随着生物工程技术的快速发展, 细胞工程愈来愈受到重视。昆虫细胞培养技术作为生物工程的新领域, 在现代生物学上具有重要的价值, 其中以昆虫杆状病毒为载体, 以昆虫细胞为受体的基因工程研究也取得了突破性的进展。体外培养的昆虫细胞可以高效地表达外源基因, 且昆虫杆状病毒具有对人畜无害等特点, 使得昆虫细胞培养技术广泛地应用于生物学、医药学和农业等各个领域。本文综述了昆虫细胞培养的研究进展, 其中包括了体外培养昆虫细胞培养基的基础成分及无血清培养基的添加物、生物反应器大规模培养昆虫细胞和昆虫杆状病毒表达载体系统及其应用, 为昆虫细胞无血清培养基的研发提供了理论依据。
昆虫细胞 杆状病毒 无血清培养 大规模培养 insect cells baculovirus serum-free culture mass cell culture
1 南宁师范大学化学与材料学院, 广西 南宁 530100
2 广西壮族自治区生殖医院, 广西 南宁 530218
氨基硫脲过渡金属配合物的生物学应用是当前研究的热点, 为更好地了解氨基硫脲芳基钌配合物与人血清白蛋白(HSA)之间相互作用机制, 合成了两种氨基硫脲芳基钌(Ⅱ)配合物, 采用时间分辨荧光光谱法和稳态荧光光谱法研究了两种氨基硫脲芳基钌配合物与人血清白蛋白的荧光猝灭机理。 荧光光谱结果表明, 这两种氨基硫脲芳基钌配合物能使HSA的内源荧光猝灭, 且HSA的荧光猝灭影响与配合物的浓度呈线性关系, 通过对比发现配合物2对HSA的荧光猝灭效率更强。 两个配合物与HSA相互作用的猝灭常数和结合常数均随温度的升高而降低, 因此, 配合物与HSA的相互作用是静态猝灭过程, 且配合物2的荧光猝灭能力更强。 通过热力学参数分析发现这两种配合物与HSA的主要结合作用力均为氢键和范德华力, 且两种配合物与HSA之间的结合过程是自发进行的。 最后采用红外吸收光谱及圆二色光谱验证了这两种氨基硫脲芳基钌配合物均对HSA二级构象产生了不同程度的影响, 红外吸收光谱结果表明两种配合物与HSA的结合引起了HSA二级结构的重排, 圆二色光谱结果表明这两种配合物的加入使HSA的二级结构稳定性降低。 研究表明: 通过探究氨基硫脲芳基钌配合物对人血清白蛋白结构和功能的影响, 可揭示其作为抗肿瘤药物进入体内后与HSA的可能作用机制, 从而为以氨基硫脲为配体的芳基钌配合物类抗肿瘤药物的研发提供理论参考。
氨基硫脲 芳基钌 人血清白蛋白 相互作用 Thiosemicarbazide Ruthenium Human serum albumin Interaction 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2761
1 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 四川 绵阳 621010中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
4 西南科技大学分析测试中心, 四川 绵阳 621010
5 四川轻化工大学化学与环境工程学院, 四川 自贡 643002
华法林作为口服维生素K拮抗剂几十年来广泛应用于治疗血栓类疾病。 因此针对华法林的物理化学性质的研究成为了人们的重点。 通过含时密度泛函理论(TD-DFT), 模拟了华法林分子在水溶液状态下与人血清蛋白结合过程中几种状态的紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)与荧光光谱, 研究不同状态在激发过程中的跃迁方式和电荷转移过程, 以及光谱的差异, 探究整个动力学过程的激发态变化机理。 结果表明, 华法林在水溶液中紫外-可见吸收光谱表现出双吸收现象, 双吸收现象主要由不同的激发态跃迁导致。 未去质子化前, 主要吸收峰波长为291 nm, 去质子化后, 吸收强度降低, 波长红移, 当华法林与血清蛋白结合后发生电荷转移导致吸收增益, 波长307 nm吸收峰强度最高。 