蛋白质的电化学分析研究进展演示课件
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已用的修饰电极：自组装单层膜修饰电极、生 物膜模拟修饰电极、堆积双层膜修饰电极、无 机材料双层膜修饰电极、LB 膜修饰电极等。 这些修饰电极的构造目的都是使蛋白质的构象 和空间取向等利于使电活性中心更加接近于电 极表面,从而实现二者之间的直接电子转移[1012]。
13
三、蛋白质的催化氢波
催化氢波的产生： H+(H3O+)在汞电极上 有很大的超电压,当某些有机物或金属络 合物存在时能降低H+ 的超电位而产生催 化氢波。
14
蛋白质的催化氢波的分类
蛋白质自身的“钠前催化氢波” 金属离子存在时蛋白质的催化氢波
15
测定原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
催化氢波电流与蛋白质浓度在一定范围 内呈线性关系,可用于蛋白质的检测分析。
16
宋俊峰[7-9]等人报道了一种蛋白质硫键的 有机平行催化波。在氧化剂如KIO3 、 K2S2O8 和H2O2 等存在下人血清白蛋白 (HSA) 、溶菌酶等蛋白质的催化氢波能 被进一步催化产生新的动力波,该动力波 是一种氢的平行催化波,它是由氢离子电 化学还原和上述氧化剂氧化中间产物原 子氢使其化学再生而产生的。
7
Cecil[4]等人对胰岛素等多种含双硫键的蛋白 质的极谱还原波进行了研究,结果表明每种蛋 白质的极谱行为会因pH不同而各异。但在 pH1.0时,所有含双硫键的蛋白质在-0.25V左右 只产生一个还原波,此还原波电流随蛋白质的 浓度增加而达到一极限值,极限电流与分子中 双硫键数目有关。胱胺酸、牛血清白蛋白 (BSA)、免疫球蛋白IgA及IgG、a-胰凝乳蛋白 酶和胰蛋白酶等蛋白质分子中双硫键的电极还 原机理也被详细研究。
蛋白质的电化学分析研究进展
报告人：王 庚
1
一、蛋白质的测定
在蛋白质结构和功能研究中,通常需要知 道蛋白质溶液的准确浓度。
同时,蛋白质含量的测定在药物、食品及 临床分析中也具有重要意义。
2
目前,研究测定蛋白质的方法有凯氏定氮 法、光化学分析法、免疫法、液相色谱 法、电化学分析法等。其中分光光度法、 荧光法、光散射技术等光学分析法测定 蛋白质含量的方法是蛋白质测定研究最 活跃的领域之一[1,2] ,而以电化学分析法对 蛋白质进行研究相对较少[3] 。
8
蛋白质在固体电极上的电化学行为
由于蛋白质的空间结构庞大,电活性中心深埋 于多肽键的内部难以直接与电极表面交换电子, 且蛋白质易在电极表面强烈吸附造成电极钝化 和蛋白质的变性,因此难以得到有效的电极响 应,对蛋白质在裸电极上的电化学行为研究造 成一定的阻力。
人们在不断采用各种手段来进行研究,研究对 象多集中于血红蛋白、辣根过氧化物酶、细胞 色素C、肌红蛋白等氧化还原蛋白质。
21
五、展望
① 蛋白质的仿生电化学; ② 蛋白质结构与功能的电化学表征; ③ 蛋白质与外源分子作用机理的电化学研究; ④ 利用蛋白质如酶的催化活性高灵敏电化学
11
何亚楠[6]等利用十二烷基硫酸钠做为促 进剂在裸银电极上测定血红蛋白,可以得 到良好的电流响应。血红蛋白氧化峰电 流与其浓度成正比,浓度范围5.0×107mol/ L～5.0 ×10-8mol/ L ,可直接用 于血红蛋白的分析测定。
12
利用修饰电极
在电极表面按照人们的意图设计固定上一些有 特定功能的官能团,可以达到对待测物质的分 子识别。
其中,静电力起着重要作用。
19
焦奎[10-13]等人开展了蛋白质的电化学探 针的研究工作,选择多种具有电活性的物 质作为探针,考察其与蛋白质相互作用的 模式,并建立了检测蛋白质的电化学新方 法。以铍试剂III为电化学探针,检测人血 清白蛋白的线性范围为1.0mol/L～ 40.0mg/L ,可用于人血清白蛋白、牛血清 白蛋白的测定。
20
另外,对溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴百里香 酚蓝等电化学探针与蛋白质作用的电化 学行为也进行了详细的研究,建立了电活 性探针与蛋白质相互结合的模型,探讨了 相互作用的机理。韩英强[14]等报道了蛋 白质- 荧光素复合物单扫极谱波的形成 条件,复合物使荧光素在-5.58V处的还原 峰电流增大,峰电流的增大值与加入的 BSA 或HSA的浓度在一定范围内呈线性关 系。罗登柏[15]等人研究了金属离子与蛋 白质相互作用后形成的稳定配合物的极 谱行为。
17
四、蛋白质与小分子 相互作用的电化学研究
