药物小分子与血清白蛋白的相互作用.docx

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药物小分子与血清白蛋白的相互作用

毕业设计（综述）

药物小分子与血清白蛋白的相互作用

申请学位：

学士学位

院系：

药学院

专业：

药学

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学号：

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二〇一三年六月一日

药物小分子与血清白蛋白的相互作用

梅艳飞

摘要:

蛋白质是一切生物体内最基本的生命物质，在生物体内发挥着各种与生命活动有关的重要作用。

蛋白质是遗传性状的直接表达者。

因此，对蛋白质的各种研究是当前生命科学、医药学、化学等领域的前沿和热点。

蛋白质是药物的一种非常重要的运输载体。

药物与蛋白质的相互作用不仅影响药物在体内的分布，而且还影响药物在体内的代谢与排泄方式，研究药物与蛋白质的结合为药物分子结构与药效之间的关系提供了有利的信息。

基于研究生物大分子与药物小分子相互作用的重要意义，本文对前人就这方面的研究成果进行了系统的总结，以期从中找出未来研究的突破口，从而进一步丰富生物大分子与药物小分子相互作用的研究。

关键词：

药物小分子；血清白蛋白；相互作用；研究方法；研究内容

TheInteractionofMedicineSmallMoleculewithSerumAlbumin

MEIYan-fei

Abstract:

Proteinisthebasiccompositionofallorganism,itplaysimpo-rtantrolesinallkindsoflifeactivities.Proteinistheexpresserofthesegeneticmaterials.So,therehavebeenallinterestingresearchfieldoflifesciences,pharmacodyniticsandchemistryofit.Proteinservesasatrans-portcarrierfordrugs,thebindingofdrugswithproteinhasagreatinflu-encenotonlyuponthedistributionofthedrugsinthebodybutalsoupontheirpatternsofmetabolismandexcretion.Thestudiesonthisaspectmayprovideinformationofthestructuralfeaturesthatdeterminethetherapeuticeffectivenessofdrug.Onthebasisofthepreviousresearch,thepredecess-orshadasystemtoitstotalnodes,buttheroleofpolyaminesinmechanismofthecurrentreviewrarely,theformerpolyamineresearchachievementsinthisfieldaresummarized,withaviewtofindpolyaminefutureresearchbr-each,soastoenrichthepolyamineresearch.

KeyWords:

medicinalmolecules;serumalbumin（SA）;interactions;resea-rchmethods;researchcontent

前言

生命的奥秘一直是人类孜孜探索的重大问题，从分子水平测定、表征和阐明在生命过程中起作用的各类小分子与生物大分子的相互作用，以及探究这些作用于生物功能之间的关系，其根本目的是探索生命过程的奥秘。

蛋白质（protein）是由氨基酸组成的一类生物大分子，它与核酸等其他生物大分子共同构成生命的物质基础。

生物体内蛋白质的种类繁多，单细胞的大肠杆菌就含有3000余种。

人体含蛋白质种类多达10万余种，是细胞中含量最丰富的高分子化合物。

各种蛋白质都有其特定的结构和功能，在生命活动中发挥着不可替代的作用。

对蛋白质与有机小分子的相互作用机理的研究，有助于考察蛋白质的结构和功能与有机小分子的结构和性质之间存在的相关性[1]。

与生命相关的许多外源性小分子、离子等物质都需要通过和蛋白质的相互作用从而起到生物活性功能。

研究药物小分子与生物大分子的相互作用，有助于人们对药物与生物大分子相互作用方式及其在体内作用机理的认识和理解，有助于人们进行疗效更好、毒性更低的新药设计和筛选[2]。

药物的吸收、分布、代谢及排泄等体内过程，直接影响到药物在其作用部位的浓度和有效浓度的持续时间，从而决定着药物的作用——药理作用和毒性作用的发生、发展和消除。

研究多种药物与血浆蛋白（主要是白蛋白）的结合，是药物动力学及临床药理学的重要内容[3]。

国外对小分子与蛋白质相互作用的研究较早，国内化学工作者在这方面的研究也已有数十年的历史[4,5]。

近年来，随着现代实验手段的提高，人们采用多种方法从不同角度对药物小分子和蛋白质之间的作用进行了广泛的研究。

现在常用手段包括荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、圆二色光谱、傅里叶变换红外光谱、电化学方法、激光拉曼光谱、平衡透析法、液相色谱法、X-晶体衍射等，质谱、核磁共振、毛细管电泳激光散射等方法的应用也日益增多。

由于蛋白质溶液所处的环境和其体内环境存在一定的差别，无论用何种方法对他们之间的相互作用进行研究，得到的仅仅是一种大致近似的结果，各种方法之间的合理搭配运用，从多方面多角度来研究同一反应体系，也可以得到更多、更详细、更准确的信息。

1蛋白质与小分子物质

1.1蛋白质的定义及概述

蛋白质是荷兰科学家格里特在1838年发现的。

他观察到有生命的东西离开了蛋白质就不能生存。

蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。

因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。

机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与，蛋白质占人体重量的16.3％，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.8kg。

人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸按不同比例排列组合而成的，并在体内不断进行着代谢与更新。

1.2蛋白质的结构与功能

蛋白质是由一条或多条多肽链通过各种组合形成的生物大分子。

蛋白质的基本结构在三维空间中以非常专一的方式组织结合在一起，构成特定的三维结构，形成功能性蛋白质。

蛋白质结构分为一级、二级、三级和四级结构（图1）。

一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。

二级结构是指多肽主链原子的局部空间排列，不涉及氨基酸残基侧链的构象，包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等主要形式。

