Hofmeister序列阴...子对溶菌酶淀粉样纤维的影响_李妍.pdf

2 0 2 3年河北大学学报(自然科学版)2 0 2 3第4 3卷 第2期J o u r n a l o f H e b e i U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)V o l.4 3 N o.2D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 0 1 5 6 5.2 0 2 3.0 2.0 0 6H o f m e i s t e r序列阴阳离子对溶菌酶淀粉样纤维的影响李妍,曹思雨,马刚(河北大学 化学与材料科学学院,河北 保定 0 7 1 0 0 2)摘 要:应用原子力显微镜(A FM)技术和傅里叶变换红外光谱(F T I R)技术对H o f m e i s t e r阴阳离子序列中9种阴离子(S O42-F-C OO-C l-B r-NO3-I-C l O4-S C N-)和9种阳离子(NH4+K+N a+C s+L i+R b+M g2+C a2+B a2+)对溶菌酶淀粉样纤维化的影响进行了研究.通过A FM技术研究,发现H o f m e i s t e r序列中不同位置的阴离子对溶菌酶淀粉样纤维的微观形貌存在不同的影响,其中受S O42-、F-、C OO-这3种亲水阴离子影响生成的纤维呈现纤维分枝和增厚的现象,而受C l-、B r-、NO3-、I-、C l O4-、S C N-这6种疏水阴离子影响的纤维则为常见的细长纤维.本研究将出现这种现象的原因归因于这2类阴离子对溶菌酶淀粉样纤维化二次成核过程的影响差异.与阴离子效应相反,研究中发现9种H o f m e i s t e r序列阳离子对溶菌酶淀粉样纤维的形貌影响差异不大.利用红外光谱分峰拟合技术,探究了不同阴阳离子影响下生成的淀粉样纤维中各种二级结构含量由多到少的排序与H o f m e i s t e r序列的相关性.希望本工作中的这些新发现能为人们更加深入地理解淀粉样纤维化的影响因素提供有益参考.关键词:淀粉样纤维化;溶菌酶;H o f m e i s t e r序列;傅里叶变换红外光谱;原子力显微镜中图分类号:O 6 4 3 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 0 1 5 6 5(2 0 2 3)0 2 0 1 4 6 1 0E f f e c t s o f H o f m e i s t e r s e r i e s a n i o n s a n d c a t i o n s o n t h e a m y l o i d f i b r i l l a t i o n o f l y s o z y m eL I Y a n,C A O S i y u,M A G a n g(C o l l e g e o f C h e m i s t r y a n d M a t e r i a l s S c i e n c e,H e b e i U n i v e r s i t y,B a o d i n g 0 7 1 0 0 2,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s w o r k,t h e e f f e c t s o f n i n e H o f m e i s t e r s e r i e s a n i o n s(S O42-F-C OO-C l-B r-NO3-I-C l O4-S C N-)a n d n i n e H o f m e i s t e r c a t i o n s(NH4+K+N a+C s+L i+R b+M g2+C a2+B a2+)o n t h e a m y l o i d f i b r i l l a t i o n o f l y s o z y m e w e r e s t u d i e d u s i n g a t o m i c f o r c e m i c r o s c o p y(A FM)a n d F o u r i e r t r a n s f o r m i n f r a r e d(F T I R)s p e c t r o s c o p y.T h e A FM r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t a n i o n s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s i n t h e H o f m e i s t e r s e r i e s h a d d i f f e r e n t i m p a c t s o n t h e m o r p h o l o g i e s o f l y s o z y m e a m y l o i d f i b r i l.U n d e r t h e i n f l u e n c e s o f t h e t h r e e k o s m o t r o p i c a n i o n s o f S O42-,F-,C OO-,t h e m o r p h o l o g y o f f i b r i l d i s p l a y e d b r a n c h i n g a n d t h i c k e n i n g;w h i l e u n d e r t h e i n f l u e n c e s o f t h e o t h e r c h a o t r o p i c a n i o n s o f C l-,B r-,NO3-,I-,C l O4-,S C N-d i s p l a y e d t h e c o mm o n l o n g a n d t h i n m