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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
卟啉光譜探針與蛋白質(zhì)相互作用的機(jī)理研究及應(yīng)用
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
1. 為了解決青霉素產(chǎn)品中殘余蛋白含量檢驗(yàn)手段存在的測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)果重現(xiàn)性差、預(yù)處理手段繁瑣、靈敏度低等問(wèn)題。我們選擇具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的金屬卟啉配合物作為光譜探針用于殘余蛋白含量的檢測(cè)，為藥物生產(chǎn)提供了質(zhì)量保障，從而節(jié)省了能源。 2. 采用分光光度法、熒光光度法相結(jié)合研究了自行設(shè)計(jì)合成的金屬鋅卟啉配合物作為光譜探針與牛血清白蛋白的作用機(jī)理，將化學(xué)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，確定了兩者結(jié)合機(jī)理類(lèi)型和能量轉(zhuǎn)移過(guò)程參數(shù)，這對(duì)進(jìn)一步研究該金屬卟啉在生物體內(nèi)的作用提供了重要信息。 3. 在已有的機(jī)理研究基礎(chǔ)上，我們將該類(lèi)鋅金屬卟啉作為光譜探針用于青霉素生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品中殘余蛋白含量的檢測(cè)及監(jiān)控，，獲得了令人滿(mǎn)意的效果。該體系的穩(wěn)定性、選擇性和準(zhǔn)確度、靈敏度相對(duì)于已有的檢測(cè)青霉素殘余蛋白含量的同類(lèi)技術(shù)顯示出其優(yōu)越性，并且該法操作簡(jiǎn)便、成本較低。發(fā)表SCI相關(guān)論文3篇。
詳細(xì)介紹：
1. 青霉素產(chǎn)品中殘余蛋白的存在會(huì)造成人體過(guò)敏現(xiàn)象。目前，生產(chǎn)廠(chǎng)家采用的檢驗(yàn)手段存在如測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)果重現(xiàn)性差、預(yù)處理手段復(fù)雜、靈敏度低等諸多問(wèn)題。因此迫切希望建立一種簡(jiǎn)便、快速且靈敏的測(cè)定痕量蛋白質(zhì)的探針技術(shù)。 2. 基于上述研究背景，利用金屬卟啉配合物具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將其作為光譜探針。這是本課題選題的創(chuàng)新之處，但將該類(lèi)卟啉用于痕量蛋白質(zhì)測(cè)定的光譜探針之前，需要深入了解其與蛋白質(zhì)的相互作用機(jī)理，因此研究二者之間的作用模式及機(jī)制具有重要意義。 3. 基于卟啉的取代基團(tuán)所具有的性質(zhì)，從理論上設(shè)計(jì)易于蛋白質(zhì)結(jié)合的金屬卟啉配合物，從而自行設(shè)計(jì)并合成出四苯基-鋅卟啉及對(duì)稱(chēng)性對(duì)羥基苯基-鋅卟啉兩種金屬卟啉，并完成了表征和純度分析。 4. 從金屬配合物光譜探針標(biāo)記蛋白質(zhì)的研究目的出發(fā)，采用分光光度法、熒光光度法相結(jié)合研究金屬鋅卟啉配合物作為光譜探針與牛血清白蛋白的作用機(jī)理，實(shí)驗(yàn)了不同溫度下的結(jié)合常數(shù)，計(jì)算并確定了猝滅過(guò)程類(lèi)型，將化學(xué)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，計(jì)算了兩者能量轉(zhuǎn)移效率和結(jié)合距離等參數(shù)，最后結(jié)合熱力學(xué)函數(shù)獲得了兩者作用力類(lèi)型。這對(duì)進(jìn)一步研究該金屬卟啉在生物體內(nèi)的作用提供了重要信息。 5. 在系統(tǒng)研究了金屬鋅卟啉與蛋白質(zhì)結(jié)合機(jī)理后，我們將該類(lèi)鋅金屬卟啉作為光譜探針用于測(cè)定痕量蛋白質(zhì)，建立該卟啉與痕量牛血清白蛋白定量分析體系所需的最佳實(shí)驗(yàn)條件，評(píng)估該體系的穩(wěn)定性、選擇性和準(zhǔn)確度、靈敏度相對(duì)于已有的檢測(cè)青霉素殘余蛋白含量的同類(lèi)技術(shù)顯示出其優(yōu)越性，并且該法操作簡(jiǎn)便、成本較低。將該方法應(yīng)用于實(shí)際青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白含量的檢測(cè)及監(jiān)控，獲得了令人滿(mǎn)意的效果。該檢測(cè)體系用于實(shí)際生產(chǎn)廠(chǎng)家的在線(xiàn)檢測(cè)，為藥物生產(chǎn)提供了質(zhì)量保障，從而節(jié)省了能源，為企業(yè)獲得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)表SCI相關(guān)論文3篇。