蛋白质的三级结构系指每一条多肽链内所有原子的空间排布，包括主链、侧链构象内容，是在主链构象二级结构的基础上，由于侧链R基团相互作用，进一步折叠盘曲而成的。

蛋白质的四级结构是指各个亚基之间的空间排布及相互接触的关系，结构可以相同，也可以不同。

1973年，Rossman提出了超二级结构（supersecondatystructure）和结构域（struau-redomain），两种新的概念目前已被生物化学家及分子生物学家所公认。

蛋白质的三级结构的基本单位是结构域。

结构域是指二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体。

蛋白质的三级结构是结构域在三维空间结构中以专一的方式组合排列，或者二级结构、结构模体及其与之相关联的各种多肽链在空间中的进一步协同盘曲、折叠，形成包括主链、侧链在内的专一排布。

较大的蛋白质都有多个区域存在，它们能够以非常不同的方式组合，从而以有限类型的区域结构组合成极为复杂多样的蛋白质整体结构。

正是在结构域的基础上，才有可能对蛋白质进行结构分类。

结构域同时也是功能单位，不同的结构域常常与蛋白质的不同功能相关联[6]。

根据分子的组成，可将蛋白质分为简单蛋白质和结合蛋白质两大类。

简单蛋白质的分子完全由氨基酸构成，如淀粉酶、核糖核酸酶、胰岛素等。

结合蛋白质除了含蛋白质成分外，还含有非蛋白质成分（即辅基），如血红蛋白、核蛋白等。

图1蛋白质的四级结构图图2HSA的X-射线单晶衍射图

蛋白质在生物过程中起着重要的作用，可以简略概括：

（1）作为有机体新陈代谢的催化剂——酶：

这是最重要的生物学功能，几乎所有的酶都是蛋白质。

生物体内的各种化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的；

（2）作为有机体的结构成分：

在高等动物里，胶原纤维是主要的细胞外结构蛋白，参与结缔组织和骨骼作为身体的支架；（3）贮藏氨基酸；（4）运输功能；（5）协调动作的功能；（6）激素的功能；（7）防御机能。

1.3血清白蛋白

1.3.1血清白蛋白的结构

血清白蛋白是简单蛋白质中的一种，它是血浆中最为丰富的蛋白质，它的浓度达到了40mg/ml（0.6mM），占了血浆中所有蛋白总量的60％，提供了80％的血液渗透压[7]，它能与许多内源及外源性化合物结合，从而起到重要的存储和转运作用[8]。

人血清白蛋白（HSA）是由585个氨基酸残基组成的单肽链蛋白质，分子量约为66500。

HAS肽链含有35个半胱氨酸残基，仅34位有一个巯基，其余都为二硫键，二硫键中有8对组成交叉二硫键，只有接近N端的是一个单个二硫键，二硫键对维系蛋白质空间结构的稳定性起着重要作用。

HSA含有十八个酪氨酸残基，在214位上含有一个色氨酸残基。

N端为天冬氨酸残基，C端为亮氨酸残基。

1989年，Carterd小组发表了HSA的低分辨晶体结构[9]，并于1990年进行了一些修正[10]，而后，又于1992年发表了HSA的高分辨晶体结构[11]，从而最终揭开了这一生物大分子的真面目。

正像以前的预测一样，HSA分子包括三个结构上相似的功能域（domainⅠ,Ⅱ,Ⅲ）（图2），每个功能域又包含两个相似的螺旋结构的亚域（subdomainA和subdomainB），六个亚域聚集在一起，形成了一个不对称的心型分子。

分子有约67％的螺旋结构，其余则为转角及伸展肽链。

牛血清白蛋白（BSA）是由582个氨基酸残基组成的单肽链蛋白质，其氨基酸序列与HSA非常类似[8]。

BSA肽链也含有35个半胱氨酸残基，仅34位有一个巯基，其余都为二硫键，二硫键中有8对组成交叉二硫键，只有接近N端的是一个单个二硫键。

与HSA不同的是，BSA在134及212位各含有一个色氨酸残基，因此两者的荧光性质略有不同。

另外，由于BSA与HSA的结构相似，二者的氨基酸序列高度相似，且不同氨基酸均为保守性替换，而BSA更价廉易得，故人们常研究药物-BSA的结合情况，作为对HSA结合情况的参考。

1.3.2血清白蛋白的生理功能

血清白蛋白（SA）是血液缓冲系统的组分之一，具有营养作用，是维持血液渗透压的主要组分和运输内源性及外源性物质的重要载体[8]。

血液缓冲剂:

与其它蛋白质一样，SA也为两性化合物。

白蛋白等电点低于正常血液pH，是弱酸，一部分以酸的形式存在，另一部分与阳离子（主要是Na+）结合成弱酸盐，这两部分形成的缓冲离子对是构成血液总缓冲系统的一部分。

营养作用:

在生命活动中，组成组织和器官的蛋白质不断地进行新陈代谢，血浆蛋白质在体内分解产生的氨基酸可参与氨基酸代谢池，用于组织蛋白的合成；白蛋白对细胞营养具有较高的价值，滋养细胞的蛋白质中约有1/3来自肝脏合成的白蛋白；此外，白蛋白还为细胞提供合成其它蛋白质的材料。

维持血浆胶体渗透