硫酸软骨素A对草酸钙晶体生长和聚集的影响

第 2期 化 学 世 界 硫酸软骨素 A对草酸钙晶体生长和聚集的影响 ·59 · 钟玖平 ， 欧阳健明卜． 郑文杰 ， 沈玉华 ， 谢安建! (1．暨南大学生物矿化与结石病防治研究所 ．广东 广州 510632；2，安徽大学化学化工学院·安徽 合肥 230039) ● ● ‘ ' 摘 要：用体外模拟方法研究了硫酸软骨素 A(简称 C S)对草酸钙晶体矿化热力学的影响 ，并对纯 水体系和 C S—H：o体系中形成的草酸钙晶体进行 了物相 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与形貌观察。发现 C S不但在热力学 过程中有利于提高溶液中Ca 一存在的浓度，而且能诱导一水草酸钙(CoM)晶体的(101)晶面优 先 生长 ，并抑 制 C0M 的二 维生长和聚集 。 关键词：硫酸软骨素 A；草酸钙晶体；生物矿化 中图分类号 ：O 614．23 文献标识码 ：A 文章编号 ：0367—6358(2o03)O2一o059一O5 Effects of Chondroitin Sulfate A on Growth and Aggregation of Calcium Oxalate Crystals ZHoNG Jiu—ping 。 OUYANG Jian—ming¨ ， ZHENG Wen—jie ， SHENG Yu—hua 。 XIE An—jian： (j．Instittfte of Bio，ni"eralizⅡtion and Lit~iasis Research．．1inan Universit3·．Gttangdoug Gttangzhou 510632．China 2 College of Chemistry and "gineering·Anht6 Unizwrsit3··Auhd Hefei 230039·China) Abstract：The effect of chondroitin sulfate A (C4S)on thermodynamics of the growth of calcium oxalate crystals was examined．The appearance and morphology of CaC204 crystals obained from system s with and without C4S were observed by FTIR -XRD and SEM ． Not only can C4S increase the supersaturation of CaC2o4 in solution，but also induce preferential growth of(1 O1)crystal face of calcium oxalate monohy— drate (COM )as well as inhibit the—two—dimensional growth and aggregation of COM crystals． Key words：chondroitin sulfate A；calcium oxalate crystal；biomineralization 近年来 ，生物 矿化 的研 究 已成为化 学 、医学 、生 物和材料等多学科之间相互渗透和相互交叉的前沿 课题[1q]。生物矿化包括正常生物矿化(如骨骼 、牙 齿、贝壳的形成等)和异常生物矿化(如形成泌尿系 结石、胆结石、龋齿等)。泌尿系结石是指在泌尿系统 内形成的一种固体物质，俗称尿结石或尿石。不同地 区 的结 石发 病 率在 3 ～ 14 之 间n]，它 严重 影 响 了人体的健康。 泌尿系统结石中 70％为草酸钙结石L】j。在对 CaC：0 结石形成的研究过程中，尽管不同的人从不 同的角度进行讨论 ，但至今为止，有关 CaC：0 结石 的形成机理及其诱导因素和抑制因素还没有完全弄 清楚。 体 内 CaC：0 结石的产生与其热力学 (过饱和 度)和动力学(成核、生长和聚集)因素相关 结石病 人与正常人 尿液 中 CaC：0 的饱和度虽有差异 ，但 并无明显界限 ，这使人推测尿液 中 7-一定还存在着某 些抑制物 ，它们能在尿石形成过程 中起作用 ，影响 CaC 0 在尿液中的过饱和度和CaC?0 晶体在尿液 中的成核、生长和聚集 ，以及固相转化等一系列结晶 收蔫日期：2002·08·05；修回日期：2002—10·18 一 一 基金项目：国家自苍科学蓦金重点项 (2003101n) 广东省自然科学基金(o132o2 广枣 _l点攻关嘎~KC3140，1) 作者筒介 ：钟玖平(1975~)．