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新型羧酸卟啉鋅(Ⅱ)配合物與人血清蛋白的作用

2016-07-12 12:58江懌雨王湘利汪華華計亮年劉海洋
光譜學與光譜分析 2016年9期
關鍵詞:殘基吸收光譜常數

江懌雨,王湘利,汪華華,張 蕾,王 惠,計亮年,劉海洋,

1.華南理工大學化學系,廣東 廣州 510640 2.中山大學光電材料與技術國家重點實驗室,廣東 廣州 510275 3.中山大學生物無機與合成化學教育部重點實驗室,廣東 廣州 510275

新型羧酸卟啉鋅(Ⅱ)配合物與人血清蛋白的作用

江懌雨1,王湘利1,汪華華1,張 蕾2*,王 惠2*,計亮年2,3,劉海洋1, 2*

1.華南理工大學化學系,廣東 廣州 510640 2.中山大學光電材料與技術國家重點實驗室,廣東 廣州 510275 3.中山大學生物無機與合成化學教育部重點實驗室,廣東 廣州 510275

卟啉是一種潛在有效的光動力治療癌癥的光敏劑,部分已用于臨床實驗中。人血清蛋白(HSA)是藥物的運輸載體,詳細研究兩者的相互作用對于闡述卟啉類藥物的藥代動力學行為具有重要的意義。合成了一種新型水溶性羧酸鋅(Ⅱ)卟啉配合物(2-Zn),并通過紫外可見吸收光譜、熒光光譜、圓二色(CD)光譜和分子對接模擬研究了其與人血清蛋白(HSA)的相互作用。結果表明:2-Zn以靜態猝滅的方式猝滅了HSA的內源熒光,通過計算得到其與HSA在298和310 K下相互作用的猝滅常數分別為1.96×104和1.37×104L·mol-1、結合常數分別為1.93×104和1.50×104L·mol-1、結合位點數均為1,兩者間的結合作用力以靜電作用為主,同時也存在氫鍵和疏水作用。位點競爭實驗表明2-Zn主要結合在位點Ⅱ處;根據Forster非輻射能量理論得到兩者的結合距離和能量轉移效率分別為4.01 nm和0.163。紫外吸收光譜,同步熒光和CD光譜顯示2-Zn與HSA的相互作用影響了HSA 的構象,表現為α-螺旋的含量降低;分子對接模擬結果表明2-Zn通過疏水、靜電和氫鍵作用嵌入HSA分子的亞結構域IIIA(site Ⅱ)的疏水腔內,與位點競爭實驗和熱力學判據所得的結果相一致。

卟啉;鋅;人血清蛋白

引 言

卟啉是一類具有大18-π電子共軛體系的大環有機化合物,在生物學和醫學,如磁共振成像[1], 抗腫瘤藥物[2],抗菌劑[3],等領域有眾多潛在的應用。卟啉是一類優異的光動力治療(PDT)癌癥光敏劑[4-5],部分卟啉金屬配合物已被用于腫瘤臨床診斷和治療[6-7]。此外,卟啉在光動力治療牛皮癬,動脈粥樣硬化斑塊,病毒和細菌感染包括HIV病毒感染[8]等方面也具有潛在的應用價值。HSA是人體循環系統中含量最豐富的載體蛋白,具有多個結合位點,能與許多內源性和外源性物質結合,從而起到儲存和運輸等重要功能。卟啉與HSA的相互作用既可影響卟啉在人體內的傳輸和新陳代謝又能使蛋白質的構象發生變化并影響其生理功能[9]。卟啉作為潛在的抗腫瘤藥物,HSA是卟啉分子的傳輸載體,研究兩者的相互作用可以獲得蛋白質分子的有關信息,對于闡述卟啉類藥物在體內的運輸與藥理作用機理具有重要的意義。

