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酶是一类与各种生命活动(如生长发育、繁殖、遗传、运动、神经传导等)息息相关的生物大分子。目前酶自身结构和功能的研究及其在其它领域的应用研究引起了人们的广泛关注。本论文一方面利用电化学方法的优势,提出并建立了两种氧化还原蛋白质解折叠过程的电化学分析方法;另一方面利用酶独特的生物催化性能,开展了微型化酶型生物燃料电池(BFC)和心肌细胞电分析化学方法的研究。具体工作可概括如下:
(1)采用电化学方法研究了血红蛋白(Hb)和过氧化氢酶(Cat.)的解折叠过程。利用蛋白质内部的血红素电化学信号在变性过程中的变化,研究了盐酸胍(GdnHCI)诱导Hb解折叠的动力学过程,并探讨了该方法在pH诱导Hb解折叠和在其它五配位血红素类蛋白解折叠过程研究中的应用。在此研究的基础上,为了进一步拓宽电化学方法在此领域的应用,我们采用电化学方法研究了漆酶的解折叠过程。电化学结果与荧光光谱结果比较发现,GdnHCl诱导漆酶变性的过程中,活性中心铜的脱落优先于漆酶整体结构的变化,这一结果验证了酶活性部位柔性假说。
(2)针对BFC活体性能评价中存在的关键问题,作者利用碳纳米管独特的结构及性质,制备了基于碳纤维微电极的微型葡萄糖/氧气BFC,为BFC的微型化提供了新的思路和方法。另外,作者将抗坏血酸氧化酶(AAOx)固定到BFC的阴极和阳极表面,研制了一种抗坏血酸(AA)不干扰的微型葡萄糖/氧气BFC,此电池在正常人血清中的最大输出功率比未固定AAOx的BFC提高了50%。本研究为BFC的活体评价提供了可能。
(3)为了在细胞层次上研究生物体生理、病理过程中化学成分的变化,作者提出并建立了一种基于乳酸脱氢酶的可适用于心肌细胞缺氧过程中乳酸测定的电化学分析新方法。与已有的方法相比,该方法避免了氧气和pH变化对检测的影响:同时,由于传感的工作电位低,本方法避免了一些电化学活性物质,如AA、尿酸(UA)、肾上腺素(Ep)、去甲肾上腺素(NE)等的干扰。本研究为认识和了解心肌细胞缺氧过程中的能量代谢提供了新的研究方法。