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  • 卟啉光譜探針與蛋白質(zhì)相互作用的機(jī)理研究及應(yīng)用
  • 卟啉光譜探針與蛋白質(zhì)相互作用的機(jī)理研究及應(yīng)用
  • 卟啉光譜探針與蛋白質(zhì)相互作用的機(jī)理研究及應(yīng)用

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

為避免青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白過(guò)高造成的生產(chǎn)控制困難和產(chǎn)品使用危險(xiǎn)，利用金屬卟啉光譜探針靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)克服現(xiàn)有檢測(cè)手段的弊端，自行設(shè)計(jì)合成金屬鋅卟啉用于青霉素產(chǎn)品殘余蛋白含量的檢測(cè)。本課題基于金屬卟啉光譜探針標(biāo)記蛋白質(zhì)的作用機(jī)理研究，建立一種高靈敏、易操作、穩(wěn)定性好、選擇性高的用于青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白含量檢測(cè)的新方法。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

采用熒光光譜法在分子水平上研究了金屬鋅卟啉與蛋白質(zhì)相互作用機(jī)理及作用力類(lèi)型，并計(jì)算出能量轉(zhuǎn)移效率及分子結(jié)合距離。首次采用分光光度法將金屬鋅卟啉作為光譜探針應(yīng)用于痕量蛋白質(zhì)測(cè)定，通過(guò)條件優(yōu)化證實(shí)了該法可行性和優(yōu)越性。 該方法應(yīng)用于青霉素中殘余蛋白含量的測(cè)定比同類(lèi)技術(shù)，具有靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了及時(shí)指導(dǎo)監(jiān)控生產(chǎn)質(zhì)量，降低產(chǎn)品不合格率，帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

采用熒光光度法從分子水平研究了金屬卟啉與蛋白質(zhì)間相互作用機(jī)理，為卟啉作為光譜探針開(kāi)發(fā)應(yīng)用及生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究提供有用的數(shù)據(jù)和信息。以金屬卟啉為光譜探針，建立的痕量蛋白質(zhì)檢測(cè)方法可用于食品檢驗(yàn)、生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。用于青霉素生產(chǎn)中殘余蛋白測(cè)定，克服了原有方法時(shí)間長(zhǎng)、預(yù)處理手續(xù)繁瑣，靈敏度低等缺陷，獲得滿(mǎn)意的結(jié)果，從而控制產(chǎn)品質(zhì)量，避免了產(chǎn)品造成的人體過(guò)敏現(xiàn)象，為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益。

學(xué)術(shù)論文摘要

基于meso-四苯基-鋅金屬卟啉對(duì)牛血清白蛋白有內(nèi)源熒光猝滅作用，測(cè)定了兩者在不同溫度下的結(jié)合常數(shù)，依據(jù)熱力學(xué)參數(shù)，推斷兩者間作用力類(lèi)型，從分子水平上研究了相互作用機(jī)理。 此外，研究了對(duì)稱(chēng)性對(duì)羥基苯基-鋅卟啉作為分光光譜探針測(cè)定牛血清白蛋白的最佳顯色條件。在有機(jī)極性小分子乙醇存在下，蛋白質(zhì)的加入可增強(qiáng)THPP-Zn的吸光度。在最佳顯色條件下測(cè)得BSA對(duì)THPP-Zn的線(xiàn)性范圍為1.0 × 10-5 ~ 3.0 × 10-6 g?mL-1，檢出限為9.2 × 10-8 g?mL-1。此方法抗干擾能力強(qiáng)，有較好的選擇性和靈敏度，線(xiàn)性范圍寬，在青霉素G鉀工業(yè)鹽實(shí)際樣品的測(cè)定中取得了令人滿(mǎn)意的結(jié)果。從而實(shí)現(xiàn)了青霉素的生產(chǎn)控制和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，提高了青霉素生產(chǎn)質(zhì)量。該法還可用于臨床檢驗(yàn)分析，其數(shù)據(jù)為生命醫(yī)學(xué)研究提供有利的參考。

獲獎(jiǎng)情況

1. 熒光光譜法研究四苯基-鋅金屬卟啉與蛋白質(zhì)的相互作用機(jī)理. 光譜學(xué)與光譜分析, 2009, 29(3): 773-776. (第一作者，SCI&EI收錄) 2. Meso-四(3,5-二溴-4-羥基苯基)卟啉褪色光度法測(cè)定蛋白質(zhì)的研究與應(yīng)用. 光譜學(xué)與光譜分析, 2008, 28(5): 1149-1152. (SCI&EI收錄) 3. 四-(二甲氨基苯基)卟啉及其金屬配合物的合成及光譜性能研究. 光譜學(xué)與光譜分析, 2007, 27(12): 25566-2569. (SCI&EI收錄)

鑒定結(jié)果

山東師范大學(xué)唐波、清華大學(xué)張新榮、山東大學(xué)徐桂英、江南大學(xué)李在均、中國(guó)石油化工研究院徐廣通等教授的鑒定結(jié)論：從選題、方案設(shè)計(jì)、結(jié)果等可看出，該作品設(shè)計(jì)思路新穎，分析手段先進(jìn)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

