二氧化氯的作用机制

从分子水平阐明二氧化氯对生物大分子的作用机理。作为一种非特异性氧化消毒剂，二氧化氯对微生物的致死靶标仍有争议。因此，拓展研究对象，阐明一些与细胞组成和生化过程有关的重要生物大分子与二氧化氯的反应机理，对于全面、深刻认识二氧化氯的杀菌机理具有重要意义。目前，从化学和物理两方面研究了氨基酸、谷胱甘肽、还原型辅酶ⅰ (NADH)、胞嘧啶、脱氧核苷三磷酸和二氧化氯在体外的相互作用机理。

1.二氧化氯与重要生物分子的作用方式

1)对二氧化氯敏感的氨基酸和蛋白质:到目前为止，发现二氧化氯只与几种还原性氨基酸反应。早在1967年，贝纳德等人就利用OD280的变化和纸层析，未能证明二氧化氯与蛋白质和游离氨基酸(组氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、脯氨酸和亮氨酸)反应。然而，Noss等人在体外将二氧化氯与19种氨基酸混合，发现6种氨基酸表现出与二氧化氯的反应性(以二氧化氯消耗量表示)，即脯氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和蛋氨酸。其中半胱氨酸、色氨酸和酪氨酸反应速度最快，其他三种反应太慢，似乎与微生物失活无关。甚至前三种敏感氨基酸与天然和变性病毒颗粒中二氧化氯的反应性也不同。在f2病毒颗粒中，色氨酸和半胱氨酸嵌在蛋白质结构中，很难与二氧化氯反应，而酪氨酸由于部分暴露在蛋白质表面，可以被二氧化氯氧化。当病毒外壳蛋白变性后，半胱氨酸和色氨酸暴露出来，与二氧化氯的反应性显著提高。

2)二氧化氯对DNA分子的反应性:DNA作为遗传信息的载体，在细胞物质的合成和遗传中起着重要的作用。由于技术手段的限制，人们一度认为二氧化氯对DNA的损伤不明显，但最近的研究证明二氧化氯对DNA有实质性的损伤。Napolitano等人描述了二氧化氯与鸟苷单磷酸(5’-GMP)的反应过程:鸟苷阴离子与二氧化氯反应生成鸟苷自由基，鸟苷自由基与第二个二氧化氯分子反应生成加合物鸟苷基-OClO，最终分解为咪唑啉酮和一氯咪唑啉酮。Wilmingken等发现75mmol/L二氧化氯使脱氧核糖核苷三磷酸混合物(dNTPs)的OD260降低54.23%以上，可能与嘧啶碱基和嘌呤碱基的共轭双键被破坏有关，这与

3)二氧化氯与重要生物分子的反应途径:二氧化氯与生物分子的反应途径有助于人们理解其杀菌的化学本质。一系列研究表明，二氧化氯与酶和氨基酸的相互作用可能伴随着二氧化氯加合物(C(H)-OClO)的形成。通常，初始底物(氨基酸)与第一个二氧化氯分子进行仅涉及单电子转移的氧化反应，然后形成的中间产物与第二个二氧化氯分子进行氧化反应，所得二氧化氯加合物进行一系列后续反应，最终产生最终产物。色氨酸与第一个二氧化氯分子反应产生色酰基阳离子，然后去质子化形成中性色酰基，并立即与第二个二氧化氯分子反应形成由C(H)-OClO键连接的短寿命二氧化氯加合物。该加合物在涉及三个电子的氧化反应中衰变，产生次氯酸、N-甲酰基犬尿氨酸(NFK)和其他产物，最终产物的类型与绪方相同。在二氧化氯与半胱氨酸(CSH)的反应中，可能的反应机理是一个电子从半胱氨酸转移到二氧化氯分子，然后被氧化的半胱氨酸阳离子基团(CS)与第二个二氧化氯分子反应形成半胱氨酸-ClO2加合物(CSOClO)。与酪氨酸二氧化氯反应产生的酚氧自由基迅速与下一个二氧化氯分子结合，与C(H)OClO键形成短命加合物，然后迅速衰变生成多巴醌。NADH首先将一个电子转移到二氧化氯分子，然后将一个H转移到H2O，最后将另一个电子转移到第二个二氧化氯分子。形成的产品包括两个ClO-2、一个H3O+和一个NAD+。上述研究报告表明，二氧化氯加合物的形成是二氧化氯氧化反应的共同特征。

2.环境pH值对二氧化氯与生物大分子相互作用的影响

环境pH值对二氧化氯杀菌效果有明显影响。在pH 6-9的范围内，环境pH值越高，杀菌效果越好。二氧化氯在环境pH8.0时对隐孢子虫卵的杀灭效率是pH6.0溶液的两倍。杀菌效果的这种差异与二氧化氯在不同pH值下的不同反应路径和速度有关。环境pH值影响二氧化氯与色氨酸的反应级数:当环境pH值小于5时，二氧化氯的反应为二级反应；当pH大于5.0时，为一级反应。在低环境pH值条件下，二氧化氯与半胱氨酸的反应摩尔比为6∶5，而在高环境pH值条件下，反应摩尔比为2 ∶ 10，因此在高环境pH值下半胱氨酸氧化的效率更高。在pH6.7时，二氧化氯与半胱氨酸的反应速度比与胱氨酸的反应速度快7个数量级。在环境pH 4-7范围内，二氧化氯对酪氨酸的氧化反应速率随着环境pH值的升高而显著增加，并产生一系列氧化产物。了解环境pH值对二氧化氯氧化的影响，可以纠正国内一些人认为二氧化氯杀菌效果不受环境pH值影响的观点，有利于在实践中遵循规律，最大限度地发挥其杀菌效果。