卓莎+王莹+亢晓峰

摘 要 本研究利用合成的全-6-季铵基-β-环糊精（Per-6-quaternary ammonium-β-cyclodextrin，p-QABCD）装备基因工程化的α-溶血素（α-Hemolysin，αHL）蛋白质纳米孔（M113R）7，构建全新的单分子纳米孔反应器，在单分子水平实现对谷胱甘肽（GSH）和镉离子（Cd2+）的络合反应的实时原位监测，并辨认络合反应的不同路径、反应中间产物和最终产物。结果表明，溶液的pH值显著影响GSH与Cd2+络合产物的络合比例。pH=7.4时，GSH与Cd2+络合反应的最终产物为Cd（GSH）2； pH=9.0时，最终产物为Cd（GSH）2和Cd2（GSH）2。其中，Cd2（GSH）2的形成遵循两种路径：（1）一个Cd2+首先结合两个GSH分子的巯基形成Cd（GSH）2，然后，第二个Cd2+结合去质子化的氨基形成Cd2（GSH）2； （2）两个Cd2+分别结合同一个GSH分子的巯基和去质子化的氨基形成Cd2（GSH）1，然后，第二个GSH分子的巯基和去质子化的氨基结合Cd2（GSH）1的Cd2+形成Cd2（GSH）2。本研究实现了在单分子水平无标记和无化学修饰研究金属离子和生物小分子的反应，对理解细胞内重金属的解毒机理和拓展纳米孔单分子技术的研究领域具有重要意义。

关键词 纳米通道； 单分子检测； 全-6-季铵基-β-环糊精； 谷胱甘肽； 镉离子

1 引 言

镉是人体的非必需元素，入侵人体会结合含巯基和氨基的蛋白质破坏肝和肾脏等器官中酶系统正常的生理功能，干扰细胞内的钙代谢引起成骨过程和正常骨代谢的紊乱，降低抗氧化酶的活性造成机体氧化损伤等[1，2]。谷胱甘肽（Glutathione， γ-L-glutamyl-L-cysteinyl-glycine， GSH）是细胞内普遍存在的含巯基三肽，具有独特的还原性和亲和性，易与入侵人体的Cd2+、Zn2+、Pb2+和Ni2+等重金属离子结合形成复合物并排出体外，是生物体内重要的重金属解毒物质[3～7]。因此，研究Cd2+与GSH的相互作用对探索生物体内重金属离子的生理功能和解毒机理具有重要意义。……