近些年來,卟啉在生物醫學中的研究主要集中在水溶性陽離子卟啉與DNA的相互作用[10-11],而與血清蛋白的相互作用也主要集中在研究金屬卟啉與牛血清蛋白的相互作用,與人血清蛋白(HSA)的相互作用也取得了一些成果[12-13],但關于陰離子型羧酸卟啉與人血清蛋白的相互作用則尚未見報道。因此本文從合成和應用都比較少報道的陰離子出發,合成了一種新型水溶性陰離子型羧酸卟啉化合物,即5,10,15,20-四羧基鋅(Ⅱ)卟啉(2-Zn) (Scheme 1),并采用紫外可見吸收光譜、熒光光譜、圓二色光譜(CD)及分子模擬對接詳細研究了其與人血清蛋白(HSA)的相互作用。

Scheme 1 2-Zn配合物的合成線路圖

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

人血清蛋白(HSA, Sigma公司),生物純,三羥甲基甲胺(Tris),氯化鈉(NaCl),硼酸(H3BO3),乙二胺四乙酸(EDTA)均購自上海生工生物工程公司,其他所用試劑均為分析純,實驗用水均為二次蒸餾水。

3900H型紫外可見光譜儀(日本日立公司),RF-5301型熒光分光光度計(日本島津),用配套的恒溫槽控制實驗所需的溫度,J-810型圓二色譜議(日本分光公司);400 MHz核磁共振波譜儀(德國布魯克公司)。

1.2 合成與表征

化合物1和1-Zn的是按照文獻[14]的合成方法獲得,化合物2-Zn合成方法:將28 mg 1-Zn溶解在126 mL四氫呋喃/甲醇(體積比為5∶2)中,加入38 mL 0.5 mol·L-1氫氧化鉀溶液,在40 ℃反應24 h,反應過程用TLC板檢測,反應后的溶液用5%鹽酸酸化后用四氫呋喃/二氯甲烷/水萃取,收集有機相并水洗2~3次,旋干,所得產物用丙酮和正己烷進行重結晶,即得2-Zn, 產率為80%。實驗涉及到的化合物表征數據如下:

1:UV-Vis (CH2Cl2)λmax: 407, 504, 542, 583, 637 nm;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 9.54 (s, 8H), 5.12 (q,J=7.1 Hz, 8H), 1.82(t,J=7.1 Hz, 12H), -3.35 (s, 2H);13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ: 170.48, 131.43, 112.18, 77.33, 77.01, 76.69, 63.49, 14.76.MS (HRMS calcd for C32H30N4O8: 598.206 4, found 599.214 2 [M+H]+)。

1-Zn: UV-Vis (CH2Cl2)λmax:412, 546, 582 nm;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ9.56 (s, 8H), 5.09 (q,J=7.1 Hz, 8H), 1.74 (t,J=7.1 Hz, 12H); MS (HRMS calcd for C32H28N4O8Zn: 660.119 9, found 661.126 8 [M+H]+)。

2-Zn: UV-Vis(Tris-HCl buffer Ⅳ)λmax: 413, 548, 586 nm;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6),δ9.60 (s, 8H), 14.59 (s, 4H);MS (MALDI-TOF calcd for C24H12N4O8Zn: 547.992, found 603.974 [M+4CH3OH-4H2O]+)。

1.3 化合物與HSA的相互作用

所有相關測試都是在Tris-HCl緩沖溶液Ⅳ(50 mmol·L-1Tris-HCl, 150 mmol·L-1NaCl, pH 7.4)中進行,HSA的濃度通過測定其在278 nm處的紫外吸收強度和在278 nm處的摩爾消光系數(36 000 L·mol-1·cm-1)來確定[15]。金屬卟啉配合物也在上述溶液中制備,其濃度通過稱量法確定。

1.3.1 紫外可見吸收光譜

在3 mL[HSA]為5 μmol·L-1的溶液體系中逐次加入2-Zn儲備液(0-24 μmol·L-1),混合均勻并培育5 min,檢測其在200~350 nm范圍內的紫外可見吸收光譜變化。

