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刘云春, 崔士强, 杨周生
(安徽师范大学化学与材料科学学院，安徽芜糊 241000)
摘 要：采用自组装修饰法将细胞素C 修饰到以L -半胱氨酸为连接剂的金电极上，并运用循环
伏安法(C V )、电化学阻抗法(EIS )等方法研究了该电极的电化学行为.测定了细胞素C 有关的电
化学参数.
关键词：细胞素C ；自组装法；电化学行为
中国分类号:O657.1 文献标识码:A 文章编号:1001-2443(2006)03-0255-03
细胞素C 是生命体中一种重要的水溶性氧化还原血红蛋白，整个分子由一条肽链包裹着一个血红素(中心卟啉铁)组成，广泛存在于原核生物和真核生物细胞的线粒体内膜上，是生命体内氧化还原反应电子传递中的一个环节，它既是电子的传递体，又具有生物酶的特性，研究其电化学行为，对从分子水平解释生命现象以及发展生物催化技术具有重要意义.该研究工作已引起广泛的关注[1-2],Shi [3]
等报道了将细胞素C 单metal dome
分子层通过共价键强烈吸附在末端为羧基的金电极上，并研究了该电极的电化学行为,McNeil [4]等研究了细
胞素C 修饰在以短链巯基化合物为连接剂的金电极上，并对此修饰电极的应用提出初步的设想.
L -半胱氨酸是生命体中重要的氨基酸，在临床和药理学中也有着不可替代的作用.本文以L -半胱氨酸为连接剂，采用自组装修饰的方法将细胞素C 修饰到金电极上，实验发现该修饰电极在磷酸缓冲溶液中具有准可逆的氧化还原过程.1 实验部分
数字式水表
1.1 仪器与试剂
CHI660电化学工作站(上海辰华仪器公司).马心细胞素C 和L -半胱氨酸盐酸盐购于Sigma 公司，其余试剂均为分析纯.磷酸缓冲溶液为0.01M 的KH 2PO4:K 2HPO 4(1:1)混合溶液,pH 值的调节使用的是0.10M 的H 3PO 4、K OH.实验用水为二次蒸馏水，所有溶液实验前通氮除氧，实验在室温条件下进行.电化学阻抗实验，以1:1K 3[Fe (C N )6]ΠK 4[Fe (C N )6]的5.0×10-3
M 混合溶液为氧化还原探针.
u交
1.2 实验方法 金电极在金相砂纸上打磨干净后，分别在乙醇、水溶液中超声洗净，置于0.5M 的H 2S O 4中，在-0.35V 到+1.75V 的电位范围，扫速为200mV Πs 的条件下，进行连续的循环伏安扫描，直至稳定.处理好的金电极在10m M 的L -半胱氨酸溶液中浸泡12h ，用二次水冲去电极表面吸附的L -半胱氨酸，将该电极在30uM 细胞素C 和5m M 磷酸盐(pH 7.0)的混合溶液中浸泡4h ，在200m M E DC 和50m M NHS (均为水溶液)中活化5分钟后，再将电极在30uM 细胞素C 中浸泡24h ，用pH7.2磷酸缓冲溶液漂洗后，置于磷酸缓冲溶液中备
用[5].
电化学实验采用三电极系统，工作电极为细胞素C ΠL -半胱氨酸修饰金电极(ф=2mm )，参比电极为
Ag ΠAgCl 电极，辅助电极为铂丝电极.电化学阻抗实验，以5.0×10-3M K 3[Fe (C N )6]ΠK 4[Fe (C N )6](1¬1)的
混合溶液为电解质.
2 结果和讨论
收稿日期:2005-11-17
基金项目：安徽省教育厅自然科学基金(2006K J146B )；安徽师范大学青年自然科学基金(2005xqn12).
作者简介：刘云春(1974-)，女，安徽巢湖人，讲师，硕士研究生；通讯作者：杨周生(1962-)，男，安徽桐城人，教授，博士.
第29卷3期
2006年6月 安徽师范大学学报(自然科学版)
Journal of Anhui N ormal University (Natural Science )V ol.29N o.3Jun .2006
图1 L -半胱氨酸修饰金电极在细胞素C 溶液中不同浸泡时间的阻抗:(a )12h (b )24h (c )36h Fig.1 The Nyquist plot (Z ″vs.Z ′)of the Cyt.c ΠL 2cysteine m odified g old electrode under different ads orption time recorded by applying an AC v oltage with 5mV am plitude in a frequency range from 0.001H z -10K H z under open circuit potential conditions :(a )12h (b )24h (c )36h.
2.1 细胞素C 修饰电极的电化学阻抗
将L -半胱氨酸修饰的金电极，在细胞素C 中浸泡不同
时间，然后在K 3[Fe (C N )6]ΠK 4[Fe (C N )6]溶液中进行电化学阻抗
实验，在电化学阻抗谱图中，半圆的直径和电子转移阻抗系数直
接相关，如图1所示，随着浸泡时间的增长，半圆半径增大，即细
胞素C 在电极表面的吸附阻碍了电子在电极的直接传递，细
胞素C 吸附的越多，半圆半径越大，当浸泡时间超过36h ，半
圆直径基本达到稳定，说明此时L -半胱氨酸对细胞素的吸
附基本达到饱和.
