目的和意义镉是一种在自然界中分布广泛,且容易通过食物、水和空气污染被人体和动物吸收的毒素,它在人体内没有已知的必要的功能,但明显倾向于通过长期暴露在生物体内积累而导致蓄积毒性作用。目前电镀、采矿、冶炼等废水的排放是镉污染的主要来源。未经严格处理的镉废水,易通过食物、水等途径进入人体,长期在体内积累,引起人体慢性中毒,对人体各系统产生毒性作用,严重威胁人体健康。在以往的报道中,研究者们通过流行病学、体内和体外实验等研究方法深入探索了重金属镉对人体各组织和器官的危害作用及机制。研究者们证实镉对人体的毒性作用主要是肾毒性和骨骼毒性,还包括肝脏毒性、肺毒性、遗传毒性、胃肠毒性、神经毒性、致癌毒性及生殖毒性等。此外,重金属镉对人体各种生物酶的毒性作用及机制也一直是研究者们探究的热点,如对氧磷酶1、α-葡萄糖苷酶、人尿嘧啶DNA糖基化酶、碱性磷酸酶、乙酰胆碱酯酶、抗氧化酶等。然而,关于重金属镉对酪氨酸酶的作用和机制尚不清楚。酪氨酸酶在动物黑色素的形成过程中具有重要作用,与皮肤色素沉着性疾病有密切关系。本研究通过探索二价镉对酪氨酸酶的作用及机制有助于扩展重金属镉对人体作用的认识,为酪氨酸酶相关疾病的研究提供新的理论支持和方向。方法本实验通过抑制动力学和计算模拟相互作用评估了 Cd2+对酪氨酸酶活性和构象的作用。研究内容主要涉及如下几个方面:(1)Cd2+对酪氨酸酶活性的抑制程度及可逆性;(2)Cd2+对酪氨酸酶活性的抑制类型;(3)Cd2+对酪氨酸酶活性抑制的时间过程动力学;(4)利用荧光分光光度法检测Cd2+是否引起酪氨酸酶构象发生变化和表面疏水基团的暴露;(5)通过分子动力学模拟和计算机对接验证Cd2+与酪氨酸酶结合诱导的构象改变和与酪氨酸酶活性位点结合的残基。结果Cd2+以一种斜率双曲线非竞争性方式可逆性抑制酪氨酸酶活性。在底物体系中含有相同Cd2+浓度时,其半抑制浓度IC50约为2.92 ± 0.16 mM,解离常数Ki为0.23 ± 0.02mM。内源荧光和ANS结合荧光光谱法测量结果表明,Cd2+不能诱导酪氨酸酶整体和区域活性部位的构象发生显著改变。Cd2+对酪氨酸酶的灭活作用不是通过调节酪氨酸酶表观结构变化,而是通过占据结合位点。为了进一步了解Cd2+与酪氨酸酶的相互作用,我们进行了计算对接和分子动力学模拟。结果表明,Cd2+与酪氨酸酶活性位点附近的一些残基,主要是HIS85和ASN260残基发生相互作用。结论重金属镉对酪氨酸酶具有显著抑制作用,其抑制机制是斜率双曲线非竞争性方式的可逆性抑制,不显著改变酪氨酸酶三级结构,但能使酪氨酸酶活性口袋构象发生改变。Cd2+可能是通过阻止L-DOPA进入活性位点口袋到达铜对接位点,从而抑制酪氨酸酶的活性。本研究深入了解了 Cd2+对酪氨酸酶的抑制作用机制,可能为重金属镉对动物正常的色素沉着途径产生影响提供新见解,扩充了 Cd2+诱导酪氨酸酶的抑制作用的数据,增加了对镉作用机制的科学认识。