1.3.2 熒光光譜

在3 mL[HSA]為5 μmol·L-1的溶液體系中,逐次加入2-Zn儲備液(0~12 μmol·L-1),混合均勻并培育5 min,以280 nm為激發波長,激發和發射狹縫寬度均為5 nm,分別在298和310 K下記錄300~500 nm范圍內的熒光光譜圖;位點競爭實驗在298 K恒溫下進行,分別以華法林(site Ⅰ)和布洛芬(site Ⅱ)作為位點標記物,以濃度比為1∶1加入到3 mL [HSA]為5 μmol·L-1的溶液體系中充分作用20 min,向體系中逐漸加入2-Zn儲備液(0~12 μmol·L-1),混合均勻并培育5 min,掃描其在300~500 nm范圍內的熒光光譜;同步熒光實驗以260 nm為激發波長,275 nm(Δλ=15 nm)和320 nm (Δλ=60 nm)為發射波長, 測定加入不同濃度的2-Zn后HSA-porphyrin溶液體系的同步熒光光譜。

1.3.3 內濾效應校正

由于猝滅劑在熒光體發射波長和激發波長處的吸收,使得在研究兩者間的相互作用時出現猝滅效率虛高的現象(內濾效應)。為了消除內濾效應的干擾,公式中所用的F均通過式(1)[16]進行校正

(1)

Fobsd和Fcor分別為測得的和校正后的熒光強度,Aex和Aem分別為猝滅劑在激發波長和發射波長處的吸光度,d為石英比色皿的內徑(1 cm),g為光斑邊緣到比色皿內壁之間的距離(0.4 cm),s為激發光射向石英比色皿形成光斑的厚度(0.1 cm)。

1.3.4 CD光譜

取3 mL 緩沖溶液于比色皿中,掃描其在200~600 nm的CD光譜圖作為背景,之后所有的樣品掃描后將自動扣除該背景。取3 mL 1 μmol·L-1的HSA溶液置于比色皿中,掃描其在200~600 nm的CD光譜圖,逐漸加入2-Zn儲備液使其與HSA的濃度比值逐漸升高,每次加入后混勻并培育5 min,掃描相同波段內HSA的CD光譜。

1.3.5 分子對接

采用AutoDock 4.2軟件來分析2-Zn與HSA的結合位置,2-Zn的結構通過DFT(B3LYP)方法優化得到,Zn原子采用LanL2DZ基組,其他原子采用6-31G*基組。HSA的結構從蛋白質數據庫下載(PDB ID: 1E7I)。運用拉馬克遺傳算法(LGA)對其進行模擬研究。

2 結果與討論

2.1 熒光猝滅機理和結合常數

圖1(a)是在298 K溫度下不同濃度的2-Zn滴定一定濃度的HSA的熒光光譜變化曲線圖。由圖可見,隨著2-Zn的濃度不斷增大,HSA的熒光強度呈現不斷下降的趨勢,表明兩者之間發生了相互作用,導致其熒光被猝滅。

猝滅過程主要分為靜態猝滅和動態猝滅,其猝滅強度可通過Stern-Volmer[17]方程式(2)計算

F0/F=1+KSV[Q]=1+Kqτ0[Q]

(2)

式(2)中F0和F分別代表不存在和存在猝滅劑時熒光分子的熒光強度,KSV為猝滅常數,Kq為雙分子猝滅反應速率常數,τ0為猝滅劑不存在時熒光分子的平均壽命(τ0=10-8s),[Q]為配合物的濃度。經校正內濾效應后,不同溫度下2-Zn對HSA熒光猝滅的Stern-Volmer曲線[圖1(a,插圖)]展現良好的線性關系,表明熒光猝滅為單一的相互作用過程所致。相關猝滅常數列于表1中。由表1數據知,猝滅常數值隨著溫度的升高而減小,且猝滅速率常數值大于各類猝滅劑對生物大分子最大擴散控制的碰撞猝滅常數值2.0×1010mol·L-1·s-1,表明2-Zn對HSA的熒光猝滅是一個靜態猝滅的過程。

圖1 (a) 298 K 2-Zn與HSA相互作用的熒光光譜圖,插圖是不同溫度下F0/F與[2-Zn]的關系圖;(b) 不同溫度下以log[(F0-F)/F]與log{1/([Qt]-(F0-F)[Pt]/F0)}的關系

