文档介绍：三、课题开题报告
利用XRF技术研究NO在红细胞中的作用机制
学者:庄旨玄,物理系08级本科生
导师:张新夷,物理系
课题的目的和意义:
血红蛋白是人体运输过程中最重要的生物分子,其结果与功能已被广泛研究[1]。其主要生物作用是运输O2、CO2和NO,这三者组成的“三气体系统”(three-gas system)构成整个呼吸循环[2]。近年来一氧化氮与血红蛋白的生化反应及其产物对人体所起到的调节作用[3]受到了越来越多的重视。由于NO (Nitric Oxide)具有舒张血管的作用,在医学上也经常使用吸入少量NO气体来辅助治疗某些疾病[4]。临床研究已经发现,吸入NO对治疗非典型性肺炎(Severe Acute Respiratory )有显著的缓解作用[5],并在治疗新生儿危重呼吸衰竭、肺动脉高压方面的独特疗效[6,7]。最近的研究又发现NO对脑疟疾(cerebral malaria)的产生有影响,这和NO的在血管中的浓度有关系[8]。为此搞清楚NO和血红蛋白的作用机制,以及利用何种探测方法快速辨别NO在活体红细胞中与血红蛋白发生的作用至关重要,这将为解决血管相关疾病提供基础。
本课题的基本目的在于测量在不同的NO浓度下,不同产物的相对含量,从而测定不同产物对人体的影响,以此来更好地理解NO与血红蛋白之间的作用对人类健康的意义。
课题研究状况
血红蛋白与一氧化氮的生化反应
血红蛋白由四个血红素组成,其中两个为α亚基,两个为β亚基并组成两个二聚体α1β1与α2β2,这两个二聚体结合在一起构成血红蛋白。血红蛋白的每个血红素亚基上都含有一个
(左图:血红蛋白的四级结构;右图:血红素分子结构式)
卟啉环,卟啉环的中轴线上络合一铁离子。当二价的Fe2+与卟啉环上的4个N原子及F8His(组氨酸)组合成五配位体时,此时血红蛋白结构上呈T态(taut form),称为去氧血红蛋白(deoxyHb或Hb),其Fe2+上的电子为高自旋态;当Fe2+在五配位体的基础上再与氧分子结合,形成六配位体时,此时Fe2+被拉进卟啉环平面,结构上呈R态(relaxed form),称为氧合血红蛋白(oxyHb或HbO2)其Fe2+上的电子为低自旋态。
2000年,McMahon等人[9]发现,NO在与血红蛋白的反应中,不止生成一氧化氮血红蛋白(NOHb),其还可以与Cys残基结合生成S-亚硝基血红蛋白(SNO-Hb)。前者,NO与
Fe2+、卟啉环及组氨酸形成六配位体,Fe2+为低自旋态;后者NO与HbβCys93的巯基相结合,Fe2+为高自旋态。通过两种产物Fe2+自旋状态的不同,我们就可以将其分辨出来。
目前的检测方法
XRF
目前最为常用的元素分析方法为X荧光光谱分析法(X-ray fluorescence or XRF)。
X射线首先由Rontgen于1895年发现[10],。由式 E=hν(1)
可知X射线光子具有足够大的能量,以致使靶原子的K壳层产生空穴,当外层电子跃迁到此空穴时,会发出X射线,即特征辐射(primary radiation)。对于不同的元素其特征辐射
(左图:K壳层产生空穴;右图:跃迁选择规则)
的波长也不同,其满足Mose