參考文獻(xiàn)

[1] Investigation of interaction of cationic surfactant with HSA in the presence of alcohols using PFG-NMR and potentiometric technique[J]. Colloids and Surfaces A, 2004, 232(1). [2] Study on the formation and depolymerization of acridine orange dimer in acridine orange-sodium dodecyl benzene sulfonate-protein system[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2006, 298(2) [3] Advances in the study of luminescence probes for proteins[J]. Journal of Chromatography B, 2004, 803[4] Application of the dibromohydroxyphenylfluorone–molybdenum(VI) complex to the sensitive spectrophotometric determination of protein[J]. Analytical Chimica Acta, 2000, 403(1-2) [5] A novel method for the determination of protein utilizing 4-azochromotropic acid phenylfluorone–molybdenum(VI) complex[J]. Analytical Chimica Acta, 1999, 396(1) [6] Pattern recognition of proteins based on an array of functionalized porphyrins[J]. Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(7)

同類(lèi)課題研究水平概述

蛋白質(zhì)是人體中必不可少的重要組成成分，它與生命活動(dòng)有著密切的聯(lián)系，并且與遺傳密碼的翻譯、信息的轉(zhuǎn)錄、DNA的復(fù)制都有密切聯(lián)系。蛋白質(zhì)與有機(jī)小分子探針的反應(yīng)機(jī)理探討，不僅對(duì)改進(jìn)和發(fā)展檢測(cè)蛋白質(zhì)的方法有促進(jìn)作用，而且對(duì)闡明藥物在體內(nèi)的傳輸及藥理作用也非常重要，是生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和化學(xué)研究的重要內(nèi)容。目前，它已引起了科學(xué)界極大關(guān)注和興趣，其中部分研究已經(jīng)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)和生命科學(xué)中，這對(duì)于深入推動(dòng)生命科學(xué)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 卟啉廣泛存在于自然界和生命體中，對(duì)生物的新陳代謝起著至關(guān)重要的作用。它是一類(lèi)有共軛骨架的大環(huán)化合物，其中心的四個(gè)氮原子都含有孤電子對(duì)，可與金屬離子結(jié)合生成大環(huán)共軛體系結(jié)構(gòu)的金屬卟啉，其環(huán)內(nèi)電子流動(dòng)性非常好，因此，大多數(shù)金屬卟啉都有較好的光學(xué)性質(zhì)。卟啉化合物已在生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料化學(xué)、光電化學(xué)、催化化學(xué)等領(lǐng)域中被廣泛研究和應(yīng)用。近年來(lái)，人們又發(fā)現(xiàn)了卟啉化合物的一些新的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如LB膜、電化學(xué)傳感器、分子自組裝等。除此之外卟啉還可以用于腫瘤光治療中的光敏劑、催化溫和反應(yīng)的催化劑、環(huán)境治理中使用的脫硝催化劑以及汽車(chē)尾氣處理中用的催化劑、非線(xiàn)型光學(xué)材料，并可以用于酶的模擬等。 分光光度法是一種光譜分析手段，作為一種重要的分析方法，它目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、生命科學(xué)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域。而現(xiàn)行迅速發(fā)展的熒光分光光度法，因其包含著諸多的信息，如發(fā)射峰特征、能量轉(zhuǎn)移及熒光壽命等指標(biāo)可對(duì)蛋白質(zhì)分子中熒光生色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)及其所處的微環(huán)境提供有效的信息。它在研究小分子與蛋白質(zhì)的結(jié)合反應(yīng)可以綜合利用蛋白質(zhì)和小分子的熒光猝滅、能量轉(zhuǎn)移等各方面的信息，因而是機(jī)理研究的主要手段之一。 光譜探針是一種目前備受關(guān)注的檢測(cè)蛋白質(zhì)的有效手段，而穩(wěn)定的染料-金屬探針由于其高選擇性和穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。卟啉由于其特殊結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的熒光和高量子產(chǎn)率，可用于生物分子的識(shí)別，是較好的光譜探針，但其作用機(jī)理及平衡規(guī)律目前仍未研究透徹。因此開(kāi)展蛋白質(zhì)與金屬卟啉光譜探針相互作用的理論研究與應(yīng)用有著深遠(yuǎn)意義。通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)與染料小分子的結(jié)合反應(yīng)的機(jī)理研究，主要包括結(jié)合常數(shù)、結(jié)合位置、能量轉(zhuǎn)移類(lèi)型及作用力類(lèi)型等，由分子水平認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)分子與小分子相互作用機(jī)理，為生命科學(xué)研究提供有用信息和數(shù)據(jù)。發(fā)表SCI論文3篇，該成果經(jīng)專(zhuān)家組鑒定其水平達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平（見(jiàn)附件5）。
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