Fig.1 (a) Effect of 2-Zn on the fluorescence emission spectra of HSA at 298 K.Inset: the Stern-Volmer plots of the fluorescence quenching of HSA by 2-Zn at different temperatures; (b) The curves of log [(F0-F)/F] versus log{1/([Qt]-(F0-F)[Pt]/F0)} at different temperatures

cHSA=5.0 μmol·L-1while theccomcorresponding to 0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 (μmol·L-1) fromatoi

對靜態猝滅來說,其結合常數KA以及結合位點數n可由式(3)求得[18]

(3)

式(3)中[Qt]和[Pt]分別表示卟啉化合物的總濃度及HSA的濃度,以log[(F0-F)/F]對log{1/([Qt]-(F0-F)[Pt]/F0)}作圖得到線性關系[圖1(b)],線性擬合計算結合位點數n和結合常數KA(見表1)。從表1的數據知2-Zn的KA值達到104數量級,說明兩者之間的結合作用較強,在體內的血漿中可以被HSA轉運和儲存。同時KA值隨著溫度的升高而減小,進一步印證了化合物對HSA的熒光猝滅機制是靜態猝滅。此外,n接近于1,表明化合物與HSA以1∶1的摩爾比進行結合。

表1 不同溫度下2-Zn與HSA相互作用的結合參數和熱力學參數

2.2 2-Zn與HSA之間的主要作用力類型

熱力學參數(ΔH,ΔS和ΔG)值可以判斷小分子與生物大分子之間的結合作用力[19],假設在298~310 K范圍內化合物與HSA結合反應的ΔH無明顯的變化,根據Van’t Hoff 方程,見式(4)

(4)

其中KA為結合常數,R為氣體常數,T分別為298和310 K,以lnKA對1/T作圖,由斜率和截距求得ΔH,ΔS,自由能ΔG由式(5)計算

ΔG=ΔH-TΔS=-RTlnKA

(5)

不同溫度下2-Zn與HSA相互作用的熱力學常數列于表1,可以看出兩者的鍵合是自發進行的且為放熱反應,由ΔH<0,ΔS>0,可歸結為靜電作用在兩者的結合過程中起主導作用,同時也存在氫鍵和疏水作用。

2.3 結合位點

活性藥物分子與轉運蛋白的結合位置對于了解藥物分子的功效是非常關鍵和重要的,因此選擇華法林(site Ⅰ)和布洛芬(site Ⅱ)作為位點標記物,進行位點競爭實驗。如圖2所示,當向HSA溶液中加入華法林時,HSA最大發射峰的熒光強度明顯降低,并產生輕微的紅移,然而,加入布洛芬時,HSA的熒光光譜基本沒有變化。隨著2-Zn的不斷加入,它們的熒光強度均產生不同程度的下降。為了更直觀的比較華法林和布洛芬對其熒光猝滅的影響,用Eq.2和 Eq.3分析了其猝滅常數[圖2(c)]和結合常數[圖2(d)],從圖中可看到華法林的加入對它的猝滅常數和結合常數的影響很小,而布洛芬的加入則對它的影響較大,說明2-Zn主要結合在site Ⅱ處。

圖2 位點標記物華法林(a)和布洛芬(b)存在下2-Zn與HSA相互作用的熒光光譜(298 K);(c) 位點標記物存在下分別以F0/F對[2-Zn]的關系圖;(d) 位點標記物存在下log[(F0-F)/F]對log{1/([Qt]-(F0-F)[Pt]/F0)}的關系圖

Fig.2 Fluorescence spectra of HSA with site markers warfarin (a) or ibuprofen (b) upon addition of 2-Zn; (c) The Stern-Volmer plots; (d) log[(F0-F)/F] verus log{1/([Qt]-(F0-F)[Pt]/F0)}

Dot line: HSA only, 5.0 μmol·L-1; Solid line: HSA+warfarin (a) or ibuprofen (b), 5.0 μmol·L-1

2.4 能量轉移和結合距離

HSA轉運和儲存配體分子與兩者之間結合距離的大小有關,并進一步影響配體分子的藥理等作用。圖3顯示了化合物與HSA之間的光譜重疊情況,根據文獻[20-21]計算出重疊積分值J=4.25×10-14cm3·L·mol-1,能量轉移效率E=0.163,R0=3.121 nm,r=4.010 nm。r<8 nm,且滿足0.5R0

