芘与人血清白蛋白和牛血清白蛋白结合位点微环境极性的差异

doi:10.7503/cjcu20200559

高等学校化学学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (3): 731.doi: 10.7503/cjcu20200559

芘与人血清白蛋白和牛血清白蛋白结合位点微环境极性的差异

李梦硕¹, 张静², 刘丹¹, 朱亚先³, 张勇¹()

^1.近海海洋环境科学国家重点实验室(厦门大学), 厦门大学环境与生态学院, 厦门 361000
^2.河口生态安全与环境健康省重点实验室, 厦门大学嘉庚学院, 漳州 363105
^3.厦门大学化学化工学院化学系, 厦门 361005

收稿日期:2020-08-13 出版日期:2021-03-10 发布日期:2021-03-08
通讯作者: 张勇 E-mail:yzhang@xmu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目(21627814)

Interactions of Pyrene with Human Serum Albumin and Bovine Serum Albumin： Microenvironmental Polarity Differences at Binding Sites

LI Mengshuo¹, ZHANG Jing², LIU Dan¹, ZHU Yaxian³, ZHANG Yong¹()

^1.State Key Laboratory of Marine Environmental Sciences of China （Xiamen University），College of Environment and Ecology，Xiamen University，Xiamen 361102，China
^2.Key Laboratory of Estuarine Ecological Security and Environmental Health，Tan Kah Kee College，Xiamen University，Zhangzhou 363105，China
^3.College of Chemistry and Chemical Engineering，Xiamen University，Xiamen 361005，China

Received:2020-08-13 Online:2021-03-10 Published:2021-03-08
Contact: ZHANG Yong E-mail:yzhang@xmu.edu.cn
Supported by:
? Supported by the National Natural Science Foundation of China(21627814)

摘要/Abstract

摘要：

利用芘(Pyr)的微环境极性探针性质, 采用稳态荧光光谱、荧光共振能量转移技术结合分子对接法, 对比分析了Pyr分别与人血清白蛋白(HSA)和牛血清白蛋白(BSA)作用机制的差异. 结果表明, HSA和BSA中Pyr的I₁/I₃平均值分别为1.36和0.92; Pyr与HSA和BSA的结合常数分别为1.86×10⁷和1.71×10⁵ L/mol; Pyr与HSA和BSA中色氨酸残基表观距离分别为2.37和2.34 nm. Pyr在HSA和BSA中不同的结合位点位于ⅠB子域和ⅠA子域, 其结合位点周围氨基酸残基的极性是影响Pyr I₁/I₃值的主要原因之一. 实验证实Pyr与HSA和BSA结合作用位点处的微环境极性存在差异.

关键词: 芘, 人血清白蛋白, 牛血清白蛋白, 微环境极性, 相互作用机制

Abstract:

The interactions of pyrene（Pyr）， a microenvironmental hydrophobic fluorescent probe， with human serum albumin（HSA） or bovine serum albumin（BSA） were investigated using steady-state fluorescence， fluorescence resonance energy transfer technology， and molecular docking methods. It was observed that the average values of I₁/I₃ of the Pyr in the presence of HSA or BSA are 1.36 and 0.92， respectively. The binding constants of Pyr with HSA or BSA has been decreased from 1.86×10⁷ L/mol ^{to 1.71×10⁵ L/mol. The apparent distances of Pyr to tryptophan residues in HSA or BSA were calculated to be 2.37 and 2.34 nm. The binding sites of Pyr in HSA or BSA were located in subdomain ⅠB and subdomains ⅠA， respectively. The polarity of amino acid residues around the binding sites was one of the main factors affecting the I₁/I₃ value of Pyr. The experimental results suggested that there were significant differences in the binding sites and its microenvironmental polarity of BSA and HSA with Pyr.}

Key words: Pyrene, Human serum albumin, Bovine serum albumin, Microenvironmental polarity, Interaction mechanism

中图分类号:

O657

TrendMD:

李梦硕, 张静, 刘丹, 朱亚先, 张勇. 芘与人血清白蛋白和牛血清白蛋白结合位点微环境极性的差异. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 731.

LI Mengshuo, ZHANG Jing, LIU Dan, ZHU Yaxian, ZHANG Yong. Interactions of Pyrene with Human Serum Albumin and Bovine Serum Albumin： Microenvironmental Polarity Differences at Binding Sites. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(3): 731.

图/表 8

Fig.1 Fluorescence spectra of HSA and BSA in the presence and absence of PyrThe inset displays the larger version of the fluorescence spectrum of Pyr in buffer solution. cBSA=cHSA=cPyr=1×10-6 mol/L, pH=7.4.

Fig.2 Trend in the I1/I3 ratio as a function of increasing Pyr concentration (λex=295 nm)

Fig.3 Fluorescence quenching spectra of HSA(A) and BSA(B) by Pyr at 298 KcHSA=cBSA=1×10-6 mol/L; 106cPyr/(mol·L-1), a―h: 0, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 1.0, 1.2.

Fig.4 Stern?Volmer(A) and double logarithmic(B) plots for the fluorescence quenching of HSA and BSA by Pyr

Table 1 Binding constants and number of binding sites of the Pyr-HSA/BSA systems(λex=280 nm)

System	K_sv/(L·mol^-1)	K_q/(mol^-1·s^-1)	r	T/K	pH	K_b/(L·mol^-1)	n	r
Pyr?HSA	3.80×10⁵	3.80×10¹³	0.96	298	7.40	1.86×10⁷	1.30	0.97
Pyr?BSA	2.33×10⁵	2.33×10¹³	0.96	298	7.40	1.71×10⁵	0.97	0.98

Fig.5 Absorption spectrum of Pyr(a) and normalized emission spectra of HSA(b) and BSA(c) to demonstrate the extent of overlap between donor and acceptor

Table 2 Calculated F?rster radius(R0) between the donor and the acceptor(λex=295 nm)

System	R₀/nm	E(%)	r_DA/nm	K_ET/s^-1
Pyr?HSA	2.37	0.25	2.83	5.82×10⁷
Pyr?BSA	2.34	0.22	2.90	4.92×10⁷

Fig.6 Molecular docking images of HSA(A) and BSA(B) with Pyr at different binding sites

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芘与人血清白蛋白和牛血清白蛋白结合位点微环境极性的差异

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