o r p h o l o g i e s.T h i s p h e n o m e n o n w a s a t t r i b u t e d t o t h e d i f f e r e n c e i m p a c t s o f t h e t w o d i f f e r e n t t y p e s o f a n i o n s o n t h e s e c o n d a r y n u c l e a t i o n o f l y s o z y m e a m y l o i d f i b r i l l a t i o n.I n c o n t r a s t t o t h e e f f e c t s o f a n i o n s,d i f f e r e n t c a t i o n s s h o w e d s i m i l a r e f f e c t s 收稿日期:2 0 2 2 1 2 1 0 基金项目:国家自然科学基金资助项目(2 1 9 7 3 0 2 4)第一作者:李妍(1 9 7 8),女,河北邯郸人,河北大学在读博士研究生,主要从事淀粉样纤维化方向的研究.E-m a i l:y a n l i 0 3 9 0s i n a.c o m 通信作者:马刚(1 9 7 1),男,北京人,河北大学教授,主要从事淀粉样纤维化方向的研究.E-m a i l:g a n g m a h b u.e d u.c n第2期李妍等:H o f m e i s t e r序列阴阳离子对溶菌酶淀粉样纤维的影响o n t h e m o r p h o l o g i e s o f t h e a m y l o i d f i b r i l l a t i o n o f l y s o z y m e.U s i n g F T I R c u r v e-f i t t i n g t e c h n i q u e,t h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e o r d e r s o f a n i o n s a n d c a t i o n s i n t h e H o f m e i s t e r s e r i e s a n d t h e o r d e r s o f t h e c o n t e n t s o f v a r i o u s s e c o n d a r y s t r u c t u r e s i n l y s o z y m e a m y l o i d f i b r i l s w a s a l s o e x p l o r e d.I t i s h o p e d t h a t t h e n e w f i n d i n g s i n t h i s w o r k a r e b e n e f i c i a l f o r d e e p e r u n d e r s t a n d i n g o f d i f f e r e n t f a c t o r s t h a t a f f e c t a m y l o i d f i b r i l l a t i o n.K e y w o r d s:a m y l o i d f i b r i l l a t i o n;l y s o z y m e;H o f m e i s t e r s e r i e s;F T I R s p e c t r o s c o p y;A FM淀粉样纤维化系指蛋白分子在特定条件下发生聚集而生成纤维状聚集体的过程.淀粉样纤维化过程中形成的蛋白纤维拥有独特的微观形貌和分子构型.就微观形貌而言,蛋白淀粉样纤维是宽度为21 0 n m,而长度可达微米级的蛋白纳米线;就分子构型而言,蛋白淀粉样纤维是由至少2个-折叠片层以疏水作用、静电作用、氢键作用等非共价键形式结合而形成的一个沿纤维轴纵向延伸的超分子结构,也称为c r o s s-结构1.淀粉样纤维化研究是近1 0余年来国内外蛋白质科学研究领域的一个前沿和热点2,其之所以被广为关注,主要在于淀粉样纤维化与包括阿尔茨海默症、帕金森病、型糖尿病在内的多达4 0种威胁人类健康的重大疾病密切相关.这些淀粉样纤维化疾病中的每一种都与某种特定的蛋白质或多肽在细胞和组织中的纤维化聚集有关3.比如阿尔茨海默症与-淀粉样肽的纤维化聚集相关,帕金森病与-突触核蛋白的纤维化聚集相关.研究淀粉样纤维化的各种影响因素无疑对深入理解淀粉样纤维化现象和淀粉样纤维化疾病的发病机制具有重要的基础研究意义.以往研究表明,包括溶液p H值、蛋白浓度、离子强度、温度等在内的许多溶液条件都可以对淀粉样纤维产生影响,其中,离子效应对淀粉样纤维化的影响尤其显著4-5.提到离子效应,人们会非常自然地想到一个著名的离子序列,即H o f m e i s t e r序列,它基于1 9 世纪荷兰科学家 H o f m e i s t e r 在研究鸡蛋白结晶行为时发现的一个有趣现象6-7.他发现在水溶液中不同的无机盐离子促使鸡蛋白结晶析出的速率不同.根据鸡蛋白结晶速率的快慢,他把无机盐离子进行了排序,这个排序就是上面提到的H o f m e i s t e r 离子序列.目前一般认为6,8-9:H o f m e i s t e r阴离子序列按照S O42-F-C OO-C l-B r-NO3-I-C l O4-S C N-排列;H o f m e i s t e r阳离子序列按照NH4+K+N a+C s+L i+R b+M g2+C a2+B a2+排列.研究H o f m e i s t e r序列中的离子对淀粉样纤维化的影响具有非常重要的基础研究意义,以往研究中这方面的工作也有一些报道,K l e m e n t等1 0研究了S O42-H P O4-C l-N O3-I-C l O4-S C N-7种H o f m e i