基于多變量數學分析的蛋白質與納米相互作用的結合動力學模型研究.pdf

1、蛋白質在基質表面上的吸附動力學研究是生物學、醫(yī)學、食品加工等許多領域共同關切的重要科學問題。時間分辨光譜技術通常被用來實時監(jiān)測蛋白質的結合動力學過程，但是基于單變量分析的傳統數據處理方法難以區(qū)分復雜動力學數據中的重疊組份，因此有必要引入多變量分析方法來實現對復雜體系的動力學分析和數學建模。本論文圍繞蛋白質和金納米的動態(tài)相互作用深入開展了以下兩個案例的研究。
　　第一個案例研究和揭示了金納米（AuNPs）和兩種高度同源的血清白蛋白（

2、即人血清白蛋白HSA和牛血清白蛋白BSA）的結合動力學差異。首先，我們收集了兩種同源蛋白的紫外可見光譜動力學數據。然后，通過結合多變量分析及數學建模等分析手段，我們設計出了一個可行性較高的蛋白質吸附動力學研究策略，實現了對蛋白質和納米材料之間發(fā)生的相互作用的定量和定性分析。在此基礎上，我們又利用多級指數函數對該動態(tài)轉換過程進行了數學刻畫，通過對擬合公式中的參數進行定量分析從而推算出兩種蛋白質的不同吸附特性。我們發(fā)現血清蛋白和金納米的結合

3、過程可被兩個一級指數反應方程所描述，故整個的反應可被看作兩個過程：一個快過程和一個慢過程，恰好對應于血清蛋白的三角棱柱形結構所能采取的兩種可能的結合構象。兩種蛋白質所不同的結合構象偏好性取決于不同的結構特性以及表面電荷分布。
　　作為一個方法學的拓展研究，我們又進一步研究分析了一種具有自聚集特性的抗菌蛋白—胰島再生源蛋白（REG3A）在金納米（AuNPs）表面的結合及聚集特性。已知內毒性分子脂多糖（LPS）能夠抑制REG3A的殺菌

4、功能，故我們利用多變量分析手段對二元的AuNPs-REG3A和三元的AuNPs-REG3A-LPS作用體系分別進行了研究，發(fā)現REG3A在金納米上同樣具有非常強的自聚集成纖維網絡的傾向，當聚集到一定程度時，REG3A會從金納米表面脫落下來從而在動力學光譜上表現為多過程行為。而LPS加入后，LPS會在REG3A之前迅速吸附到納米顆粒表面上，且對REG3A蛋白的自聚集起到比較明顯的抑制效應，從而在其吸附動力學數學模型中出現體系組份數減少以及