等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法技术

本发明专利技术提供一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，用于测定金属离子与生物小分子结合过程中的热力学参数和具体结合位点，包括：S1，配制缓冲溶液；S2，采用缓冲溶液分别配制一定浓度的金属离子溶液以及功能单体溶液，而后进行超声处理、冷冻离心，得到处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液；S3，将处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液分别加入等温滴定量热仪的滴定针和样品池中，并设置相关试验参数，而后测定处理后的金属离子溶液中的金属离子与处理后的功能单体溶液中的生物小分子之间结合的热力学参数；S4，利用核磁共振光谱仪测定金属离子与生物小分子之间结合的具体结合位点。

【技术实现步骤摘要】
等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法
本专利技术属于分析测试
，具体涉及一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法。
技术介绍
人类进入工业时代以来，对金属矿石的开发力度越来越大，导致重金属离子在生态系统中随着食物链转移并在生物体中积累，对生物体造成了严重的危害。为了减少重金属离子对生物体的危害，重金属吸附材料以及检测方法的开发越来越重要。而吸附材料的开发大部分基于与重金属离子存在相互作用的功能单体所制备的功能材料。功能单体与金属离子的结合能力越强，结合位点越多，所制备的功能材料对金属离子的富集能力也越强。因此，功能单体的筛选是功能材料制备的重要部分。目前，已经开发了紫外光谱法、电导率法、计算机模拟法等一系列方法探究金属离子与功能单体的相互作用。但是，紫外光谱法对于不含紫外吸收基团的功能单体，无法进行有效筛选；计算机模拟法没有实验数据的支撑，准确度无法保障；电导率法不能鉴别两者的具体结合位点。此外，等温滴定量热技术ITC是一种用于研究生物分子多种相互作用的一种技术，它支持在一次试验中直接进行多种热力学参数的无标记测量。等温滴定量热技术ITC具有微量、灵敏、操作简单、重复性高、实时监测的优点。因此，需要设计一种既能直观分析金属离子与功能单体的结合能力大小，又能判定其具体结合位点的方法。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法。本专利技术提供了一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，用于测定金属离子与生物小分子结合过程中的热力学参数和具体结合位点，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤S1，配制一定浓度的缓冲溶液；步骤S2，采用缓冲溶液分别配制一定浓度的金属离子溶液和功能单体溶液，而后进行超声处理、冷冻离心，得到处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液；步骤S3，将处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液分别加入等温滴定量热仪的滴定针和样品池中，并设置相关试验参数，而后测定处理后的金属离子溶液中的金属离子与处理后的功能单体溶液中的生物小分子之间结合的热力学参数；步骤S4，利用核磁共振光谱仪测定金属离子与生物小分子之间结合的具体结合位点。在本专利技术提供的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，缓冲溶液的浓度为10～1000mmol/L，缓冲溶液为4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液HEPES、2-(N-吗啉)乙磺酸缓冲溶液MES、磷酸盐缓冲溶液PBS、磷酸缓冲溶液PB以及三羟甲基氨基甲烷Tris缓冲溶液的一种。在本专利技术提供的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，缓冲溶液的pH值为3～10。在本专利技术提供的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S2中，金属离子溶液为重金属离子溶液，金属离子溶液的浓度为0.01～100mmol/L。在本专利技术提供的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S2中，功能单体溶液为氨基酸溶液、短肽溶液、蛋白质溶液、糖溶液、核苷酸溶液、碱基溶液、适配体溶液以及有机小分子酸溶液，功能单体溶液的浓度为0.01～100mmol/L。在本专利技术提供的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S3中，等温滴定量热仪的反应温度为2℃～80℃，滴数为20滴～40滴，第一滴溶液的体积为2μL，其余各滴溶液的体积为7μL～14μL，初始延迟为60s，测定时间为120s～1500s，转速为372rpm，参比功率为10μcal/s。在本专利技术提供的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S3中，热力学参数包括结合比N，摩尔反应焓变ΔH、摩尔反应熵变ΔS、摩尔反应吉布斯自由能ΔG以及结合常数Ka，且摩尔反应吉布斯自由能ΔG由公式(1)计算得到，ΔG＝ΔH-TΔS＝-RTlnKa(1)。在本专利技术提供的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S4中，使用核磁共振光谱仪时所采用的氘代试剂为氘代水D2O、氘代氯仿以及氘代DMSO。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，采用等温滴定量热仪实时记录滴定相逐滴加入到样品池中的热量变化，而后根据滴定结果分析出滴定相与被滴定相之间反应的相关热力学参数，最后再以核磁共振光谱法，分析金属离子与生物小分子之间结合时的具体结合位点。因此，本专利技术的方法既能筛选与金属离子相互作用的物质，又能判定其具体结合位点，可以为功能吸附材料制备过程中功能单体筛选提供指导意见。综上，本专利技术的方法具有快速、微量、灵敏、操作简单、无标记的特点，可直观评价金属离子与功能单体的作用强弱以及相关过程的热力学参数，并且结果的可重复性高；同时，本专利技术能直观分析金属离子与功能单体的结合能力大小，又能判定其具体结合位点的方法，从而实现对金属离子与生物小分子作用位点的精准定位，为金属离子吸附材料的开发提供参考。附图说明图1是本专利技术的实施例中HEPES缓冲溶液中的一定浓度的亚砷酸溶液与2,3-二巯基丁二酸溶液的等温滴定量热曲线；图2是本专利技术的实施例中HEPES缓冲溶液中的一定浓度的亚砷酸溶液与2,3-二巯基丁二酸溶液的一维核磁氢谱图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术作具体阐述。<实施例1>步骤S1，配制浓度为20mmol/L，pH值为7.4的HEPES缓冲溶液。步骤S2，以步骤S1中的HEPES缓冲溶液配制10mmol/L的亚砷酸溶液和2mmol/L的2,3-二巯基丁二酸溶液，进行超声和冷冻离心后备用。步骤S3，将配制的亚砷酸溶液和2,3-二巯基丁二酸溶液分别加入等温滴定量热仪的滴定针和样品池中，设置相关试验参数：反应温度25℃、滴数为40滴、每滴滴定相体积7μL、初始延迟为60s、测定时间600s、转速为372rpm、参比功率为10μcal/s，得到实验结果，对实验结果进行拟合，获取亚砷酸与2,3-二巯基丁二酸之间结合的热力学参数。步骤S4，用氘代水D2O取代HEPES以及2,3-二巯基丁二酸上的氢，利用核磁共振光谱仪测定亚砷酸与2,3-二巯基丁二酸之间结合的具体结合位点。图1是本专利技术的实施例中HEPES缓冲溶液中的一定浓度的亚砷酸溶液与2,3-二巯基丁二酸溶液的等温滴定量热曲线，图2是本专利技术的实施例中HEPES缓冲溶液中的一定浓度的亚砷酸溶液与2,3-二巯基丁二酸溶液的一维核磁氢谱图，图中，MolarRatio表示亚砷酸与2,3-二巯基丁二酸的反应摩尔比，Time表示反应时间，μca本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，用于测定金属离子与生物小分子结合过程中的热力学参数和具体结合位点，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1，配制一定浓度的缓冲溶液；/n步骤S2，采用所述缓冲溶液分别配制一定浓度的金属离子和功能单体溶液，而后进行超声处理、冷冻离心，得到处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液；/n步骤S3，将处理后的所述金属离子溶液以及处理后的所述功能单体溶液分别加入等温滴定量热仪的滴定针和样品池中，并设置相关试验参数，而后测定处理后的所述金属离子溶液中的金属离子与处理后的所述功能单体溶液中的生物小分子之间结合的热力学参数；/n步骤S4，利用核磁共振光谱仪测定所述金属离子与所述生物小分子之间结合的具体结合位点。/n