圖3 HSA的熒光光譜與2-Zn的紫外可見吸收光譜的重疊圖

Fig.3 The overlap of UV-Vis absorption spectrum of 2-Zn (a) and fluorescence emission spectrum of HSA (b)

2.5 構象變化

2.5.1 紫外可見吸收光譜

圖4所示為HSA與2-Zn結合前后的紫外吸收光譜圖,可以看出隨著2-Zn的不斷加入,HSA在223 nm處的吸收峰強度先增大后減小且伴隨著輕微的紅移,說明化合物與HSA的相互作用擾動了氨基酸殘基附近的微環境。這種現象可能是由于卟啉環上的共軛π電子云和極性溶劑的干擾所引起的。同時,HSA在277 nm處的峰強度稍有增強,說明化合物與HSA的相互作用導致HSA的肽鏈伸展,使得HSA疏水腔內的氨基酸殘基被暴露出來。

2.5.2 同步熒光

同步熒光可以反映發色團附近微環境的變化,對研究蛋白質的構象具有重要的意義[23]。對于HSA的同步熒光,Δλ=15 nm時只表現酪氨酸(Tyr)殘基的熒光光譜,Δλ=60 nm時只表現色氨酸(Trp)殘基的熒光光譜,測定中固定HSA的濃度,逐漸增大化合物的濃度,分別設定Δλ為15和60 nm,同步掃描激發波長和發射單色器可得到2-Zn與HSA相互作用的同步熒光光譜圖(圖5)。同步熒光顯示,HSA的熒光主要來自于色氨酸殘基,隨著2-Zn的濃度不斷增大,酪氨酸和色氨酸殘基的熒光均產生不同程度的猝滅,且2-Zn對酪氨酸的熒光猝滅比例大于對色氨酸的,說明2-Zn離色氨酸的位置更遠。此外,Tyr和Trp殘基的最大發射峰的位置基本沒有變化,說明2-Zn的加入對Tyr和Trp殘基附近所處的微環境影響不大。

圖4 HSA與不同濃度的2-Zn相互作用的紫外可見吸收光譜圖; 插圖是HSA在223 nm波長處的吸光度

Fig.4 UV-Vis spectra of HSA in the absence and presence 2-Zn.Inset: absorbance of HSA at 223 nm in the presence of 2-Zn

cHSA=5.0 μmol·L-1while theccomcorresponding to 0.0, 4.0, 8.0, 12.0, 16.0, 20.0, 24.0 (μmol·L-1) fromatog

圖5 2-Zn與HSA相互作用的同步熒光光譜圖

cHSA=5.0 μmol·L-1while theccomcorresponding to 0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 (μmol·L-1) fromatoi

2.5.3 CD光譜

圖6為HSA在加入2-Zn前后的CD光譜變化圖。HSA在遠紫外區209和222 nm有2個負的特征CD峰,此兩處峰反映了α-螺旋結構的相關信息。由圖6可以看出,隨著2-Zn的濃度逐漸增大,HSA的峰強度逐漸減小,即α-螺旋結構的比例減少(2-Zn:61.0%~56.7%)。α-螺旋的比例下降說明了2-Zn結合在HSA主肽鏈的氨基酸殘基上,破壞了氨基酸原本存在的氫鍵,進而改變了蛋白質的結構,同時也說明2-Zn與HSA的結合使得主肽鏈的伸展程度增大,HSA內部疏水區域的一些氨基酸殘基被暴露出來,與紫外得到的結果一致。

圖6 2-Zn不同濃度的化合物對HSA的CD光譜的影響

cHSA=1.0 μmol·L-1while theccomcorresponding to 0.0, 4.0, 8.0 (μmol·L-1)