男．硕士生．研究方向为生物君机化学。 *通讯联系人 ． ． ． ， 一 ． ， 。 |l 0· 。 一． 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 化 学 世 界 动力学过程。正常人尿液中由于抑制物的浓度或活 力较高。所以不长结石；而病人尿中缺少抑制物。易 长结 石 。 ’ 目前 所 研究 的结石 抑制 物 主要 有 两部 分 ，一部 分 是 生物 大 分子 ，如酸性 粘 多糖 。TH一蛋 白。尿凝 血 酶原片段 1和肾钙素等 ；另一部分是无机盐和有机 小分子。如镁离子、枸橼酸以及无机磷酸盐等 ]。在 这些抑制物中。最重要的是生物大分子酸性粘多糖 (GAGs)Erj，包括有八种物质：分别是软骨素(Ch)、 硫酸软骨素 A(C S)、硫酸软骨素 C(C S)、硫酸皮肤 素(DS)、透明质酸(HA)、硫酸乙酰肝素(HS)、肝素 (HP)和硫酸角质素(KS)。 在结 石病 人和 正 常人 的 尿 中。GAGs的质 和量 都 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现 有 明显 的差 异 ，这 种差 异 与 CaC!O 结 石 的 形成有 着密切 的关 系u ]。C S是 一种没有分支 的一 系列不 同长度 的聚 阴离子 多 糖链 ，由己糖醛 酸和 己 糖胺通过 一。和 一 交替相联组成。它存在尿液中， 但不存在结石当中。而且在结石病人尿液中的含量 要明显低于正常人的含量 j，因此推测其对 CaC：O 结石有抑制作用。 本文采用体外实验研究了C S对 CaC：O 晶体 矿化热力学的影响，并对纯水体系和 C S—H!O体系 中形 成的 CaC!O 晶体进行 了物相分析与形貌观 察 。 l 实验部分 1．1 试剂 和仪器 C S为 ICN 公司 (美 国)的生化试 剂 。纯度 为 99 。一水草酸钾、二水氯化钙和氯化钠均为分析 纯 ，Tris·HCI试 剂 由 三 羟 甲 基 甲 胺 [NH：C (CH。0H)。]和分析纯盐酸配制而成，pH一2．04。实 验用水均为从石英亚沸蒸馏器体系制得的二次蒸馏 水 。 ， ’ 钙电极为 402型钙离子选择性电极(江苏电分 析仪器厂)。FTIR为 Equinox55型傅里叶变换红外 吸收光谱仪(德国 Bruker公司)。XRD采用 XD2· 粉 末 X-射线衍射仪 (北京大学研制)。SEM 为 JEM— T300型扫描电镜(日本)，PH一3C精密 pH计 (上海 雷磁仪器厂 )。 1．2 实验方 法 ． 1．2．1 草酸钙晶体矿化热力学澍量 先 用 钙 离 子 选 择 性 电 极 测 定 117 mL 0．25 mmol／L CaCI!溶液 中 Ca。一的初始浓度，然后加入 预先配好的 0．01 mol／L K2C20 溶液 3 mL。磁力搅 拌 ，转速为 1500 r／min。用钙电极测定 Ca。一浓度的 动态变化过程。溶液温度控制为 25±1(、。用 Tris· HCI试剂调 pH 值为 6．0。以 3 mL二次 水代替 K!C10 溶液做了控制实验 。消除由于溶液稀释而造 成的 Ca 浓度下降。 在相同条件下。做了纯水体系和 C S—H!S体系 中 Ca 一浓度变化的动态测量。C S—H o系统中 C S 浓 度为 0．5 mg／mL。 1．2．2 草酸钙晶体制备 分 别 往 0．25 mmol／L CaCI2溶 液 和 0．25 mmol／L CaCI：+0．5 mg／mL C S溶液 中缓慢滴加 0．25 mmol／L K!C2O 溶液 。温度控制为 25±1 C． 磁力搅拌 ，转 速为 1500 r／min。反应完后 。晶体 陈化 24 h。后 用孔径 为 0．45 btm 的微孔滤膜 过 滤 ，干燥后 得 CaC!O 晶体。 1．2．3 草酸钙晶体的结构分析与形貌观察 对上述两种体系中形成的 CaC O 晶体进行了 FTIR、XRD、SEM 分析 。其中FTIR的测试条件为： KBr压片。波数范围：400-~4000 cm_。；XRD的测试 条件为：CuKa辐射。40 kV，20 mA。石墨弯晶单色 器 ，狭缝 ：DS，1。，RS。0．15 mm。SS。1。，扫描速度：4。／ rain，步宽：0．02。；SEM 分析前先用无水乙醇超声分 散 CaC?O 晶体后进行形貌观察。