通过计算第一激发态(S1)的结构和激发能模拟华法林不同状态的荧光光谱, 最初状态下荧光峰为360 nm, 去质子化后, 荧光强度降低, 波长红移, 结合后结构变化导致荧光增益。 根据华法林的荧光光谱变化情况, 说明其在整个动力学过程中存在不同的荧光发射过程。 通过分子前线轨道分析和电子-空穴分析研究整个动力学过程的电荷转移情况, 表明华法林单体的荧光发射过程为局域激发, 与蛋白质结合后荧光发射过程为电荷转移激发, 结合后的荧光增益特征使华法林可以作为荧光探针。 该研究揭示了华法林与蛋白结合过程中光谱变化机理, 为以后探究分子结合动力学过程提供新型研究手段和理论支撑。
华法林 人血清蛋白 光谱 含时密度泛函理论 分子动力学模拟 Warfarin Human Serum Albumin Spectroscopy TDDFT Molecular dynamic simulation 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2099
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
4 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
太赫兹波具有非电离、对非极性物质穿透性高、对氢键等弱共振敏感等特性，是生物、材料、化学等领域的重要研究对象。蛋白质、糖类等生物大分子的转动频率和基团的振动频率以及分子之间弱相互作用的特征频率恰好处于太赫兹频段，这赋予了太赫兹光谱技术在生物医学领域中极大的发展潜力。然而，由于待测物尺寸一般小于太赫兹波长（0.03~3.00 mm），微量的待测物难以引起谱线的改变，太赫兹光谱检测灵敏度较低。能够灵活操控电磁波特性的超材料为解决上述问题提供了新的思路，通过设计不同的结构及参数，能够得到谐振频率位于太赫兹波段的超材料，微量的待测物即可引起谱线的明显变化。基于共振型太赫兹超材料构建了牛血清白蛋白（BSA）传感器，实验结果表明，当BSA溶液的体积质量为2.0~8.0 mg/mL时，传感器共振频率偏移量与溶液浓度呈线性关系，传感器的最低浓度检测限为0.3 mg/mL。
光谱学 太赫兹 超材料 牛血清白蛋白 传感器 中国激光
2023, 50(17): 1714017
廊坊师范学院化学与材料科学学院, 河北 廊坊 065000
近年来, 卟啉及金属卟啉在光动力疗法、 抗癌药物研究方面备受关注, 有些已被批准临床使用。 人血清白蛋白(HSA)能结合、 运输许多药物活性分子, 详细研究金属卟啉与HSA的结合机制, 对阐明卟啉类药物的作用机制具有重要的意义。 研究合成了3种新型6-氯烟酸修饰的自由卟啉(4, 5, 6)及锌卟啉(4-Zn, 5-Zn, 6-Zn), 并通过测试表征和理论计算的方法进行了结构确定。 理论计算结果表明: 3种锌卟啉中的侧链6-氯烟酸基团均远离卟啉环平面; 4-Zn构型比连有取代基的5-Zn、 6-Zn构型更稳定。 在模拟生理条件下, 采用荧光光谱法研究了3种锌卟啉与HSA之间的键合方式, 通过Stern-Volmer方程、 双对数方程和Van’t Hoff方程对测定结果进行计算。 结果表明: (1)3种锌卟啉均能有效猝灭HSA的荧光, Stern-Volmer方程计算得到锌卟啉与HSA在不同温度下的Kq值均大于2.0×1010 L·mol-1·s-1, 表明猝灭类型为静态猝灭; (2)采用双对数方程得到锌卟啉与HSA的结合常数, 除5-Zn在318 K时外, 其他温度条件下的结合常数KA均大于103 L·mol-1, 结合位点数n均接近1, 说明形成了1∶1的复合物; (3)根据Van’t Hoff方程计算, 3种锌卟啉与HSA结合的热力学参数均小于0, 如4-Zn与HSA结合的热力学参数为ΔH=-123.9 kJ·mol-1, ΔS=-322.9 J·mol-1·K-1, ΔG=-27.7 kJ·mol-1(298 K), 由此得出反应过程为自发进行, 反应的主要作用力为范德华力和氢键。 实验获得的数据可以为研究金属卟啉与生物小分子的作用机制提供一些有用的信息。
