食品中的激素与抗氧化防御系统酶相互作用的电化学研究

The abuse of hormone during the food production process has caused many serious problems for the health of the people and the development of the society. Hormone detection is still not the compulsory test item in the food testing because the influence of hormone has not been deeply understand and the Hormone detection process is complex and the detection cost is high. Studying the impact of Hormones on organisms and looking for inexpensive, high sensitivity hormone sensors can provide appropriate technical support for food safety.This project intended to use antioxidant enzymes as indicators to study the influence of the hormone on the organism by combining the nanocomposites technology, the biosensor technology and the molecular docking simulation. We will study the factors that influence the activity of enzymes and obtain dose relationship between Hormone and the enzymes' activity. By using electrochemical and spectrometric method, we will reveal the interaction model, the binding site and the reaction mechanism between Hormones and enzymes. Based on the inhibition or activation effect of Hormones on the activity of the enzymes, the biosensor for Hormone detection can be constructed. Such biosensors are simple, portable and can be used for in vivo detection. This project will provide the theoretical basis for the rational use of Hormone in food. It also can provide new ideas and methods for the study of the toxicological and pathogenic effect of hormone on the organisms, which would be very important in the food safety control and other areas.

激素滥用是目前食品生产过程中普遍存在的问题，过量使用激素会给人体健康和社会发展带来许多问题。由于激素与生物体的相互作用机制研究不够深入，激素检测步骤繁琐、成本高，因此到目前为止激素仍未被列入强制检测项目。开展激素对生物体影响的研究，寻找廉价、灵敏度高的激素传感器能够为食品安全提供相应的技术支持。本项目拟以生物体抗氧化防御系统中的抗氧化酶为主要指示物，将纳米复合材料、电化学传感以及分子对接模拟等有机结合，研究激素分子对抗氧化酶活性影响的因素及量效关系，揭示激素分子与抗氧化酶之间的作用模式、结合位点及化学本质，基于激素对抗氧化酶的抑制或者激活效应建立激素测定的电化学方法，研制简单、可携、灵敏度高、分析速度快、能在体检测的激素电化学传感器。本课题的开展能为激素在食品中的合理使用提供理论依据，同时能为激素的毒理作用及致病效应等的研究提供新的思路和方法，在食品安全控制等方面具有重要的意义。

本项目提出构建生物相容性好的传感界面，以生物体抗氧化防御系统的生物分子作为主要指示物，研究激素，如氯吡脲、6-苄氨基嘌呤、吲哚乙酸等与这些酶的相互作用过程和机理，建立利用抗氧化防御系统酶对激素等进行测定的新方法的思路。截止目前为止，本项目取得的成果包括：（1）为了提高生物分子在电极表面的固定量和活性，提高传感器的性能，本项目探讨了功能材料的制备及传感器界面的构建方法。基于生物模板简单易得，其有序的级次孔结构能够为生物分子的固定提供较大的比表面积，有利于待测物质在电极表面的扩散和反应，以花粉和广玉兰花瓣等作为模板，制备了具有级次结构的纳米磷酸钙和二氧化钛，探讨了酶分子等在该类材料上的电化学性质。通过电场辅助实现了酶分子在电极表面的定向组装，提高了酶在电极表面的电子传递速率。（2）通过紫外光谱、荧光光谱、等量热滴定以及分子对接等手段研究了过氧化氢酶与激素的相互作用。实验结果表明：氯吡脲和6-苄氨基嘌呤对过氧化氢酶的荧光猝灭机制为静态猝灭。利用平行因子分析法（PARAFAC）对吲哚乙酸和过氧化氢酶相互作用的三维荧光光谱数据进行了分析，表明吲哚乙酸和过氧化氢酶的结合比为1:1。分子对接模型进一步证明激素分子改变了过氧化氢酶的微环境。（3）依据酶与激素的相互作用原理，利用成果1所获得的功能界面，构建了测定激素的抑制性传感器。固定在上述材料修饰电极上的过氧化氢酶，能够与电极之间实现直接电子转移，对过氧化氢具有较好的电催化活性。在含有过氧化氢的PBS溶液中加入激素，如氯吡脲、2,4-二氯苯氧乙酸后，过氧化氢酶催化还原过氧化氢的电流减小，酶活性受到了抑制，酶抑制率与激素浓度呈现良好的线性关系。该方法为激素的毒性的评价及测定提供了一个快速可靠的方法。利用双倒数曲线等研究了激素对过氧化氢酶的抑制类型。（4）基于激素对过氧化氢酶的抑制作用，将电化学与流动注射相结合，构建了在线测定激素的平台。