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1、篁垄壁全塑皇坌堑丝堂堂查叁望笙塞垫墨叁 呈皇竺兰竺塑堡壁塑量竺塑坌堑丝兰 C a O血红素蛋白质在有机溶剂D M F 作用下的直接电化学行为 许艳霞一王芳1 胡胜水H ( 武汉大学化学与分子科学学院，武汉4 3 0 0 7 2 ) 研究氧化还原蛋白质与电极之间的直接电子转移过程不仅可以为了解生物体内 的代谢过程提供有用的信息，而且为制备第三代生物传感器奠定基础。但是蛋白质 在一般裸电极上没有直接电化学行为，这主要是由于多数蛋白质的电活性基团被深 埋在其多肽链的内部，与电极表面距离较远，很难与电极表面直接交换电子；蛋白 质在电极表面的取向往往不利于其电活性基团与电极之间的电子交换；某些杂质在 电
2、极表面上的吸附或蛋白质本身的吸附变性可能阻碍它们与电极间的直接电子转 移。一般来讲，电极的表面状态的实现蛋白质的直接电子传递具有至关重要的作用， 所以，我们往往用不同的电极材料和适当的固定方法将蛋白质固定在电极表面，以 实现蛋白质的直接电化学和保持它的生物活性。常用来作为蛋白质固定材料的有： 表面活性剂 1 ，高分子聚合物【2 】，溶胶凝胶膜，双层类脂膜，D N A 修饰膜，无机纳 米粒子，水溶性量子点等。也有报道表明有机溶剂也可以促进蛋白质的直接电子转 移，；t N D M S O 3 1 。多数情况下，当用生物高聚物固定蛋白质时，常常要用到一定比 例的D M F ，D M F 也可以促进蛋
3、白质的直接电子转移，但是一般大家认为这主要是高 聚物的作用，当我们只用D M F 而省去高聚物时，我们发现蛋白质的电化学行为与在 高聚物的存在下加上D M F 时结果差不多。如果只用高聚物而不加D M F 来固定蛋白 质，蛋白质的电化学相应要比有D M F 的情况下小很多。这可以说明单独的D M F 可以 极大的促进蛋白质的直接电化学。 在我们的工作中，我们用普通石墨电极作为工作电极。所用的氧化还原蛋白质有肌 红蛋白，血红蛋白和辣根过氧化物酶。在0 1 M 的磷酸缓冲溶液中( p H 7 0 ) ，裸石 墨电极和D M F 修饰石墨电极都没有电化学响应，蛋白质一D M F 石墨电极有一对对称
4、的氧化还原峰。这对氧化还原峰是由氧化还原蛋白质内的铁离子电对引起的。根据 C V 图可以算出实际参与电子转移的蛋白质的量。以血红蛋白( H b ) 为例，参加反应的 蛋白质的表面覆盖量为1 7 9 1 0 q o m o l c m 2 ，血红蛋白的实际覆盖量为2 1 9 1 0 母t o o l c m 2 ，大约有1 0 的蛋白质参加了电子转移。H b 理论上的单层覆盖量为1 8 1 0 1 1 m o l c m 2 ，这说明接近电极表面的多层蛋白质分子参与了反应。峰电流与扫速成正比， 这说明蛋白质的直接电化学过程是一个表面控制过程。蛋白质一D M F 石墨电极的峰 电势与溶液的p H
5、值成正比，斜率分别是4 9 3 ( M b ) ，5 2 7 ( H b ) ，2 0 9 m V p H ( H R P ) ， 说明这是一个一质子过程。紫外光谱说明了蛋白质的结构在修饰电极中没有太大的 改变，在p H 3 O l O O 间也能保持蛋白质的自然构象。因此蛋白质在修饰电极中可以 保持它的生物活性。此修饰电极对H 2 0 2 和N 0 2 “ 有很好的催化活性。 第九届全国电分析化学学术会议论文摘要集 C 电化学生物传感器与生物分析化学 o 0 o 6- o 曲20 0O 20 E ，Vv S C E F i g 1 ( 1 e f t ) C y c l i cv o l t
6、 a m m o g r a m so f ( a ) H b D M F G P ；( b ) H b G P ；( C ) D M F G P ；( d ) b a r eG P i nO 1 M p H 7 0P B Sa tas c a nr a t eo f 3 0 0 m VS F i g 2 ( r i g h t ) C y c l i cv o l t a m m o g r a m s o f ( a )M b P V A D M F G P ；( b )M b D M F G P ；( c ) M b a g a r o s e D M F G P ；( d ) M b
7、M C D M F G P i n0 1M p H 7 0P B Sa tas c a nr a t eo f3 0 0m V S 参考文献 1 】N a s s a r , A E E ，Z h a n g ，Z ，H u ，N F ，R u s l i n g ，J F ，a n dK u m o s i n s k i ，T F ( 1 9 9 7 ) ，e h y s C h e m ，B 1 0 12 2 2 4 2 2 3 1 【2 】2L i u ，H H ，T i a n ，Z Q ，L u ，Z X ，Z h a n g ，Z L ，Z h a n g ，M ，a n dP