金属卟啉 烟酸 人血清白蛋白 荧光光谱 Metalloporphyrin Nicotinic acid Human serum albumin Fluorescence spectra
1 西北大学光子学与光子技术研究所, 陕西 西安 721710
2 西安交通大学第一附属医院, 陕西 西安 710061
相比于细胞、 组织等其他病理诊断样品, 血液样本更易临床采集, 其生化构成变化常表现于医学影像学检测到的临床症状出现之前, 更有利于实现恶性疾病的早期筛查与诊断。 拉曼光谱（RS）技术, 具有快速、 无标记、 无损、 非侵入等检测优势, 且可获得特异性的生物分子结构和物质组成信息, 在临床血液样品（血浆、 血清）的癌变诊断检测中具有重大的应用前景。 本工作采用显微拉曼光谱检测技术, 在分析不同病变阶段（健康, 早期癌变和晚期癌变）乳腺癌血清样品生化组成信息基础上, 结合主成分分析（PCA）与线性判别分析（LDA）、 支持向量机（SVM）和偏最小二乘算法（PLS-DA）等多变量光谱分析手段, 构建光谱特征归类鉴别模型; 并采用留一交叉验证方法（LOOCV）评估、 比较这些模型的灵敏度、 特异性和准确率, 探索基于血清拉曼光谱的乳腺癌诊断方法。 研究工作在观察血清类胡罗卜素成分共振拉曼光谱现象基础上, 进一步分析了乳腺癌病理演进过程中血清样品蛋白质与脂类光谱特征变化。 此外, 利用多种光谱数据模型, 在提取、 识别更具代表性的分子光谱特征信息后, 实现了较为准确的血清特征光谱信息鉴别分析。 其中, PCA-LDA模型的分类准确率达99%; PCA-SVM（三个内核函数: 线性核、 多项式核及RBF核）模型中, 当线性核函数PCA-SVM模型误差惩罚参数C为0.003时, 其在测试集中的分类准确率为92%; 当RBF核函数PCA-SVM模型参数C和参数γ分别为0.125和256时, 其在测试集中的分类准确率可达到了最高94%; 当多项式核函数PCA-SVM参数C为0.003、 多项式阶数d＝1时, 其在测试集中的分类准确率为92%; 然而, PLS-DA模型的分类准确率仅为80%。 这些实验分析结果, 从光谱特征的角度描述了不同病理条件下血清的物质构成信息, 更为拓展血清拉曼光谱分析技术在乳腺癌早期筛查与病理分期分级中的应用范畴, 奠定了一定实验与理论基础。
拉曼光谱分析技术 多变量数据分类模型 乳腺癌 血清 类胡罗卜素 Raman spectroscopy technology Multivariate data classification models Breast cancer Serum Carotene
1 天津科技大学食品科学与工程学院, 食品营养与安全国家重点实验室, 天津 300457
2 九江安德和生物科技有限公司, 江西 九江 332000
3 九江学院药学与生命科学学院, 江西 九江 332000
4 江西丹霞生物科技有限公司, 江西 鹰潭 335000
实验室前期研究结果表明, 在国家规定的药食两用物品名单中, 丁香抗氧化活性最强。 前人发现天然产物的抗氧化功能与抗糖基化活性息息相关。 因此, 目的是在此基础上进一步对丁香精油(clove essential oil, CEO)的抗糖基化活性及其中含量最高的组分-丁香酚(Eugenol)与牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)的相互作用进行研究。 在低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)的非酶糖基化孵育体系中, 光谱测定结果表明CEO对LDL糖基化早期、 中期和末期产物的生成均具有显著的抑制效果, 且对末期产物的抑制作用最强。 