❖ 蛋白质与有机小分子结合方式多种多样。 ❖ 现在普遍认为： 在蛋白质的碱性氨基酸的残基中,精氨酸和赖氨酸 残基上的NH4+ 与染料离子上的SO3-靠静电引力相 结合; 在蛋白质的疏水氨基酸中,色氨酸残基与疏水阴离 子靠疏水作用相结合。
18
在许多情况下,蛋白质与有机小分子反 应不仅是某一种力的单独作用,而是多种力 协同作用的结果。这些力包括静电引力、 疏水作用力、范德华力等。
9
早期方法：加入媒介剂和促进剂
最早方法：采用合适的媒介剂和促进剂 来加速电极上的电子交换速率。
机理：初步认为促进剂和媒介剂能与蛋 白质相互作用形成复合物使多肽链被伸 展,疏水结构被打开而使电活性中心被暴 露在电极表面。
常用的促进剂：金属络阳离子、双官能 团试剂、表面活性剂等。
10
林琳[5]等人发现血红蛋白在pH = 5.0 的 0.3mol/L NaAc – HAc 缓冲溶液中,于+ 0.4～ -0.1V 范围内循环扫描,会产生一 对氧化还原峰,在四甲基氯化铵促进下裸 银电极测定血红蛋白时,峰电位之差为 0.14V ,氧化还原峰电流与血红蛋白浓度 在2.0×10-7mol/ L～1.5×10-6mol/L 范 围内有良好的线性关系。
3
蛋白质的电化学行为研究 直接电化学分析 间接电化学分析
4
具体又分为 ➢ 蛋白质的极谱分析 ➢ 催化氢波 ➢ 小分子电化学探针等
5
二、蛋白质的直接电化学分析
蛋白质的极谱分析 蛋白质在固体电极上的电化学行为
6
蛋白质的极谱分析
蛋白质自身的极谱波主要产生于分子内 的双硫键或硫基。一般来说蛋白质可以 产生3个双硫键的可逆还原波,其中2个双 硫键与汞电极生成汞硫醇盐、亚汞硫醇 盐的表面还原波,峰电位分别约为-0.25V 和-0.50V。另一个为受扩散控制的双硫 键还原波,峰电位为-0.90V。
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三、蛋白质的催化氢波
催化氢波的产生： H+(H3O+)在汞电极上 有很大的超电压,当某些有机物或金属络 合物存在时能降低H+ 的超电位而产生催 化氢波。
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蛋白质的催化氢波的分类
蛋白质自身的“钠前催化氢波” 金属离子存在时蛋白质的催化氢波
15
测定原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
催化氢波电流与蛋白质浓度在一定范围 内呈线性关系,可用于蛋白质的检测分析。
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宋俊峰[7-9]等人报道了一种蛋白质硫键的 有机平行催化波。在氧化剂如KIO3 、 K2S2O8 和H2O2 等存在下人血清白蛋白 (HSA) 、溶菌酶等蛋白质的催化氢波能 被进一步催化产生新的动力波,该动力波 是一种氢的平行催化波,它是由氢离子电 化学还原和上述氧化剂氧化中间产物原 子氢使其化学再生而产生的。
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Cecil[4]等人对胰岛素等多种含双硫键的蛋白 质的极谱还原波进行了研究,结果表明每种蛋 白质的极谱行为会因pH不同而各异。但在 pH1.0时,所有含双硫键的蛋白质在-0.25V左右 只产生一个还原波,此还原波电流随蛋白质的 浓度增加而达到一极限值,极限电流与分子中 双硫键数目有关。胱胺酸、牛血清白蛋白 (BSA)、免疫球蛋白IgA及IgG、a-胰凝乳蛋白 酶和胰蛋白酶等蛋白质分子中双硫键的电极还 原机理也被详细研究。
蛋白质的电化学分析研究进展
报告人：王 庚
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一、蛋白质的测定
在蛋白质结构和功能研究中,通常需要知 道蛋白质溶液的准确浓度。
同时,蛋白质含量的测定在药物、食品及 临床分析中也具有重要意义。
2
目前,研究测定蛋白质的方法有凯氏定氮 法、光化学分析法、免疫法、液相色谱 法、电化学分析法等。其中分光光度法、 荧光法、光散射技术等光学分析法测定 蛋白质含量的方法是蛋白质测定研究最 活跃的领域之一[1,2] ,而以电化学分析法对 蛋白质进行研究相对较少[3] 。
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蛋白质在固体电极上的电化学行为
由于蛋白质的空间结构庞大,电活性中心深埋 于多肽键的内部难以直接与电极表面交换电子, 且蛋白质易在电极表面强烈吸附造成电极钝化 和蛋白质的变性,因此难以得到有效的电极响 应,对蛋白质在裸电极上的电化学行为研究造 成一定的阻力。
