ）
素分子的构象产生协 同效应 。因此 ，文章首先应用 拉曼光谱 法研究 了不 同环境 温度下脉 冲 电场对 胰 岛素 分
子二级结构 的影 响，得到胰岛素分子 ａ 螺旋结构含量 的变化 ；并运用蛋 白质螺旋一 团结构转变模 型对实 验 线 结果进行定量分析 ，得到的理论模型可 以较好地 刻 画不 同环 境温度 下 ，脉冲 电场对胰 岛素分 子 ａ螺旋结 构
文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１ ．９ ４ ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ）６１ ３—４ Ｏｌ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ １ ０—５ ７０ ｓ
中 图 分 类 号 ：０ ５ ． ６７３
同温度下 ， 脉冲电场对胰岛素分 子二级结 构的影 响，本 文使
引 言
随着现代科学技术 的不断发展 ，脉 冲电磁辐射 和弱 电磁 辐 射的生物效 应 日益成 为人 们 关 注 的焦 点之 一＿ １ 。其 中 ， 。
当电磁 辐射未引起生物体 明显温升 时（ ｏ １℃） ＜ ． 所产生 的生
物 效应 称为非热效应 。由于非热效应 十分微 弱 ，容易受 到各 种 环境 因素的影响 。因此 ， 对环境 因素 的忽略往 往造成 不 同 研 究者之间的实验结果相互矛盾 ， 并且在 电磁辐射非热 效应 机 理研 究方面 ，至今 仍未建 立起公 认 的理论体 系 ，为此 ，研 究 实验条件对结果 的影 响，具有一定 的现 实意义 。本实 验室 前 期研 究发现 ，脉冲电场引起的生物效应 与环境温度 密切相 关 ＿ 。因此 ， ４ ］ 本文重点考察 了不 同环境 温度下 ， 冲 电场作 脉
１２ 实 验 仪 器 ．
。每孔 ５ Ｌ溶 ０
通 过胰岛素信号通路 ， 脉冲 电场 的作用传 入细胞 内，引发 将
细胞水平的生物效应［ 。研究 还发 现 ，脉 冲电场 作用 时 的 ５ ］ 环 境温度对实验结果会产生协 同效应 ｌ 。为 了进一步研 究不 ４ ］
收稿 日期 ： ０ ００ —５ 修 订 日期 ：２ １—０２ ２ １—７０ 。 ００ １—９
含量的影响 。脉冲电场的作用及热力学环境 的改变 ， 使蛋 白质螺旋结构 向无规 线团结构发生转变 ， 以解释 可
脉冲 电场作用下 ，胰岛素分子 ａ 螺旋结构含量 随环境 温度升 高而下 降 的原 因。研 究结果 为进一 步研究弱 电 磁辐射对生物大分子二级结构 的非热效应机理提供 了一定 的实验依据及 理论 参考。 关键词 脉 冲电场 ；拉曼光谱 ；螺旋一 团转变模型 线
拉 曼 光谱 法研 究 不 同环 境 温 度 下脉 冲 电场 对胰 岛素 二 级 结 构 影 响 及 理 论 模 型 分 析
裴 剑 ， 涛嵘 ， 谢 严 姑 ，陈树德 ， 乔登江
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室 ， 上海 ２ ０ ４ ０２１
摘
要
近年来 ，弱电磁辐射生物效应 已受 到人 们 的普遍关 注。前 期研 究发现 脉冲 电场 与环境 温度对胰 岛
第３卷， ６ １ 第 期
２０ １１年 ６月
光
谱
学
与
光
Ｎｏ ６ ｐ １ ３ — ５ ０ １３ ， ． ， ｐ ５ ７ １ ４
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓ ｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
Ｊ ｎ ，２ １ ｕｅ ０１
用 于生物大分子引起的生物效应 。
进行量化分析 ｌ ］ 本文应用拉曼光谱法 ，并借助蛋 白质折 １ 。
叠 中的螺旋一 团转变 模型［ ］ 线 １ 对不 同环境 温度下 脉冲 电场 。 作用时胰 岛素分子 二级结构 中的 螺旋结构含量变化进行 模 型研究 ，从而对脉 冲电场非热效应进行定量研究 。
作者简介 ： 裴
剑 ， ， ９２ 女 １８ 年生 ， 华东师范大学物理系博士研究生
ｅｍａ ：ｓ ｃｅ ＠ｐ ｙ ｅｎ ． ｄ ．ｎ － ｉ ｄ ｈ ｎ ｈ ． ｃｕ ｅ ｕ ｃ ｌ
ｅ ａ ： ｅｎ ｐ ｉ ｎ ６ ．ｏ － ｉ ｊ ｙ ｅｉ ＠１ ３ ｃｍ ｍ ｌ ｎ ｊ ａ
＊通讯联 系人
１ 实验材料 与方法
１１ 实 验 材 料 ．
研 究发现 ， 间信号分子胰岛素是脉 冲电场引发 细胞生 胞
物 学效应的一个重要 的作用位点 ＿ 。脉 冲电场作用胰 岛素分 ５ ］ 子 ， 以改变胰 岛素分子 构象 ， 而影 响其生 物学 功能 ，并 可 进
结 晶牛胰 岛素 （ ｉ ， Ａ） 于 ｐ ０的碳酸 钠一 酸 Ｓｇ ｍａ Ｕｓ 溶 Ｈ１ 碳 氢钠缓 冲液 中。胰岛素浓度为 ４ Ｏｍｇ・ ｎ
１ ３ ５８
光谱学与光谱分析
第 ３ 卷 １
激光 波长为 ６ ２ ８ｎｎ 功率为 ６ｍＶ， ３ ． ｌ ， 光栅为 １８ ０ｇ ａｅ ０ ｒｄ ｓ・
ｃ ｍ ，狭缝为 １ ０ ０ ｍ， 描范 围 ２０ １８ ０ｃ 扫 ０ ０ ｍ ， 积分 时