采用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography mass spectrometry, GC-MS)对CEO分析发现, CEO中含量最多的组分是丁香酚。 通过多光谱和分子对接对丁香酚与BSA的相互作用研究发现, 紫外-可见(ultraviolet-visible, UV-Vis)光谱表明丁香酚与BSA之间存在相互作用; 在荧光发射光谱中, 随着丁香酚浓度增加, BSA的荧光强度逐渐增强且发生蓝移, 进一步证明了二者之间存在相互作用。 通过计算不同温度下的结合常数发现, 丁香酚与BSA产生相互作用过程中有热力学过程参与, 热力学参数和位点标记竞争试验表明丁香酚通过氢键和范德华力与BSA在位点Ⅰ结合。 随着丁香酚浓度增加, 丁香酚与BSA混合体系的同步荧光(synchronous fluorescence, SF)、 三维荧光(three-dimensional, 3D)和傅里叶变换红外(Fourier transform infrared, FTIR)光谱的信号强度在发生变化的同时也发生了位移, 表明丁香酚的添加使BSA构象发生了改变。 通过分子对接技术进一步验证了丁香酚与BSA间相互作用的试验结果。 该研究为丁香进一步开发应用提供理论支持。
丁香精油 抑制低密度脂蛋白糖基化 丁香酚- 牛血清白蛋白相互作用 荧光光谱 分子对接 Clove essential oil Inhibition of low density lipoprotein glycation Eugenol-bovine serum albumin interaction Fluorescence spectroscopy Molecular docking
1 湖南师范大学生命科学学院，动物肠道功能湖南省重点实验室，长沙 410081
2 中国科学院亚热带农业生态研究所，亚热带农业生态过程重点实验室，畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室，湖南省动物营养生理与代谢过程重点实验室，长沙 410125
为研究博落回(Macleaya cordata)提取物与抗生素导致的山羊(Capra hircas)血清代谢的差异，选取体况相近、遗传背景一致的山羊，随机分为对照组(Control，普通饲粮)、博落回组(Macleaya，普通饲粮+0.3 g/d博落回提取物)和抗生素组［Antibiotics，普通饲粮+21 mg/(kg·d–1)万古霉素+42 mg/(kg·d–1)新霉素］。结果显示: 在饲粮中添加博落回提取物或抗生素对山羊的生长性能没有显著影响(P>0.05)，与对照组相比，博落回组血清中白细胞介素-10(IL-10)的含量极显著上升(P<0.01)。另外，α-酮戊二酸在抗生素组与博落回组中的含量均下降。与对照组相比，抗生素组中色氨酸、苯丙氨酸、鹅去氧胆酸盐含量上升，牛磺脱氧胆酸含量下降，博落回组中谷氨酸、亮氨酸含量降低，鸟嘌呤核苷、次黄嘌呤核苷含量上升。KEGG富集分析显示，博落回组与抗生素组的差异代谢物在氨基酸代谢与合成通路上有部分的重合，抗生素组较对照组的差异代谢物富集在苯丙氨酸代谢、氨酰-tRNA生物合成、花生四烯酸代谢、丁酸代谢通路等，而博落回组较对照组的差异代谢物显著富集在氨基酸代谢、谷胱甘肽代谢和嘌呤代谢通路。综上所述，饲粮中添加抗生素或博落回提取物均能改变血清中的氨基酸代谢，而添加博落回提取物可以增强机体的免疫功能，可以替代抗生素在饲料添加剂中的应用。
博落回 山羊 血清 非靶向代谢组 抗生素 Macleaya cordata goats serum non targeted metabolic group antibiotics
1 许昌学院食品与药学院, 河南 许昌 461000
2 西北农林科技大学食品科学与工程学院, 陕西 杨凌 712100