人们在不断采用各种手段来进行研究,研究对 象多集中于血红蛋白、辣根过氧化物酶、细胞 色素C、肌红蛋白等氧化还原蛋白质。
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五、展望
① 蛋白质的仿生电化学; ② 蛋白质结构与功能的电化学表征; ③ 蛋白质与外源分子作用机理的电化学研究; ④ 利用蛋白质如酶的催化活性高灵敏电化学
11
何亚楠[6]等利用十二烷基硫酸钠做为促 进剂在裸银电极上测定血红蛋白,可以得 到良好的电流响应。血红蛋白氧化峰电 流与其浓度成正比,浓度范围5.0×107mol/ L～5.0 ×10-8mol/ L ,可直接用 于血红蛋白的分析测定。
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利用修饰电极
在电极表面按照人们的意图设计固定上一些有 特定功能的官能团,可以达到对待测物质的分 子识别。
其中,静电力起着重要作用。
19
焦奎[10-13]等人开展了蛋白质的电化学探 针的研究工作,选择多种具有电活性的物 质作为探针,考察其与蛋白质相互作用的 模式,并建立了检测蛋白质的电化学新方 法。以铍试剂III为电化学探针,检测人血 清白蛋白的线性范围为1.0mol/L～ 40.0mg/L ,可用于人血清白蛋白、牛血清 白蛋白的测定。
20
另外,对溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴百里香 酚蓝等电化学探针与蛋白质作用的电化 学行为也进行了详细的研究,建立了电活 性探针与蛋白质相互结合的模型,探讨了 相互作用的机理。韩英强[14]等报道了蛋 白质- 荧光素复合物单扫极谱波的形成 条件,复合物使荧光素在-5.58V处的还原 峰电流增大,峰电流的增大值与加入的 BSA 或HSA的浓度在一定范围内呈线性关 系。罗登柏[15]等人研究了金属离子与蛋 白质相互作用后形成的稳定配合物的极 谱行为。
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四、蛋白质与小分子 相互作用的电化学研究
❖ 蛋白质与有机小分子结合方式多种多样。 ❖ 现在普遍认为： 在蛋白质的碱性氨基酸的残基中,精氨酸和赖氨酸 残基上的NH4+ 与染料离子上的SO3-靠静电引力相 结合; 在蛋白质的疏水氨基酸中,色氨酸残基与疏水阴离 子靠疏水作用相结合。
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在许多情况下,蛋白质与有机小分子反 应不仅是某一种力的单独作用,而是多种力 协同作用的结果。这些力包括静电引力、 疏水作用力、范德华力等。
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早期方法：加入媒介剂和促进剂
最早方法：采用合适的媒介剂和促进剂 来加速电极上的电子交换速率。
机理：初步认为促进剂和媒介剂能与蛋 白质相互作用形成复合物使多肽链被伸 展,疏水结构被打开而使电活性中心被暴 露在电极表面。
常用的促进剂：金属络阳离子、双官能 团试剂、表面活性剂等。
10
林琳[5]等人发现血红蛋白在pH = 5.0 的 0.3mol/L NaAc – HAc 缓冲溶液中,于+ 0.4～ -0.1V 范围内循环扫描,会产生一 对氧化还原峰,在四甲基氯化铵促进下裸 银电极测定血红蛋白时,峰电位之差为 0.14V ,氧化还原峰电流与血红蛋白浓度 在2.0×10-7mol/ L～1.5×10-6mol/L 范 围内有良好的线性关系。
3
蛋白质的电化学行为研究 直接电化学分析 间接电化学分析
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具体又分为 ➢ 蛋白质的极谱分析 ➢ 催化氢波 ➢ 小分子电化学探针等
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二、蛋白质的直接电化学分析
蛋白质的极谱分析 蛋白质在固体电极上的电化学行为
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蛋白质的极谱分析
蛋白质自身的极谱波主要产生于分子内 的双硫键或硫基。一般来说蛋白质可以 产生3个双硫键的可逆还原波,其中2个双 硫键与汞电极生成汞硫醇盐、亚汞硫醇 盐的表面还原波,峰电位分别约为-0.25V 和-0.50V。另一个为受扩散控制的双硫 键还原波,峰电位为-0.90V。