基本信息
- 项目名称：
- 苏丹红Ⅱ、Ⅳ与牛血清白毒性作用机理的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 此项目是国际上首先提出苏丹红Ⅱ、Ⅳ与牛血清白蛋白毒性作用机理的研究及毒性比较的评价体系。从微观层面研究苏丹红对牛血清白蛋白的猝灭方式、结合力以及对蛋白骨架和对蛋白二级三级结构和物理结构的影响；进而对其与蛋白质结合位点及周围化学环境做出准确判断。从化学角度更加详细地分析两者的结合带来的图谱变化，并对紫外强吸收峰变化的原因，荧光内滤效应的去除方法等解释。
- 详细介绍：
- 2011年4月23日，国家卫生部正式公布47种食品中可能违法添加的非食用物质名单，排名第二位的就是苏丹红。 苏丹红为何屡禁不止？不同种类苏丹红对人体的具体致毒情况如何？微观致毒机理如何？如何更好的检测和预防食品中的苏丹红？如何准确医治因食用含有苏丹红的食品而造成的疾病？ 基于对以上现象的思考，作者开始了挑战的旅程…… 首先，我们进行了两次大型的实地调研。1年来我们分别深入政府、企业、医院、社区、校园等地对产品质量监管人员、环保执法人员、医疗护理人员、社区公众以及学生五类群体中展开调研。我们发放问卷2219份，回收有效问卷989份。通过访谈录音整理以及数据分析，我们发现：公众对苏丹红食品的认知及辨别存在盲区；目前我国食品安全检测有滞后性，标准体系存在不规范、不健全的现象，短期内无法完全杜绝苏丹红被不法商贩应用于食品中；社会对苏丹红的毒性认识停留在与小鼠作用的实验结果：苏丹红I号（宏观层面）具有致癌作用。 接下来，我们决定通过科学的研究，系统准确地从微观角度解释不同种类的苏丹红在人体水环境下与牛血清白蛋白（对人血清白蛋白绝对参考）毒性作用的机理，从而为医疗方面更好的处理因食用含苏丹红食品而造成人体健康损害的问题提供有效帮助。在刘汝涛教授的指导下，作者查阅了大量的相关文献发现目前对苏丹红的学术研究现状：“在苏丹红的科学研究方面，对食品中苏丹红含量的测定研究较多，而对其毒性的研究较少。仅有的一些研究大多都只是针对苏丹红I号，对于其他种类的苏丹红毒性的研究目前未见报道，而且在已有的研究中还存在着一些不够严谨之处。”立足于此，作者制定了科学的实验计划并成功申请国家大学生创新实验计划基金的国家级立项。一年的刻苦实验，作者完成《Binding of Sudan II and Sudan IV to Bovine Serum Albumin: Comparison Studies》。该文章的英文版已经投到《Food Chemistry》杂志，现处于修回阶段。该论文的创新点可总结为以下几点： 一、该作品是国际上首先提出苏丹红Ⅱ、Ⅳ与牛血清白蛋白（可完全类比人血清白蛋白）毒性作用机理的研究及其毒性比较的评价体系。（科技查新报告可证明） 二、该文通过采用荧光光谱、共振光散射法、紫外可见光谱法、圆二色光谱法、分子探针方法、分子模拟等手段在模拟人体环境从微观（目前对苏丹红的研究及结论多为宏观层面）层面研究苏丹红对牛血清白蛋白的猝灭方式、结合力、结合常数以及其对蛋白骨架、荧光基团微环境的影响和对蛋白二级三级结构的影响，同时通过实验对其与蛋白质结合位点及周围化学环境做出准确判断；通过全方位的表征、系统的分析苏丹红对蛋白质物理结构的作用，得出准确、可靠的结论。 三、作者在本文中从化学的角度更加详细地分析由两者的结合带来的图谱变化，并对一些近年来许多文献中未涉及或涉及到但未作解释的现象做出了系统的解释（如紫外强吸收峰变化的原因，荧光内滤效应的产生以及去除方法)。 现在，作者正在进行苏丹红对DNA致毒机理的研究。从多方面对苏丹红的毒性进行更深入的研究，进而为研究苏丹红的致癌作用提供科学依据并为其治疗与检测提供理论支持。我们希望通过实际行动引导人们正确认识苏丹红，并为检测苏丹红在数据分析和标准制定方面提供一定的依据，为预防和治疗苏丹红导致的公众健康问题提供可靠信息。
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撰写目的和基本思路
- 目的： 1、从微观层面解释苏丹红Ⅱ、Ⅳ的致毒机理，为苏丹红引起健康问题的治疗提供理论支持。 2、国际上对食品中苏丹红含量的测定研究较多，而对其毒性研究较少，仅有的一些研究大多针对苏丹红I号。 3、研究苏丹红与牛血清白蛋白的毒性作用机理可反映苏丹红与人血清白蛋白的毒性作用机理。 基本思路：荧光光谱法——紫外可见吸收光谱——圆二色谱——苏丹红与BSA的分子对接。
科学性、先进性及独特之处
- （1）本项目得到国家大学生创新实验计划立项支持； （2）国际上首先提出苏丹红Ⅱ、Ⅳ与牛血清白蛋白致毒机理的研究及其毒性比较的评价体系。 （3）对苏丹红毒性认定现停留在宏观层面，我们从微观层面更准确地研究并比较不同种类苏丹红对牛血清白蛋白的致毒机理； （4）我们从化学的角度详细地分析两者的结合带来的图谱变化，并针对多年来国内外许多文献中缺乏解释的现象进行了详细解释。