测试条件为：高压 10 kV。样 品喷金 处理 。 2 结果与讨论 · 2．1 草酸钙晶体矿化热力学研究 用钙电极测量滴入 K C：O 溶液后体系中 Ca!一 浓度的动态变化(见图 1)。图中0点为 CaCl：溶液 中Ca：一的初始浓度。在纯水体系和 C S—H。O体系申 加入 K：C：0 溶液后 ，体系中 Ca 一的浓度均有较大 程度的下降，但在 C S—H：0体系中。Ca 一的浓度下 降的幅度要小于纯水体系中 a 一的浓度下降的幅 度。+45 rain后．C S—H2o体系中 Ca 的浓度仍然要 高于纯水体系中Ca 的浓度。这说明C S的存在可 以提高体系中C 一的存在浓度。而 ca 在尿液中的 存在浓度的升高．可以 提高 CaC O 晶体在尿液 中 矿化的过饱和度；将有利于降低体内含钙结石产生 的可能性。 |l 2．2 草酸钙晶体的物相分析与形貌观察 ’ 采用 FTIR’、XRD和 SE】Ⅵ；对不同体 系中形成 的cac o 晶体进行了结构和形貌研究。图 2为有 无C S时形成的CaC2O 晶体的FTlR图谱 。两种体 系中形成 的 CaC O 晶体的红外光谱没有 明显 区 别。其中波数为 519 cm- 处韵峰是 O—C：O的平面振 动。羧基的伸缩振动峰在 1322 cm_。。在 1618 cm 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期 二 基 、 0 一 X 一 二 ．一 化 学 世 界 图 1 Ca一一浓 度 的动 态 变 化 曲线 处的峰是 COM 中结 晶水和 CaC：0 配合产生的特 征吸收峰 ，大于 3000 cm 的宽峰是结 晶水的对称 和非 对称伸缩 振动 吸收峰。在 1322 cm 和 665． cm 处 的吸收峰和在 780 cm 处的尖峰 同时存在 是 COM 的明显特征[1 。FTIR图谱说明，两种体系 中所形成 CaC10 晶体均是 C0M 晶体，而且 C S不 结合在晶体中。 图3是两种 体系中形成的CaCaO 晶体的XRD 图 2 纯 水 和 H：()一C S体 系 中形 成 的 COM 晶 体 FTIR光谱 30O0 25OO 2‘XX' 150o l00o 50o O 图谱 。从图 3中的衍射峰可以看出，两种体系中形成 的 CaC10 晶体是同一种晶体。将所观察孙的与 d 值与 COM 晶体的 ASTM 值相比较．两种体系中形 成的 CaC：0 晶体的 d值均能与 COM 的 ASTM 标 准值很好地相符(见表 1)．这进一步说 明两种体系 中形成的CaC：() 晶体均为 COM。但从谱图中我们 可以明显看出．两种体系中形成的 C()M 晶体各晶 面的衍射峰强度有所不同。C。S—H10体系中形成的 COM 晶体的(1O1)晶面衍射峰强度与(020)晶．面的 衍 射 峰强 度 相 近 (图 3b)． ‘Tl ／I ! 一0．903；而 在 纯水体系中形成的 COM 晶体的(101)面衍射峰强 度与 (020)晶面 的衍 射峰 强度相差 较大 (图 3a)， -l1。 ／I 一0．619。说明受生物大分子 c|S的影响． C S—H10体系中形成的 COM 晶体中更突显 (101) 晶面的存在 。并且随着 (101)晶面衍射峰强度的加 强 ，(202)晶面 和 (130)晶面 的衍射 峰强 度 也相 应增 加 。 表 l COM 量体的 ASTM 值和所观察劐的 d值／rim Observed d H?()体系 ClS—H10体 系 300o 250o 2(Xm 兰 I500 l00O 5∞ O 图 3 两种体系中形成 的 COM 晶体 XRD谱图 纯水体系·b．c{s—H2()体系 - ‘ 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 化 学 世 界 图 4是两种体系中形成的 C0M 晶体的 SEM 形貌图 。在 C S—H10体系中形成的C0M 晶体均以 拉长的六边形分散存在(图 4a)，而在纯水系统中形 成的(二0M 晶体以菱形聚集(图 4b)。将在 C．S—H 0 体系中形成的 C0M 晶体放大观察，发现拉长的六 边形 晶面上存在着明显的生长阶痕(图 4c中箭头所 示)。Shirane等[1门在用原子力显微镜研究 C S对 C0M 的(101)晶面生长的影响时，发现 C。S可使(1 O1)晶面上出现阶痕为 1 nm 的微观螺旋丘陵结构， 并抑 制晶面的二维生长。