采用荧光光谱法、 同步荧光光谱法、 三维荧光光谱法、 紫外光谱法以及分子对接法研究了柠檬黄与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。 柠檬黄与BSA相互作用的荧光光谱分析表明柠檬黄能有效猝灭BSA的内源荧光, 根据Stern-Volmer方程计算得到柠檬黄对BSA的荧光猝灭常数KSV随着温度的升高而逐渐降低, 表明柠檬黄对BSA的荧光猝灭过程属于静态猝灭; 通过静态猝灭双对数公式计算结合常数KA为4.335×107 L·mol-1(293 K), 结合位点数n约为1, 说明柠檬黄与BSA有很强的结合能力, 且形成了一个结合位点; 根据Van’t Hoff方程确定柠檬黄与BSA结合过程中的热力学参数ΔH=-154.5 kJ·mol-1, ΔS=-387.8 J·mol-1·K-1, ΔG<0, 两者之间的作用力主要为氢键和范德华力, 且该结合过程是自发进行的; 根据Förster非辐射能量转移理论计算得到结合距离r为3.310 nm, 说明柠檬黄与BSA相互作用过程中发生了非辐射能量转移; 同步荧光光谱分析表明, 随着柠檬黄浓度的增加, Tyr残基和Trp残基的荧光强度都逐渐降低, 表明Tyr残基和Trp残基均参与了柠檬黄与BSA的作用过程; 三维荧光光谱分析表明柠檬黄的加入引起peak 1和peak 2的峰强度显著降低, 同时peak 2的发射波长发生了变化, 表明BSA的肽链结构发生了改变; 随着柠檬黄浓度的增加, BSA的紫外吸收峰峰值逐渐增大; 光谱分析结果表明柠檬黄与BSA的结合使BSA的构象发生改变, 从而改变Trp残基和Tyr残基周围微环境, 导致其发光效率降低; 分子对接表明柠檬黄结合在BSA的Ⅲb亚域, 柠檬黄周围的氨基酸残基主要包括: Phe506, Thr507, Ala527, Leu528, Met547, Gly571, Pro572, Leu574, Val575, Thr578。 柠檬黄与BSA间主要通过范德华力与极性不带电荷的Thr507, Thr578残基作用。 苯环磺酸基O与Thr507残基侧链—OH的H形成氢键。 柠檬黄周围也存在非极性氨基酸残基, 因此, 疏水作用也可能是柠檬黄与BSA间非共价作用方式之一。 该研究有助于了解柠檬黄与BSA的作用机制, 为揭示柠檬黄在生物体内的分布、 代谢及毒理作用机制等提供参考。
柠檬黄 牛血清白蛋白 多光谱法 分子对接 Tartrazine Bovine serum albumin Multispectral method Molecular docking
华南理工大学化学与化工学院, 广东 广州 510640
研究蛋白质水溶液的红外光谱(IR)谱时, 由于溶剂水的强吸收与蛋白质的吸收峰会发生严重重叠, 极大地干扰对蛋白质吸收峰的识别、 定性、 定量和结构分析。 尝试利用杂化光谱法扣除溶剂水峰。 采用双背景方法, 用空白ATR晶体(背景样品1)与ATR水层(背景样品2)合成了单光束杂化背景谱, 通过控制对背景样品1和背景样品2的扫描次数, 合成的单光束杂化背景谱中水的信号强度可任意调节, 成功实现了牛血清白蛋白(BSA)水溶液中溶剂峰的在线扣除。 与光谱差减技术比较, 杂化光谱扣除法具有显著的优势: 水3 400 cm-1峰强度接近于零, 1 700~1 800 cm-1区间得到近似平滑直线, 水1 640 cm-1峰彻底扣除, 观察到了高质量的酰胺I带吸收峰。 将杂化谱法获得BSA红外光谱二次微分, 得到蛋白质二级结构大量信息, 与文献报道高度吻合。 杂化光谱法应用到蛋白质热变性研究中, 成功获得没有溶剂水峰干扰的蛋白质红外光谱, 变性前后, 酰胺Ⅰ带光谱发生明显改变, 峰形变化显著, 吸收峰往低波数方向移动, 吸收强度显著减小。 杂化光谱ATR法扣除溶剂水峰简单、 易操作、 效果令人满意。
牛血清蛋白水溶液 溶剂水峰 杂化光谱法 双背景 Bovine serum albumin aqueous solution Water peak Hybrid spectroscopy Double background samples
