核黄素的循环伏安特性及生物学功能

ＭＡ Ｙｉｎｇ—ｊｉ，ＬＩ Ｘｕａｎ－ｊ ａｎ， ＣＵＩ Ｓｈｅｎｇ－ｙｕｎ。 （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｏｒａｇｎｉｓｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ Ｃｈａｎｇｂａｉ Ｍｏｕｎｔａ ｉｎ ａｎｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｙａｎｂｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｊｉ １３３００２，Ｃｈｉｎａ）
ＲＦ及其辅酶对光很敏感．文献Ｅ８３报道，在碱 性条件下ＲＦ被降解为无电活性的光黄素（ＬＦ）， 而在酸性条件下其被降解为光色素（ＬＣ），见图４． 研究表明：ＲＦ的光降解反应和降解产物直接与 ＲＦ的生物学功能有关．ＲＦ光敏损伤ＤＮＡ可导 致癌细胞的凋亡［２］．图５为ｐＨ＝３．５的新配置的 ＲＦ溶液和该溶液光照１２ ｈ后的ＣＶ图．图５表 明，ＲＦ在光照之前只有可逆的单电子传递的氧 化还原峰，而光照后则出现两对准可逆的氧化还 原峰．这说明光照之前ＲＦ异咯嗪骨架只发生单 电子转移的氧化还原作用，但光照之后由于生成 了光色素，发生两步单电子转移的氧化还原作用．
收稿日期：２００９一ｌＯ一１２ ＊通信作者：崔胜云（１９５７一），男（朝鲜族），教授，研究方向为有机分析化学．
万方数据
６２
延边大学学报（自然科学版）
第３６卷
８：Ｘ２Ｈ：二孓等２Ｘ２Ｈ二答磊二＋ｘ２ｅ＝二＋：赋二２＊义２ｅ；＿２
５：）（凳Ｘ：２炎舞Ｘ＝：囊蜒邺 ～…………………一ｒ…………………………“ Ｈ２０ Ｂ
化还原作用；ＲＦ在光照后降解生成光色素，也发生两步单电子传递的氧化还原作用；相对低浓度的ＧＳＨ对
ＲＦ异咯嗪骨架的两电子传递作用具有激励作用，但高浓度的ＧＳＨ对ＲＦ的氧化还原作用具有抑制作用．
关键词：核黄素；循环伏安法；谷胱甘肽；生物活性
中图分类号：０６５７．１
文献标识码：Ａ
Ｃｙｃｌｉｃ Ｖｏｌｔａｍｅｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ
延边大学学报（自然科学版）
第３６卷
１．５
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Ｅ／ｍＶ（ｖｓ．Ａｇ Ａ粤ａ）
圈５新配置的ＲＦ（９Ｘ １０～ｍｏｌ／Ｌ。ｐＨ＝３．５）（Ａ）和 该溶液光照１２ｈ后的ＣＶ图（Ｂ）
２．４ ＲＦ与ＧＳＨ混合溶液的ＣＶ图 ＧＳＨ是生物体内重要的生物活性物质，其主
要的生物学功能与其巯基伴随递电子和递质子的 氧化还原作用有关Ⅲ；因此，研究其对呼吸链中的 递电子和递质子的氧化还原过程有何影响，对探 究影响生物代谢的各种化学因素及其生物学功能 具有重要的意义．
ＧＳＨ在细胞线粒体中有少量分布，其条件电 位为一２５０ ｍＶ［９］，而ＦＭＮ／ＦＭＮＨ２和ＦＡＤ／ ＦＡＤＨｚ氧化还原峰的条件电位分别为一３００ ｍＶ 和一６０ｍＶ．由于３者条件电位差别不大，因此线 粒体中的ＧＳＨ都有可能与黄素蛋白的ＲＦ异咯 嗪骨架的不饱和氮原子发生递电子和递质子的反 应，即线粒体中的微量ＧＳＨ可能对线粒体中的 呼吸链具有抑制或激励等作用．为了探讨ＧＳＨ 和ＲＦ的相互作用，分别在观察了不同浓度的 ＧＳＨ和一定浓度的ＲＦ混合溶液的ＣＶ图的变 化（见图７）．
２．３扫描速率对ＣＶ图的影响 图６为在ｐＨ＝３．５的Ｎａ：ＳＯ。溶液中，ＲＦ
在不同扫描速率下的ＣＶ图，以及还原峰电流和 氧化峰电流与扫描速率的平方根之间的关系图． 从图６Ａ可以看出：ＲＦ分别在还原峰电位一２２０ ｍＶ处和氧化峰电位一１７０ ｍＶ处出现一对氧化 还原峰，其峰电位差值为５０ ｍＶ，这个数值接近于 ５９ｍＶ／ｎ（１）；氧化峰和还原峰电位随扫描速率的 变化无明显的位移，其电流比值在不同的扫描速 率阶段都基本保持ｌ，且还原峰电流（ｉ。）和氧化 峰电流（ｉ。）与扫描速率的平方根呈线性关系（图 ６昏Ｃ）．这说明该电极反应是ＲＦ异咯嗪骨架中的 双键氮原子上的单电子传递反应，并且是受ＲＦ 在溶液中的扩散过程所控制的可逆反应．
Ｅ／ｍＶ（ｖｓ．Ａｇ Ａ９２１）
１．５
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可ｍＶ（ｖｓ．Ａｇ ＡｇＣ０
图３不同酸度下ＲＦ的ＣＶ圈（ＲＦ浓度为９．０×１０～ｍｏｌ／Ｌ，扫描速率为１００ｍＹ／ｓ）
万方数据
／ｊ＼．
Ｌｕｍｉｅｈｒｏｍｅ（ＬＣ） 图４ ＲＦ光降解后的可能产物
第３６卷第１期 ２０１０年３月
