铜转运蛋白C端金属结合域与Ag~+及Hg~(2+)相互作用的机理研究

【摘要】近些年来,通过研究人们发现金属离子广泛存在于生物体内,它们不仅存在于细胞膜上、细胞液中,而且还存在于蛋白质和核酸中。它们参与生物体内的能量转换、物质传输、代谢调控、信息传递等一系列复杂的生化过程,对生物体的生长发育中起至关重要的作用。其中铜离子是对生物体生长发育非常重要的微量元素之一,通常作为多种蛋白质和酶的辅因子参与广泛的生理学进程,在生物体内的含量仅次于铁和锌,在过渡元素中居第三位。国内外对铜离子在生物体内的运输进行了大量的研究,特别是铜离子在细胞膜上的转运机制进行了较为深入的研究与探索。研究发现,人体细胞对铜元素的摄取依赖于人类铜转运蛋白(hCtr1,humancoppertransporter1),这是一种定位于细胞膜上的跨膜转运蛋白。除铜离子外,hCtrl也能够运输其他多种金属离子,其细胞外的N端与锌离子、铁离子的结合及运载机制已见报道,近些年新起的抗癌药物的研究发现hCtr1也能够运输顺铂进入细胞。本课题主要从hCtr1位于细胞内的C端结构域的八肽(C8序列：VDITEHCH)入手,选择对人体及其他生物危害严重的汞离子(Hg2+)和银离子(Ag+),利用一维核磁共振氢谱(1D1HNMR,one-dimensionalhydrogennuclearmagneticresonancespectroscopy)、电喷雾电离质谱(ESI-MS,electrosprayionizationmassspectrometry)及紫外-可见光谱(UV-vis,ultravioletandvisiblespectrum)等实验手段,深入研究该两种金属离子与hCtr1的结合情况与转运机制。第一章主要讨论hCtr1的研究背景、发展现状及工作意义,并简单介绍Hg2+与Ag+对人体及生物体的影响。第一节主要通过调研文献来介绍hCtr1的研究背景及意义。第二节主要介绍hCtr1的结构及其在人体内的功能。第三节主要详细介绍铜元素如何从细胞外被运输进入细胞内,说明hCtr1转运Cu+的机制。第四节主要介绍Hg2+和Ag+对人体及生物体的影响,分析利与弊,并且如何消除产生的毒性。第二章主要研究hCtr1的C端八肽与Hg2+的反应。选取hCtr1的C端结构域的八肽作为研究对象,利用核磁共振、电喷雾电离质谱及紫外-可见光谱等实验手段来分析检测Hg2+与C8的反应情况。NMR实验数据显示C8的组氨酸(His,Histidine)参与Hg2+的配位。一级质谱实验(MS)数据中C8以2:1结合Hg2+的谱峰说明了C8与Hg2+是以桥联的二聚体形式进行结合,而二级串联质谱实验(MS/MS)数据说明了C8中与Hg2+结合的氨基酸残基可能为HCH片段。UV实验数据表明C8中半胱氨酸(Cys,cysteine)的巯基(-SH)能与Hg2+以2:1结合,并且反应很快,结合常数比较大,此结论印证了一级质谱实验结果。第三章主要研究hCtr1的C端八肽与Ag+的反应。其中所用的C8肽段、实验思路及实验手段都相同,只是NMR实验并未采用磷酸缓冲溶液(因其导致Ag+沉淀),而直接调pH至中性。NMR实验数据显示His也参与Ag+的配位。一级质谱实验数据中C8与At+以1:1结合的谱峰验证了之前UV得到的结论,二级串联质谱实验数据说明Ag+除了与末端的HCH结合,也会同时与相距较远的其他氨基酸结合。UV实验数据表明了C8中Cys上的巯基能与Ag+以1:1结合,较低的结合常数说明Ag+与C8的配位是一个中等速度的交换过程。
【作者】朱云城；
【导师】康彦彪；刘扬中；
【作者基本信息】中国科学技术大学，有机化学，2014，硕士
【关键词】铜转运蛋白；汞离子；银离子；结合位点；核磁共振；质谱；紫外-可见；

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