图 4c中的生长阶痕说明， C0M (101)晶面 的二维 生长也 受到 C S抑 制 。 生物体中的化学反应几乎都是在有机基质参与 下进 行的，有机基质界面的活性位点从组成、结构、 形 态三方面决定矿化过程按时序有组织地生长，在 2003年 每一个位置，分子和分子团的相互作用具有多方面 的高度适应性。Addadi L等[1： 在对西红柿和烟草植 物 中形成的 CaC O 晶体进行研究时发现，由于植 物 中的有机大分子的影响．使得植物中的 COM 晶 体更多表现出拉长的六边形(101)晶面，而且晶体沿 着富钙离子的(101)晶面二维生长，促使 COM 晶体 在长度方 向生长 更快 ，而 在宽度和厚度上生 长更慢 。 在 C S—H10 体系 中，受 生物 大分子 C S长链 的影 响，形成了(101)晶面占优势的拉长的六边形 COM 晶体。FTIR谱图和 Shirane等[1。]的 X一射线微量分 析均没有发现 CaC O 晶体中含有 C S，说明 C S并 不嵌入在 CaC：O 晶体中，而是在体系中，通过分子 表面的功能基团调控 晶面的生长，达到对晶面生长 抑制作用的效果 。 d 图 4 COM 晶体的 SEM 图 a．C S—H?O体系中形成的COM 晶体(标尺为 10 m)．b．纯水体系中形成的 COM 晶体(标尺为 10胛 )．c． C4S-H?O体系中形成的 COM 晶体的放大图(标尺为 1 m)．d．C4S—H20体系中形成的COM 晶体的晶型模 拟 图 C4S不但对 C0M 的晶面生长存在抑制作用 ， 而且还抑制 C0M 晶体的聚集。在 C S—H 0体系中 形成的C0M 晶体呈分散存在(见图 4a)，而在纯水 体系中形成的 COM 晶体虽然经过超声分散，但仍 然以聚集形态存在(见图 4b)。说明在晶体生长过程 中，C S能够降低 C0M 晶体表面间的相互作用，抑 制晶体聚集。 3 结论 生物大分子 C S作为一种内源性的尿大分子 ， 它不仅从热力学上提高 Ca 一在尿液中存在的浓度， 使体系中 CaC O 保持较高 的相对过饱 和度，降低 草酸钙结石成核的可能性 ；而且在晶体生长时，抑制 晶面的二维生长和晶体聚集。这为我们寻找外源性 的结石形成抑制剂提供了参考。 参考文献 ： [1] 欧阳健明．化学通报口]．2002．65(5){326—332． [2] M urphy W ． ． L．Polyhe dronEJ]·2~ 一 00 、 o19：357—363． ‘ [3] Nancollas G H．Wu W．J Cryst Growthi-J]．2000． 211j137—142． Girija E K．Latha S C．Kalkura S N．et a1．Mater ● Chem Phys[J]．1998．52：253—257． (下转第 85页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期 化 学 世 界 Raney—Ni的用量进行实验以确定最佳 Raney—Ni用 蛙，结果女Ⅱl表 4。 裹 4 Raney—Ni用量对反应结果的影响 1)反应 条件 ：三乙二 醇二 甲 醚作 溶 刑 }反应 压力 ·6 MPal反应温 度．160。C}反应时间．5 h；Hz／CO：2(摩尔比)}Raney—Ni l CHsONa ：CH3OH=1：2 l 6(质量比)。 增 加 催 化 剂 的 用 量 可 以加 快 反 应 速 度 、提 高 Co 的转化率和甲醇的选择性。但催化剂用量达1．0 g后，再增加用量效果不明显 。故取 Raney—Ni的用 量为 1．0 g。 2．5 醇盐与 Raney—Ni配 比的影 响 考察了醇盐加入量对反应的影响，结果如表 5。 表 5 醇 盐加 入 量对 反 应 的影 响” ”l(醇盐)l，”Raney—Ni(质量比) 甲醇收率／ O l 2 3 3．5 78．2 99．3 98．4 O 1)反 应 条件 ：三 乙二醇 二甲 醚 作溶 刑 }反应 压 力．6 MPa}反应 温 度．160。C}反应时间．5 h；H2／CO=2(摩尔比)}Rane．v—Ni用量．1 g。 由表 5可知 ，加与不加 醇盐效果对 比明显 ，由此 可见醇盐在反应过程 中所起的重要作用。文献L6]的 作者认为醇盐在反应 中起的是催化剂的作用 ，但 只 用醇盐却不能实现反应，表中的结果在一定程度上 验证了此观点 的正确性 。根据实验结果 。选醇盐／ ·85 · Raney—Ni为 2比较合适 。 3 结论 本实验 以 Raney—Ni／甲醇钠 作催化剂，以 C0 和 H!