2.6 分子對接

為了獲得更多關于2-Zn與HSA作用的信息,采用分子對接模擬進一步研究了兩者間相互作用。HSA含有三個相似的結構域,分別是Domain Ⅰ (1~195),Domain Ⅱ (196~383),Domain Ⅲ (384~585),每個結構域又可分為兩個不同的亞結構域(subdomain A,subdomain B),三個亞結構域形成疏水性的圓筒狀結構。圖7是2-Zn與HSA具有最低能量的優化分子結構圖,從圖7(a)中可以看到2-Zn主要結合在HSA的亞結構域ⅢA的疏水腔內,即site Ⅱ處。圖7(b)顯示2-Zn 5, 15中位上的羧基H分別與HIS-440, LYS-439上的N形成2個氫鍵,鍵長分別為2.56和3.19 ?,氫鍵的形成增加了2-Zn-HSA體系的穩定性。分子模擬計算結果表明2-Zn與HSA之間存在靜電、疏水和氫鍵作用。其得出的結合位置及作用力類型與上述位點競爭實驗及熱力學參數判據得到的結果一致。

圖7 2-Zn與HSA的分子對接圖

3 結 論

合成了新型5, 10, 15, 20-四羧基鋅(Ⅱ)卟啉,并通過多種光譜學方法和分子對接模擬研究了其與HSA間的相互作用。實驗結果表明,2-Zn能與HSA之間產生較強的靜態熒光猝滅,其猝滅常數和結合常數均達到104L·mol-1,且隨著溫度的升高而減小。位點競爭實驗和熱力學數據表明2-Zn主要以靜電作用結合在位點Ⅱ。兩者之間的結合距離及能量轉移效率分別為4.010 nm,0.163。紫外可見吸收光譜、同步熒光、圓二色光譜結果顯示2-Zn與HSA結合后對蛋白質的二級結構產生一定的影響。分子模擬結果表明,2-Zn結合在HSA的亞結構域ⅢA (siteⅡ)疏水腔內,它們之間有靜電,疏水和氫鍵作用。與位點競爭實驗和熱力學數據所得的結果一致。

[1] Patronas N J, Cohen M, Knop R H, et al.Cancer Treat.Rep., 1986, 70(3): 391.

[2] Kavali R R, Lee B C, Moon B S, et al.J.Label Compd.Radiopharm., 2005, 48(10): 749.

[3] HOU An-xin, LIU Yi, HUANG Wei-guo, et al(侯安新, 劉 義, 黃偉國,等).Acta Chim.Sinica(化學學報), 2003, 61(9): 1382.

[4] Josefsen L B, Boyle R W.Theranostics, 2012, 2(9): 916.

[5] Antoni P M, Naik Anu, Albert I, et al.Chem.Eur.J., 2015, 21(3): 1179.

[6] Narra M, Elliott p, Swavey S.Inorg.Chim.Acta, 2006, 359(7): 2256.

[7] Poon C T, Chan P S, Man C, et al.Inorg.Biochem., 2010, 104(1): 62.

[8] Borissevitch I E, Tominaga T T, Imasato H, et al.J.Lumin., 1996, 69(2): 65.

[9] PENG Yu-ling, WANG Shu-jun, GUO Yu-ming(彭玉苓,王樹軍,郭玉明).J.Inorg.Chem.(無機化學學報),2012, 28(7): 1315.

[10] Bordbar A K, Mohammadi K, Keshavarz M, et al.Acta Chim.Slov., 2007, 54(2): 336.

[11] ZHANG Xian-xia, CHEN Can-yu(張現俠, 陳燦玉).Acta Chim.Sinica(化學學報), 2012, 70(24): 2475.

[12] Leandro M O L, Bernardo A L, Patricia M R P, et al.Dalton Trans., 2015, 44(2): 530.

[13] Jin M, Tomoya K, Tomohiko S, et al.Bull.Chem.Soc.Jpn., 2013, 86(11): 1240.

[14] Wang H H, Jiang Y Y, Mahmood M H R, et al.Chin.Chem.Lett., 2015, 26(5): 529.

[15] Samari F, Hemmateenejad B, Shamsipur M, et al.Inorg.Chem., 2012, 51(6): 3454.

[16] Gauthler T D, Shane E C, Guerln W F, et al.Environ.Sci.Technol.,1986, 20(11): 1162.