应用价值和现实意义
- （1）为食品安全的检测和环境监测提供技术引导； （2）比较出苏丹红Ⅱ、Ⅳ毒性作用的大小，并解释其致毒机理，给出可靠的评价体系； （3）为苏丹红食品引起公众疾病的致病机理和治疗提供可参考的信息。
学术论文摘要
- 本文从分子水平上运用荧光光谱、紫外可见吸收光谱、圆二色谱和分子模拟等手段对苏丹红II号及IV号与牛血清白蛋白（BSA）的作用进行了研究，并考察了两类苏丹红与BSA之间的作用模型、结合常数以及对蛋白的构象影响。结构分析表明苏丹红II号和IV号均在蛋白疏水腔中通过范德华力与蛋白结合。另外，通过计算发现，蛋白质分子与苏丹红的结合比例大约为1：1，苏丹红II号和IV号在298K下的总结合常数分别预估为1.22×104 M-1 和1.48×104 M-1。从BSA的紫外吸收光谱中可以发现，苏丹红IV号对BSA骨架结构的破坏与苏丹红II号相比更严重。同时，对于同浓度的苏丹红染料，苏丹红IV号使BSA的二级结构发生更多改变，伴随BSA的α螺旋的轻微减少和β折叠含量的增加，这都表明在苏丹红的作用下部分蛋白质发生了变性。
获奖情况
- 1.本作品获得第十二届“挑战杯”山东省大学生学生课外学术科技竞赛特等奖； 2.本作品英文版《Binding of Sudan II and Sudan IV to Bovine Serum Albumin: Comparison Studies》Lu Dawei，Zhao X C，Zhang B，Liu R T.已投《Food Chemistry》杂志(影响因子3.176），现已接到编辑部修改意见并已修改交回； 3.2010年度国家大学生创新实验计划项目XX大学优秀结题报告。
鉴定结果
- 《教育部科技查新工作站Z06》查新鉴定： 在国内公开发表的中文文献中，未见与“苏丹红II和IV对牛血清白蛋白致毒机理的研究”相同的文献报道。
参考文献
- 1.Li, L.; Gao, H. W.; Ren, J. R.; Chen, L.; Li, Y. C.; Zhao, J. F.; Zhao, H. P.; Yuan, Y.: Binding of Sudan II and IV to lecithin liposomes and E-coli membranes: insights into the toxicity of hydrophobic azo dyes. Bmc Structural Biology 2007, 7. 2.Charbonneau, D. M.; Tajmir-Riahi, H. A.: Study on the Interaction of Cationic Lipids with Bovine Serum Albumin. Journal of Physical Chemistry B 2010, 114, 1148-1155. 3.Charbonneau, D. M.; Tajmir-Riahi, H. A.: Study on the Interaction of Cationic Lipids with Bovine Serum Albumin. Journal of Physical Chemistry B 2010, 114, 1148-1155 4.Sudlow, G.; Birkett, D. J.; Wade, D. N.: Further Characterization of Specific Drug Binding Sites on Human Serum Albumin. Molecular Pharmacology 1976, 12, 1052-1061.
同类课题研究水平概述
- 苏丹红带来的食品安全问题已引起世界范围内的广泛关注。目前国内外市场上的苏丹红主要分为苏丹红Ⅰ、苏丹红Ⅱ、苏丹红Ⅲ与苏丹红Ⅳ。国内外对食品中苏丹红含量的测定研究较多，而对其毒性研究较少。而仅有的毒性研究也大多是针对苏丹红I号对动物体和细胞的研究，从生物大分子层面研究更是凤毛麟角。在结构上，苏丹红Ⅰ与苏丹红Ⅲ基本相同，Ⅱ与Ⅳ十分相似。通过系统采用荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色光谱等方法，对苏丹红Ⅱ号和Ⅳ号进行比较，研究苏丹红与BSA在人体水环境下的结合机理其结构差异对DNA的不同影响还鲜见报道，对于评价Ⅱ与Ⅳ毒性大小的方案在近二十年的相关文献中也未见报道。 对于一些使用此类实验研究方法的其他相近的研究，大多数对实验现象未作出详细的解释。本实验针对这些问题，查阅了大量有关文献，依据Jacas等权威期刊给出的理论信息，对实验现象所反映的本质问题给出了较为详细的解释，填补了此方面研究匮乏的空白，为用类似方法研究小分子致毒机理的学者提供了具有学术价值的参考。
