硅烷化氧化石墨烯与模型蛋白（牛血清白蛋白及胃蛋白酶）相互作用的生物物理研究

　　【编辑推荐】本研究针对碳基纳米材料在生物医学应用中的关键问题，通过多光谱技术和分子对接模拟，揭示了硅烷化氧化石墨烯（sGO）与牛血清白蛋白（BSA）、胃蛋白酶的相互作用机制。研究发现sGO通过静态猝灭、范德华力及氢键驱动形成基态复合物，且对胃蛋白酶活性无显著影响，为纳米材料的生物相容性评估提供了重要依据。

　　

在核生化应急医学和纳米生物材料快速发展的背景下，碳基纳米材料如氧化石墨烯（GO）因其独特的吸附性能成为研究热点。然而，其生物相容性和与生物分子的相互作用机制尚不明确，尤其是功能化衍生物如硅烷化氧化石墨烯（sGO）的蛋白结合特性亟待解析。这一问题直接关系到纳米材料的体内分布、代谢途径及潜在毒性评估。

为填补这一空白，国防研究院的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表了关于sGO与两种模型蛋白——牛血清白蛋白（BSA）和胃蛋白酶（pepsin）相互作用的研究。通过紫外-可见光谱（UV-Vis）、稳态/时间分辨荧光光谱、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FT-IR）及分子对接技术，揭示了sGO-蛋白复合物的形成机制及其对蛋白结构和功能的影响。

关键技术方法
研究采用多光谱联用策略：UV-Vis检测芳香族氨基酸的π-π*跃迁变化；荧光光谱分析色氨酸（Trp）微环境扰动；ATR-FT-IR解析蛋白二级结构改变；分子模拟预测结合位点。实验在生理条件下进行，样本包括商业采购的BSA（SRL Pvt. Ltd）和胃蛋白酶（Roche）。

研究结果

1. UV-Vis吸收分析
   sGO引起BSA在227 nm（肽骨架π-π*跃迁）和280 nm（Trp/Tyr吸收）的增色效应，提示基态复合物形成。胃蛋白酶仅在280 nm出现类似变化。

2. 荧光光谱与猝灭机制
   sGO对BSA的Trp²¹²
   （疏水口袋）和Trp¹³⁴
   （表面）产生静态猝灭，结合常数10⁴
   M^-1
   量级，表明强结合。热力学参数（ΔH>0, ΔS>0）证实疏水作用和氢键主导。

3. 酶活性与构象变化
   sGO（≤100 μg/mL）不改变胃蛋白酶活性，但使BSA活性降低15%。ATR-FT-IR显示sGO高浓度（200 μg/mL）破坏胃蛋白酶酰胺I带（β-折叠特征峰），而BSA仅发生轻微构象调整。

4. 分子对接验证
   sGO与BSA的IIA亚域通过Trp²¹²
   -π阳离子相互作用结合，与胃蛋白酶则依赖Tyr¹⁸⁹
   氢键，与光谱数据高度一致。

结论与意义
该研究首次系统阐明sGO通过非共价作用（范德华力、氢键）与血浆蛋白和消化酶选择性结合的特性：BSA因结构柔性更易受sGO影响，而胃蛋白酶仅在超高浓度下发生构象扰动。这一发现为sGO在药物载体设计和核应急解毒剂开发中的应用提供了关键理论支撑——其与必需蛋白的温和相互作用提示良好的体内安全性，同时保留了胃蛋白酶的生物活性。未来研究可进一步探索sGO-蛋白复合物的体内代谢动力学及其在放射性核素螯合治疗中的潜力。