[17] Braun A M, Maurette M T.Photochemical Technology Eds., New York: Oliveros, E.Wiley, 1991.41.

[18] Ruiz J, Vicente C, Haro C D, et al.Inorg.Chem., 2013, 52(2): 974.

[19] Ross P D, Subramanian S.Biochem.,1981, 20(11): 3096.

[20] F?rster T, Sinanoglu O.Modern Quantum Chemistry, Vol.3, Academic Press, New York, 1966.

[21] Zhang H X, Huang X, Mei P, et al.J.Fluoresc., 2006, 16(3): 287.

[22] HUANG Fang, TONG Cheng-yu, ZHANG Li-yang, et al(黃 芳,董澄宇,張麗楊,等).Spectroscopy and Spectral Analysis(光譜學與光譜分析), 2014, 34(4): 1064.

[23] Kelly S M, Tess T J, Price N C.Biochim.Biophys.Acta, 2005, 1751(2): 119.

(Received Mar.31, 2015; accepted Jul.21, 2015)

*Corresponding authors

The Interaction Between a New Water-SolubleMeso-Tetrakis(Carboxyl) Zinc(Ⅱ) Porphyrin and Human Serum Albumin

JIANG Yi-yu1, WANG Xiang-li1, WANG Hua-hua1, ZHANG Lei2*, WANG Hui2*, JI Liang-nian2, 3, LIU Hai-yang1,2*

1.Department of Chemistry, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China 2.State Key Laboratory of Optoelectronics Materials and Technologies, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China 3.MOE Laboratory of Bioinorganic and Synthetic Chemistry, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China

Porphyrin is a kind of photosensitizer for photodynamic therapy of cancer.Many porphyrin derivatives have been used in clinical treatment.Human Serum Albumin (HSA) is the carrier of drug transportation.Therefore, investigation on the interaction of porphyrin with HSA is very important to understand the pharmacokinetic of the porphyrin.In this paper, a new water-soluble carboxyl porphyrins,meso-tetrakis(carboxyl) zinc(Ⅱ) porphyrin (2-Zn), was synthesized and characterized.Its interaction with human serum albumin (HSA)was investigated by UV-Vis absorption spectra, fluorescence spectra, circular dichroism (CD) spectra and molecular modeling.The results indicated that the fluorescence quenching of HSA by 2-Zn was a static process with the quenching constants are 1.96×104L·mol-1(298 K) and 1.37×104L·mol-1(310 K) and the binding constants were calculated to be 1.93×104L·mol-1(298 K) and 1.50×104L·mol-1(310 K).According to the Van’t Hoff equation, the thermodynamic parameters were characterized by negative enthalpy (ΔH=-16.132 kJ·mol-1) and positive entropy (ΔS=27.905 J·mol-1·K-1), which indicated that 2-Zn binds with HSA mainly via electrostatic interaction along with the hydrogen bonding and hydrophobic interaction.Site marker competitive binding experiment confirmed that 2-Zn mainly binds at site Ⅱ.The distance between HSA and the receptor (2-Zn) and the efficiency energy transfer were obtained to be 4.01 nm and 0.163 respectively, based on the Forster theory on resonance energy transfer.Synchronous fluorescence, absorption and CD spectroscopy showed that the interaction of HSA with 2-Zn induced a conformational change of protein, and the amount of α-helical structures were decrease.Furthermore, the binding details between 2-Zn and HSA were further studied with the molecular docking, which was in good agreement with the site marker competitive binding experiments and thermodynamic parameters.

Porphyrin; Zinc; Human serum albumin (HSA)

2015-03-31,

2015-07-21

國家自然科學基金項目(21171057,21371059,61178037,61475196),中山大學光電材料與技術國家重點實驗室開放基金項目(OEMT-2015-KF-05)資助

江懌雨,1990年生,華南理工大學化學與化工學院碩士研究生 e-mail: 529117636@qq.com *通訊聯系人 e-mail: chhyliu@scut.edu.cn; zhlei28@mail.sysu.edu.cn; stswh@mail.sysu.edu.cn

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2894-07

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