乙酰胆碱酯酶及其相关物质的荧光分析方法研究

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乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)是一种存在于人类和动物中枢神经系统中的丝氨酸水解酶,具有催化水解神经递质乙酰胆碱(ACh)和维持胆碱能神经系统正常生理功能的作用。医学研究表明,神经递质ACh的大量缺失会增加阿尔兹海默病(AlzheimedriseaseA,D)的患病风险。目前,全世界的AD患病者逐年增加,给社会带来严重的负担。有机磷抑制剂可抑制乙酰胆碱酯酶的催化水解活性从而导致ACh在体内积累,使胆碱能神经处于过度兴奋状态而出现一系列中毒症状,给人类生命带来危害。因此,制定简单、快速、准确的检测乙酰胆碱酯酶及其相关物质的分析方法具有非常重要的现实意义。酶传感器因其具有选择性好、灵敏度高等优点被广泛应用于有机磷和乙酰胆碱的检测。本文中,根据乙酰胆碱酯酶催化水解底物的特性,利用荧光分析技术实现了对乙酰胆碱酯酶活性、乙酰胆碱酯酶抑制剂和乙酰胆碱的灵敏检测。主要内容如下:(1)本章中,利用吸附在纳米金表面上的尼罗红荧光探针,发展了一种高灵敏的荧光生物分析方法用于乙酰胆碱酯酶及其抑制剂有机磷的检测。尼罗红分子与纳米金之间可发生荧光共振能量转移,因此,尼罗红的荧光被猝灭。乙酰胆碱酯酶具有催化水解底物生成硫代胆碱的性质,当硫代胆碱存在时,硫代胆碱可与纳米金发生键合作用并将吸附在纳米金表面上尼罗红分子置换释放出来。在尼罗红分子释放的过程中,会生成一种荧光性能远远强于尼罗红本身的衍生物,且该衍生物的最大发射波长发生蓝移,由此可以得到更好的信噪比。当有机磷抑制剂存在时,它可抑制乙酰胆碱酯酶的催化活性,影响硫代胆碱的生成量,从而使体系的荧光信号的发生变化。结果表明,该方法对乙酰胆碱酯酶及有机磷农药具有较高的灵敏度,检测下限分别为0.2mU/mL和0.05ng/mL。(2)利用方酸染料的荧光猝灭作用发展了一种新型的信号增强型荧光生物传感器用于乙酰胆碱和有机磷农药的检测。本实验中,利用硫代胆碱对方酸染料的荧光猝灭效应,根据氯化乙酰硫代胆碱和乙酰胆碱竞争性的与乙酰胆碱酯酶结合的原理,来调控硫代胆碱的生成量,使体系的荧光信号发生改变,即可实现对乙酰胆碱的高灵敏检测,其检测下限可达到0.05μM。当待测体系中存在有机磷抑制剂时,乙酰胆碱酯酶的催化活性受到有机磷的特异性抑制,酶对底物的水解作用减弱,硫代胆碱的生成量也会相应的减少,体系荧光信号发生改变,最终可实现对有机磷的高灵敏检测,其检测下限可达5pg/mL。该方法具有简单、快速、灵敏度高等特点,且具有较强的通用性。(3)基于复活剂对不同有机磷抑制的乙酰胆碱酯酶的复活效率存在差异的原理,构建了一种新型的荧光生物分析方法用于有机磷农药的选择性判别。当乙酰胆碱酯酶受到有机磷的特异性抑制后,酶对底物的催化水解作用减弱,硫代胆碱的生成量减少,体系荧光信号较强。当抑制酶经复活剂处理后,酶的活性得到一定程度的恢复,硫代胆碱的生成量也相应增加,体系的荧光信号显著减弱。根据复活前后体系荧光信号的变化情况,可实现对甲胺磷、敌百虫、对氧磷这三种有机磷农药的选择性识别。此方法为今后选择性的检测有机磷提供了一个新的平台。
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