延边大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｂｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
文章编号：１００４—４３５３（２０１０）Ｏｌ—００６１一０６
Ｖ０１．３６ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０ｌＯ
核黄素的循环伏安特性及生物学功能
马英吉， 李铉军， 崔胜云。
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１．５
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核黄素（ＲＦ）又名维生素Ｂ２，化学名称为７，８一 二甲基一１０一（１’＿Ｄ一核糖酰）一异咯嗪．它是黄素 单核苷酸（ＦＭＮ）和黄素腺嘌呤（ＦＡＤ）的组成部 分，是生物体内的重要辅酶，具有催化氧化还原反 应的功能，在医药上有广泛的应用［１。］．ＲＦ的主要 分子生物学功能是作为黄素蛋白（ＦＭＮ或ＦＡＤ 的辅基），参与生物ＮＡＤＨ和ＦＡＤ呼吸链中的 生物氧化作用［５１，见图１．ＲＦ分子结构中的异咯 嗪部分在呼吸链氧化还原过程中进行可逆的脱 氢、加氢反应（见图２）．这种伴随着脱氢和加氢的
１）ＲＦ溶液的配制．用分析天平准确称取 ０．０１８ ８９的ＶＢ２样品，倒入预先洗净的１００ ｍＬ 烧杯中，加入６０ ｍＬ ０．１ ｍｏｌ／Ｌ的Ｎａ０Ｈ．将溶液
移至ｉ００ ｍＬ的容量瓶中，并用０．１ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ 定容至刻度，放入棕色瓶内避光保存．
２）电极预处理．玻碳电极先用Ａｌ：０。粉末抛 光，用超声波洗净后将三电极插入含有Ｎａ：ＳＯ。 溶液的电解池中，在电位一１．５～１．５ Ｖ的范围内 循环扫描若干次，直至基线稳定，用蒸馏水清洗干 净，备用．
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氧化还原反应对维持生物体的正常代谢和机体的 健康具有重要的作用．有关ＲＦ电化学特性的研 究虽然已有较多文献报道，但大部分是关于其含 量测定的分析方法［６叮］，而对ＲＦ的生物学功能与 电化学特性的研究报道的却很少．本文利用循环 伏安法（ＣＶ）研究了ＲＦ在Ｎａ：ＳＯ。底液中的电化 学性质，并在不同的酸度、扫描速率、光照条件下， 对ＲＦ与还原型谷胱甘肽（ＧＳＨ）相互作用时出现 的电化学性质的变化进行了研究，同时对与其相 关的生物学功能进行了探讨．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｅｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ（ＲＦ）ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｅｘｐｏ— ｓｕｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ａｄｄｅｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ（ＧＳＨ）ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｄｉｃｉｔｉｅｓ．ＲＦ ｓｈｏｗｅｄ ｔＷＯ ｓｔｅｐ ｒｅｄｏｘ ｒｅ－ ａｃｔｉｏｎｓ ａｔ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｏｕｂｌｅ ｂｏｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｏｔｉｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｌｙ ａｃｉｄｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｗｏ ｓｔｅｐ ｒｅｄｏｘ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＲＦ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ａｌｓｏ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｆｔｅｒ ｌｉｇｎｔｈ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ＲＦ ａｎｄ ＧＳＨ，ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＳＨ ｍｉｇｈｔ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｗｏ ｓｔｅｐ ｒｅｄｏｘ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｏｕｂｌｅ ｂｏｎｄｓ ｏｆ ＲＦ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＳＨ ｉｎｈｉｂｉｔ ｒｅｄｏｘ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｈ ｓｉｔｅ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｏｕｂｌｅ ｂｏｎｄｓ ｏｆ ＲＦ．Ｔｈｅ ｒｅｄｏｘ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｂｉｏａｃｉｔｉｖｉｔｉｅｓ ｈａｓ ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ；ｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ
３）循环伏安扫描．以０．５ ｍｏｌ／Ｌ Ｎａ２ＳＯ；作 为底液，在选定的电位范围内对ＲＦ溶液连续扫 描２圈，并记录第２圈的ＣＶ图．
２结果和讨论
２．１不同酸度下ＲＦ的ＣＶ测定 图３为在０．５ ｍｏｌ／Ｌ Ｎａ２ＳＯ，溶液中，ＲＦ在
万方数据
第１期
马英吉，等：核黄素的循环伏安特性及生物学功能
６３
不同酸度下的ＣＶ图．图３ Ａ结果表明：ｐＨ＝２．５ 时，ＲＦ分别在峰电位Ｅｐ。＝一２３０ ｍＶ，Ｅ。＝一 ２８８ｍＶ和Ｅｐａ＝一１４４ｍＶ，Ｅ”＝一１９０ｍＶ处出 现两对明显的氧化还原峰，且在起始电位附近分 别出现ＲＦ的吸附峰和ＲＦ还原产物的脱附峰 （图３ Ａ箭头所指处），这说明ＲＦ在强酸性溶液 中易吸附在电极表面上．从两对氧化还原峰的峰 电位差值和峰电流值来看，它们可能分别对应于 ＲＦ异咯嗪骨架不饱和氮原子上的两步单电子传 递反应．当ｐＨ值逐步增大时（ｐＨ＝３．５～４．０）， ＣＶ图上只出现一对氧化还原峰（图３ Ｂ－Ｃ），且其 峰电位随ｐＨ值的增大明显负移，其峰电位差值
从图７ Ｂ－Ｄ可以看出：ＧＳＨ浓度较低时（１× １０一ｔｏｏｌ／Ｌ），ＲＦ在一２１８ ｍＶ和一１７０ ｍＶ处出 现近乎可逆的氧化还原峰，并在一３１４ ｍＶ和一 ２８０ ｍＶ处出现另一对氧化还原峰．当ＧＳＨ浓度 增大至大于１×１０－４ ｍｏｌ／Ｌ时，这一对氧化还原峰 消失，而且ＲＦ的可逆氧化还原电流明显降低（图 ４Ｃ—Ｄ），但峰电位不发生明显的位移．这表明 ＧＳＨ与ＲＦ之间发生明显的相互作用，且作用程 度与ＧＳＨ的浓度有关．
分别办５４ ｍＶ和５８ ｍＶ，且其氧化和还原峰电流 比值为ｉ，。／ｉ。≈１，这说明该氧化还原峰是ＲＦ单 电子传递的可逆的氧化还原峰．当ｐＨ＝４．５时， ＣＶ图上只出现不可逆还原峰（图３ Ｄ），且其还原
电位更加负移．图３的结果表明：在不同的酸度 下，ＲＦ的电化学特性发生明显的变化，说明ＲＦ 的氧化还原反应与其质子化过程有密切的关系． ２．２光降解对ＣＶ图的影响
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ＨｓＣ ＨｓＣ
ＦＭＮ
图２ ＦＭＮ和ＦＡＤ的分子结构与其分子中的异咯嗪部分的可逆脱氢、加氢氧化还原反应
１ 实验部分
１．１仪器与试剂 仪器有美国ＥＧ＆Ｅ Ｍｏｄｅｌ ２７３电化学系统，
铂柱电极为对电极（直径２ ｍｍ），饱和Ａｇ ＡｇＣＩ 电极为参比电极（直径６ ｍｍ），玻碳电极为工作电 极（直径２ ｍｍ）；ｐＨＳ－３Ｃ型酸度计．实验所用ＲＦ 由Ｓｉｇｍａ公司购得，其他试剂皆为分析纯试剂． 溶液用二次蒸馏水配置，ＣＶ测定前通入高纯氮 气２０ ｍｉｎ除氧． １．２分析步骤
２．Ｏ
１．５
１．Ｏ
ｏ．５
姜０．０
－ｏ．５
·１．Ｏ
·１．５
－２．Ｏ ２００ ０－２００－４００
Ｅ／ｍＶ（ｖｓ．Ａｇ ＡｇＣｌ）
０４０
４７１，｜“
（延边大学长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室，吉林延吉１３３００２）
摘要：利用循环伏安法（ＣＶ）研究核黄素（ＲＦ）在不同酸度、光照后的循环伏安特性和其氧化还原的反应机理，
并探讨还原型谷胱甘肽（ＧＳＨ）与ＲＦ之间的相互作用和ＧＳＨ对呼吸链中ＲＦ骨架的氧化还原作用的影响．
研究结果表明：在ＲＦ的异咯嚷骨架中，不饱和氮原子在强酸性溶液中通过质子化发生两步单电子传递的氧