8、a n g ，D W ( 2 0 0 4 ) B i o s e n s B i o e 如c t r o n 2 02 9 4 3 0 4 3 F a n ，C H ，W a g n e r , G ，a n dL i ，G X ，( 2 0 0 1 ) B i o e l e c t r o c h e m 5 44 9 5 1 A b s t r a c t T h e h e m e p r o t e i ni n c l u d i n gm y o g l o b i n ( M b ) ，h e m o g l o b i n ( H b ) a n d h o r s e r
9、 a d i s h p e r o x i d a s e ( H R P ) w e r e i m m o b i l i z e do nn o r m a l g r a p h i t e e l e c t r o d e b yu s i n g N , N - d i m e t h y l f o r m a m i d e ( D M F ) T h ep r o t e i n su n d e r g od i r e c te l e c t r o nt r a n s f e rr e a c t i o n s T h ec u r r e n ti s l
10、i n e a r l yd e p e n d e n t o nt h eS C a n r a t e i n d i c a t i n g t h a tt h ed i r e c t e l e c t r o c h e m i s t r yo fh e m e p r o t e i ni nt h a tc a s ei s as u r f a c e c o n t r o l l e de l e c t r o d ep r o c e s s T h eE o sa r el i n e a r l yd e p e n d e n to ns o l u t
11、i o np H ( r e d o x - B o h re f f e c t ) ，i n d i c a t i n gt h a tt h e e l e c t r o nt r a n s f e rw a s p r o t o n c o u p l e d U l t r a v i o l e tv i s i b l e f U V V i s ) a n d r e f l e c t i o n - a b s o r p t i o ni n f r a r e d ( R A I R ) s p e c t r as u g g e s tt h a tt h
12、ec o n f o r m a t i o no fp r o t e i n s i nt h ep r e s e n c eo fD M Fa r el i t t l ed i f f e r e n tf r o mt h a tp r o t e i n sa l o n e a n dt h ec o n f o r m a t i o n c h a n g e sr e v e r s i b l yi nt h er a n g eo fp H3 o _ 1 0 0 T h ec a t a l y t i ca c t i v i t yo fp r o t e i n
13、 sw e r e e x a m i n e d b yh y d r o g e np e r o x i d ea n d n i t r i t e K e y w o r d s ：M y o g l o b i n ；H e m o g l o b i n ；H o r s e r a d i s hp e r o x i d a s e ；D i r e c te l e c t r o c h e m i s t r y 许艳霞T e l ：+ 8 6 2 7 8 7 2 18 8 6 4 E - m a i la d d r e s s ：x u m o n i c a , e y o u c o m 通讯联络人：胡胜水T e l ：+ 8 6 2 7 8 7 2 18 9 0 4 ；f a x ：+ 8 6 2 7 6 7 8 64 5 7 3 E - m a i la d d r e s s ：s s h u w h u e d u c n ( S H u ) 2 1 2 j芑=o 盖；蚰曲她仆o m 渤舶舢椰舢舶 Jlri若，u
