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药物分子与蛋白质相互作用研究方法综述


□ 刘 阳

  摘要:本文以近年来药物与蛋白质的结合研究为基础,对二者作用的研究方法作了回顾与总结,并简要对各种方法作一评论。
  关键词:药物;蛋白质;研究方法
  中图分类号:R977.6 文献标识码:A
  
  1 前言
  
  蛋白质在生物体内占特殊地位,它们是构成原生质的主要成分,在各种生命过程中起着重要作用。研究药物分子与蛋白质的作用,对理解蛋白质结构与功能的关系以及阐明药物动力学、耐药性和毒副作用的机理有重要意义。
  目前,这方面的研究主要集中于药物分子与血清蛋白和血浆蛋白的作用,其中绝大多数是与人血清白蛋白(HSA)和牛血清白蛋白(BSA)的作用。白蛋白是主要的血清蛋白,可以和许多内源性和外源性化合物结合,通过形成复合物来完成血浆的功能。药物进入人体后,只有通过血浆的贮存和运输,才能达到病灶部位,发挥药效。随着科学技术和方法的引入,这方面的研究内容也在不断深入。
  
  2 近代研究方法
  
  2.1 光谱方法
  蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等氨基酸残基都具有特殊的光学活性。许多药物分子本身也具有光学活性,或与蛋白质分子结合后产生光学活性,因此用光谱方法通过蛋白质分子结合药物分子后结构的变化研究结合机理,是有效和广泛的方法。
  药物与生物分子相互作用的研究,荧光光谱法是应用广泛的重要手段,它具有灵敏度高、选择性强、用样量少、方法简便等优点。它能提供包括激发光谱、发射光谱以及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等许多物理参数,这些参数从各个角度反映了分子的成键和结构情况。通过对这些参数的测定,不但可以定量分析,还可以推断蛋白质分子在各种环境下的构象变化。蛋白质分子的内源荧光主要是由色氨酸发出的,根据Forster能量转移机理可求出结合蛋白质的药物分子距蛋白质分子中色氨酸的距离,由此推测药物与蛋白质结合的空间部位;可直接根据药物对其内源荧光的猝灭或增强程度来考察相互作用的机理和结合强度,根据相应公式求得结合常数及结合位点数;用药物分子与结合部位已知的探针来代替(即标记配体)竞争蛋白质结合部位,可确定药物分子对蛋白质构象的影响。所以,该方法在蛋白质分子构象研究中得到越来越多的应用。近年来,在荧光猝灭法的基础上,同步荧光法和三维荧光光谱法等新技术也发挥着重要作用。
  紫外—可见光谱法也是研究药物分子与蛋白质相互作用机理最常用、最方便的方法。因为有效药物与蛋白质分子结合后,它们的吸收光谱会有一定的改变,出现吸收峰位移或谱峰宽度变化,由此可研究蛋白分子与药物间的结合强弱及结合机理。同时,共振拉曼光谱、红外光谱等光谱方法也应用于药物与生物大分子相互作用的研究。
  在已报道的文献中,几种光谱方法常结合使用。如Kamat利用圆二色谱、荧光光谱和紫外光谱法相结合的方法研究了氟喹诺酮药物对BSA的荧光猝灭机制,用荧光猝灭法测得结合常数n与表观结合常数K,还根据非辐射能量转移理论求得BSA与氟喹诺酮药物之间的结合距离。BSA-氟喹诺酮药物二元体系的同步荧光光谱、紫外-可见吸收光谱和圆二色谱表明牛血清白蛋白的构象发生了变化。Tang等分别用共振光生物传感器、荧光光谱和分子对接模拟技术研究了柔红霉素与HSA的结合行为。实验发现,柔红霉素使HSA的内源荧光猝灭是静态过程,而且二者的结合受体系pH的影响。对接模型显示,结合位点都不处于HSA的经典结合位点。进一步分析表明,疏水作用、氢键和静电作用是二者结合的主要推动力。 ......
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摘自:中南论坛
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