【技术特征摘要】
1.一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，用于测定金属离子与生物小分子结合过程中的热力学参数和具体结合位点，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，配制一定浓度的缓冲溶液；
步骤S2，采用所述缓冲溶液分别配制一定浓度的金属离子和功能单体溶液，而后进行超声处理、冷冻离心，得到处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液；
步骤S3，将处理后的所述金属离子溶液以及处理后的所述功能单体溶液分别加入等温滴定量热仪的滴定针和样品池中，并设置相关试验参数，而后测定处理后的所述金属离子溶液中的金属离子与处理后的所述功能单体溶液中的生物小分子之间结合的热力学参数；
步骤S4，利用核磁共振光谱仪测定所述金属离子与所述生物小分子之间结合的具体结合位点。


2.根据权利要求1所述的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，其特征在于：
其中，步骤S1中，所述缓冲溶液的浓度为10～1000mmol/L，
所述缓冲溶液为4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液HEPES、2-(N-吗啉)乙磺酸缓冲溶液MES、磷酸盐缓冲溶液PBS、磷酸缓冲溶液PB以及三羟甲基氨基甲烷Tris缓冲溶液的一种。


3.根据权利要求1所述的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，其特征在于：
其中，步骤S1中，所述缓冲溶液的pH值为3～10。


4.根据权利要求1所述的等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，其特征在于：
其中，步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斐，张坤，阴凤琴，袁敏，曹慧，叶泰，吴秀秀，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31