2.2 细胞素C 的直接电化学行为
细胞素C 的直接电化学行为实验在pH7.2的磷酸缓冲溶
液中进行.如图2所示,a 图为裸金电极的循环伏安曲线,b 图为
rc延时电路L -半胱氨酸修饰金电极的循环伏安曲线,c 图为细胞素C ΠL
-
半胱氨酸修饰金电极的循环伏安曲线,a 、b 曲线是平坦的，而
c 曲线具有一对氧化还原峰，其中，还原电位为+0.074V ，氧化
电位为+0.349V ,E P =275mV.这一实验结果显示，细胞素C
在以L -半胱氨酸为连接剂的金电极上具有电化学活性，是一
准可逆的氧化还原反应. 细胞素C ΠL -半胱氨酸修饰电极在0.01m ol ΠL 磷酸盐溶液中，峰电流与扫速之间的关系如图3所示，扫速在50mV Πs 到900mV Πs 之间，峰电流与扫描速率成线性关系，相关
系数为0.996I P ，这表明细胞素C 修饰在电极上所发生的氧化还原反应过程受吸附控制.根据I P -v 关系的曲线斜率和方程
[6]I P =nFv ΓA Π4RT ，可以计算出细胞素C 在L -半胱氨酸修饰电极上的覆盖量Γ为2.48×10-5m ol Πcm 2.根据公式[7]W 1Π2=62.5Π
αn ，伏安曲线的半峰宽为214mV.细胞素C 在电极上发生氧化还原反应的电子数n =1，据此可以计算出电
荷的转移系数α为0.29，而n
ΔE P =275mV ，根据公式[8]：图2 电极在0.01M 的磷酸缓冲溶液中的循环伏安曲线
(a )裸金电极 (b )L -半胱氨酸修饰金电极 (c )细
胞素C ΠL -半胱氨酸修饰金电极
Fig.2 Cyclic v oltamm ograms of (a )bare g old electrode ;
(b )L 2cysteine m odified g old electrode and (c )Cyt.c ΠL 2
cysteine m odified g old electrode in a blank phosphate bu ffer
s olution (pH 7.2).The scan rate is 50mV Πs.图3 细胞素C ΠL -半胱氨酸修饰金电极在不同扫速下的循环伏安图Fig.3 Cyclic v oltamm ograms of Cyt.C ΠL 2cysteine m odified electrode in a pH 7.2,0.01m ol ΠL phosphate bu ffer s olution at different scan rates :a.50,b.200,c.300,d.400,e.500,f.600,g.700,h.800,i.900(mV Πs ).(Inset )background 2subtracted cathodic peak current vs.scan rate.
logk s =αlog (1-α)+(1-α)log α-log RT nFv -α(1-α)nF △E P 2.3RT
可以得出细胞素C 修饰电极的电子反应速率常数K S 为7.08s -1.
溶液酸碱性对细胞素C 修饰电极的电化学行为有着重要的影响.实验发现，当溶液的pH <6.0酸性条件下，细胞素C 的氧化还原峰电流降低.这可能是在酸性条件下，结合在电极上的L -半胱氨酸上的氨652安徽师范大学学报(自然科学版)2006年
基和羧基与溶液中的H +结合，使L -半胱氨酸带正电荷.这样会与同样带正电荷的细胞素C 产生排斥,
减少细胞素C 在L -半胱氨酸上结合的量，致使峰电流降低.当溶液在弱碱性条件下，细胞素C 的氧化还原电位向负方向移动，但pH >9.0，修饰电极的氧化还原峰电流消失，这可能是在碱性环境下，使
细胞素C 发生了变性，从而它的电极上的氧化还原活性不能表现出来.
3 结论
本文通过自组装方法成功的将细胞素C 修饰到以L -半胱氨酸为连接剂的金电极上，获得了细胞素C 在修饰电极上的直接电化学行为，并测定了该修饰电极的一些电化学参数.
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The Study on E lectrochemical Property of Cyt C ΠL 2Cysteine Modification E lectrode
LI U Y un 2chun , C UI Shi 2qiang , Y ANG Zhou 2sheng
(C ollege of Chemistry and M aterial Science ,Anhui N ormal University ,Wuhu 241000,China )
Abstract :Cytochrome C (Cyt.C )is success fully imm obilized on binding L 2cysteine g old electrode by self 2assembled method.Electrochemical properties of Cyt.C on m odified electrode is investigated by cyclic v oltammetry (C V )and electrochemical im pedance spectroscopy (EIS ).Cyt.C shows a quasi 2reversible electrochemical redox behavior.The relate electrochemical parameters are obtained.
K ey w ords :cytochrome C ;self 2assembled ;electrochemical property 75229卷第3期 刘云春，崔士强，杨周生: 细胞素C ΠL -半胱氨酸修饰电极的电化学行为研究
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