用取代肌红蛋白荧光钴检测一氧化氮

一氧化氮(NO)传感器可用于从污染监测到临床诊断和生物医学研究的各种应用。

呼气中NO水平升高已被用作哮喘和慢性阻塞性肺疾病患者气道损伤的诊断指标，可用于早期诊断和干预原位NO生成的生物成像已经允许阐明其许多生物学作用虽然市面上有许多一氧化氮传感器，但仍需要廉价和紧凑的一氧化氮呼吸传感器，以便能够早期检测哮喘发作和体内检测一氧化氮的新方法。

生物传感器可以为开发更便宜和更具选择性的NO传感器提供有用的选择。血红素蛋白是氧气和一氧化氮等气体的理想识别元素。

可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)是一种血红素蛋白，它比其他气体(如氧气)更容易结合一氧化氮虽然已经测试了许多血红素蛋白作为NO光学传感器的适用性，但它们没有化学发光或电化学等技术提供的灵敏度。

此外，固定血红素蛋白会对它们的反应和逆转时间产生不利影响。为了使血红素蛋白有效地用作光学生物传感器，需要提高其灵敏度并降低检测限(LOD)。

在这项研究中，Trevor D. Rapson等人¹试图通过两种方法来提高基于血红素蛋白的光学传感器的灵敏度。首先涉及开发一种有效的荧光方法来检测NO与血红素蛋白的结合。

第二种方法是使用金属替代肌红蛋白，钴肌红蛋白(CoMb)来降低NO的LOD。采用了一种相对较新的荧光方法，称为生物分子门控在这种方法中，荧光团的荧光强度是由血红素蛋白在NO结合或NO自由状态下吸收的不同光量来调节的。

血红素蛋白有效地充当波长选择性滤光剂，限制到达发光团的激发光（图1）。

图1 生物分子门控原理的卡通表示。

一个有效的分子门控系统的关键是优化蛋白团的激发带和气体结合蛋白的一个或多个吸收带之间的重叠为了提高生物分子门控的效率，选择了一种与血红素蛋白在400-430 nm区域有较大光谱重叠的荧光团。

青色荧光蛋白(CFP)在435 nm和455nm处具有最大吸收，与还原的、氧化的和一氧化氮结合的肌红蛋白有很大的光谱重叠(图2)。

生物传感器中的荧光蛋白也有利于小分子染料，如荧光蛋白，因为它们具有更大的光稳定性Strianese等人报道的方法的进一步改进是将氧化基团和NO结合蛋白同时置于溶液中，而不是将氧化基团固定在膜上。

图2 还原肌红蛋白(Fe²⁺Mb)和一氧化氮结合肌红蛋白(Fe²⁺Mb - NO)的青色荧光蛋白(CFP abs)的吸收光谱和发射光谱。

利用CFP和肌红蛋白，该研究开发了一种改进的分子门控系统，可以对NO结合进行定量分析。通过铁钴取代，将肌红蛋白一氧化氮检测系统的LOD从10 mM提高到1 mM。这些都是一氧化氮光学生物传感器发展的有希望的进展。

1.&nbspRapson, T. D.;  Dacres, H.; Trowell, S. C., Fluorescent nitric oxide detection using cobalt substituted myoglobin. RSC Adv. 2014, 4 (20), 10269-10272.

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