作原料在低温下 实现了甲醇的合成．得到了 最佳的反应 条件：三乙二醇二 甲醚作溶 剂；反应压 力 ．5 MPa；反应温度 ．16O。C；反应时间 ．5 h；H=／CO = 2；Raney—Ni用 量 ．1 g；Raney—Ni：CH ONa： CH。0H=1。2：6(质量 比)。 另外 ，在处理 Raney—Ni时，水是否除尽对反应 的影响很大，四氢呋晡是较好的除水剂。 参 考文献 ： [1] Sapienza R S．et H，．I．ow temperature catalysts for methanol production~p-I．us：l 61 l 7 19．1986． [2] [3] [4] [5] Sie S T．Drent E．Jager W W．Process for the pro— duction of methanol’and a composition suitable for use as a catalyst in said process EP]．Us：l 812 l33． 1989． Marchionna M ． I ami M ．Galletti A M R． Chem Tech~J3．1997．27(4)：27． M archionna M ．I ami M ．Ancillotti F． Process for producing methanol form synthesis gas．in the liquid phase EP-I．Us：5 032 618．1991， · Marchionna M·Basini I ．Aragno A·et a1．J Mol Catal[J]．1992．75：1盯． [6] Eun Sook I．ee．Ken—ichi Aika．Journal of Molecular Catalysis A：Chemical EJ]．1999．I4I：24I-248． [7] 刘兴泉．吴玉塘．罗仕忠．等．催化学报[J]．1999．20 (I)：81． [8] 李顺芬．杨先贵 ．戴汉松．等．石油 与天然气化工[J]． 2000．29(6)：287—288．293． [9] 杨意泉．林仁存．陈 良坦 ．等．厦门大学学报(自然科学 版)[J]．1999．38(I)：80—85． [1O] 赵玉龙 ．白 亮．胡蕴青．等．燃料化学学报[J]．2001． 29(4)：360 362． ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ' ● ■ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ' ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ■ ● ● ● ● (上接第 62页 ) [5] Fleming D E．Bronswijk W．Ryall R I ．Clin Sc~Ej1． 2001．101(2)：159-168． [6] Geoffrey B．-Anthony M．I．ancetEJ3．2001．358：651— 656． [7] Grases F．Conte A．Genestar C．et a1．Urol IntEJ]． 1992．48(4)：409-414． [8] 曹履诚 ．章绍舜．尿石症 基础与 临床研究EM]．济南 ： 山东科 学技 术 出版 社 ．1990．520—541． [9] Suzuki K．Mayne K．Doyle I R．et a1．Scanning Mi— crosc~J]．1994．8(3)：523-530． [1O] I aurence M E．Pierre I ．Bernard I ．et a1．Clinica Chimica Acta[J]．2000．298：卜II． [II] Shirane Y．Kurokawa Y．Miyashita S．et a1．Urol Res[J]．1999·27(6)：426-431． [1 2] Bouropoulos N．Weiner S．Addadi I，．Chemistry [J]．2001．7(9)：1881—1888． [1 3-1 Shirane Y．Kurokawa Y．Sumiyosh Y ，‘l，．Scan— ning Microsc[J]-1995．9(4)：1081—1088． 维普资讯 http://www.cqvip.com