不同结构链格孢霉毒素和血清白蛋白分子间相互作用研究

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链格孢霉毒素在农作物和食品中污染广泛,具有较高的暴露水平,但缺乏深入的毒性及风险评估资料和相关限量标准。风险评估前期研究中小分子危害物和血清白蛋白的相互作用是最常用的研究内容之一,本文在模拟血液生理p H条件下,采用稳态荧光光谱、同步荧光光谱、3D荧光光谱、圆二色光谱和紫外-可见吸收光谱以及分子对接等方法,研究了二苯-α-吡喃酮类链格孢霉毒素链格孢酚单甲醚(alternariol monomethylether,AME)和链格孢酚(alternariol,AOH),四酸类链格孢霉毒素细交链格孢菌酮酸(tenuazonic acid,TeA)与两种主要模式血清白蛋白之间的分子相互作用及机理,分析探讨毒素分子结构和化学性质差异对相互作用的影响,为链格孢毒素在动物体内暴露和代谢等进一步研究打下坚实基础。实验结果如下:(1)首次通过各种光谱技术系统研究了二苯-α-吡喃酮类(AME和AOH)和四酸类(TeA)两种代表性结构类型链格孢霉毒素与人血清白蛋白(Human serum albumin,HSA)和牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)之间的相互作用。研究发现两类链格孢霉毒素与模式血清白蛋白发生相互作用时蛋白荧光均发生了静态猝灭,形成了稳定的互作复合物;与不同物种模式血清白蛋白互作时,链格孢霉毒素结构在结合常数方面均表现出明显的类型性差异。与血清白蛋白互作时的结合常数值方面,四酸类链格孢霉毒素均高于二苯-α-吡喃酮类链格孢霉毒素,且两类毒素与BSA的结合常数表现均高于与HSA的结合常数;尤其与HSA互作时的结合常数,四酸类链格孢霉毒素TeA(1.32×10~4-3.17×10~4L/mol)比二苯-α-吡喃酮类链格孢霉毒素AME和AOH(0.44×10~3-3.85×10~3L/mol)均高出一个数量级。在37℃条件下,三种毒素与HSA和BSA相互作用的结合常数按大小排序均表现为TeA>AME>AOH,其中TeA和BSA结合常数高达1.95×10~5L/mol。(2)采用热力学方法研究了二苯-α-吡喃酮类(AME和AOH)和四酸类(TeA)链格孢霉毒素与血清白蛋白互作时的作用力。结果显示不同结构类型链格孢霉毒素和血清白蛋白相互作用体系之间的结合反应均为自发反应(ΔG<0);二苯-α-吡喃酮类的AME和AOH与血清白蛋白相互作用的作用力主要为氢键作用力和范德华力(ΔH<0,ΔS<0);四酸类TeA和血清白蛋白相互作用的作用力主要为疏水作用力(ΔH>0,ΔS>0)。(3)基于F(?)rster能量转移理论研究了两种结构类型链格孢霉毒素与血清白蛋白互作形成复合物时的结合距离,并与前期研究的结合常数共同分析亲和力及结合位置的差异。结果显示二苯-α-吡喃酮类和四酸类的三种链格孢霉毒素和血清白蛋白之间都发生了非辐射能量转移:AME、AOH、TeA和HSA的结合距离分别为2.56、2.60、2.84 nm,和BSA的结合距离分别为2.37、2.54、2.92 nm;结合距离(AME<AOH)与结合常数(AME>AOH)的比较趋势一致说明AME与血清白蛋白相互作用的亲和力强于AOH;但四酸类TeA与HSA和BSA的结合距离均大于二苯-α-吡喃酮类AME和AOH,而结合常数表现却强于AME和AOH,推断TeA在血清白蛋白上与AME和AOH发生了不同结合位置的结合反应。(4)使用多种光谱技术(3D荧光、同步荧光、紫外和圆二色谱)研究了两种结构类型链格孢霉毒素与血清白蛋白互作时对血清白蛋白构象的影响。结果表明AME和AOH在互作时会使血清白蛋白的色氨酸残基微环境疏水性增加,而TeA会使血清白蛋白的色氨酸残基微环境极性增加;AME和AOH对色氨酸荧光的影响大于酪氨酸,说明结合位点可能位于色氨酸残基所在的空腔,即结合位点Ⅰ。而TeA对于色氨酸残基和酪氨酸残基荧光的猝灭程度相近,也表明TeA与血清白蛋白的结合位点可能和AME和AOH不同;圆二色谱的结果也表明两种结构类型的链格孢霉毒素的结合对血清白蛋白结构有着不同的影响,其中AME和AOH的结合使HSA中的α-螺旋结构含量分别从48.93%减少到39.41%和44.01%,使BSA中的α-螺旋结构含量分别从30.68%减少到28.21%和27.26%,表明由于AME和AOH的结合破坏了血清白蛋白中稳定二级结构的部分氢键网络,导致蛋白质的二级结构有所展开。而TeA的结合使HSA中的α-螺旋结构含量从48.93%增加到52.76%,使BSA中的α-螺旋结构含量从30.68%增加到35.62%,考虑到TeA分子吡咯环结构上的N原子以及羟基和酮基,表明TeA与血清白蛋白主多肽链上的氨基酸残基形成氢键,一定程度上稳定了血清白蛋白的螺旋结构。(5)使用位点竞争实验和分子对接方法对两种结构类型链格孢霉毒素在人血清白蛋白上的结合位置和互作机理进行了研究。结果显示AME和AOH结合在HSA的结合位点I处,TeA则结合在HSA的结合位点II,验证了(3)和(4)中的结果准确性;对接结果也显示三种毒素和血清白蛋白的亲和力TeA>AME>AOH,与光谱研究的结果一致;位点竞争实验表明TeA的结合对AME和AOH与HSA形成的复合物的稳定性几乎无影响;分子对接结果表明,AME可以和Arg218、Ala291和Lys436形成氢键作用,甲氧基部分与Tyr452和Val455等疏水性氨基酸形成疏水作用,其芳香环还可能与Trp214和Tyr452之间存在π→π堆积相互作用。AOH可以分别与Lys195和Pro447形成氢键作用,甲基部分可以与Val455形成疏水作用,其芳香环还可能与Trp214之间存在π→π堆积相互作用。TeA可以与Tyr411形成氢键作用,烷基部分则伸入到疏水口袋内部,与Leu387、Leu453、Leu407等疏水性氨基酸残基形成了较强的疏水作用,增强了TeA与HSA的亲和力。
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