水溶液中再生絲素蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變的熒光研究.pdf

1、蠶絲作為一種綜合力學(xué)性能優(yōu)異,且具有良好的生物相容性和可降解性等諸多優(yōu)異性能的天然高分子材料,正受到人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明絲素蛋白分子鏈的構(gòu)象和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等因素對(duì)蠶絲的力學(xué)性能起到了重要貢獻(xiàn)。與人工紡絲的苛刻條件相比,家蠶吐絲的過(guò)程相當(dāng)溫和,絲素蛋白從絲腺體中部到經(jīng)噴絲口成絲發(fā)生了一個(gè)主要由應(yīng)力導(dǎo)致的可溶性無(wú)規(guī)線團(tuán)/螺旋構(gòu)象到不溶性β-sheet構(gòu)象的轉(zhuǎn)變過(guò)程。其中,蠶體內(nèi)所構(gòu)建的吐絲環(huán)境(包括金屬離子、pH等多種

2、因素)有效地參與了吐絲過(guò)程,進(jìn)而從某種程度上影響了絲素蛋白的構(gòu)象轉(zhuǎn)變以及最終成絲的力學(xué)性能。因此,若能充分了解這些因素在成絲過(guò)程中所起的作用,以及絲素蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變的相關(guān)機(jī)理,對(duì)于實(shí)現(xiàn)人工模擬生物紡絲以及得到其它性能優(yōu)異的人工仿生材料將起到指導(dǎo)性作用。
　　 本文主要采用熒光分析技術(shù)分別研究了一元醇和Cu(Ⅱ)誘導(dǎo)水溶液中再生絲素蛋白發(fā)生構(gòu)象轉(zhuǎn)變的機(jī)理,并對(duì)兩者誘導(dǎo)機(jī)制的異同進(jìn)行了初步比較。
　　 在絲素蛋白醇致變性機(jī)理的

3、研究中,我們嘗試應(yīng)用ThT作為外源熒光探針,并結(jié)合熒光動(dòng)力學(xué)分析,對(duì)絲素蛋白在乙醇誘導(dǎo)下發(fā)構(gòu)象轉(zhuǎn)變的全過(guò)程進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明,在乙醇加入再生絲素蛋白溶液后,β-sheet構(gòu)象并非立即就開(kāi)始形成,而是經(jīng)歷了以下三個(gè)步驟:溶液中原有少量β-sheet構(gòu)象的破壞;鏈段的調(diào)整重排;以及大量β-sheet構(gòu)象的生成。其中,第一個(gè)步驟進(jìn)行得越徹底,使絲素蛋白分子的鏈段更自由,構(gòu)象轉(zhuǎn)變的速度就越快,這是一個(gè)受動(dòng)力學(xué)控制的過(guò)程。反之,鏈段重排受到一定

4、程度的限制,絲素蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變的速度較為緩慢,溶液不易形成凝膠,鏈段在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)充分地進(jìn)行調(diào)整重排,絲素蛋白的構(gòu)象轉(zhuǎn)變就越徹底,即最終形成的β-sheet構(gòu)象含量更高,這是一個(gè)受熱力學(xué)控制的過(guò)程。
　　 Cu(Ⅱ)對(duì)色氨酸(Trp)的熒光具有顯著的猝滅作用,因此,我們主要通過(guò)對(duì)熒光猝滅的分析來(lái)研究Cuq(Ⅱ)對(duì)絲素蛋白構(gòu)象的影響。結(jié)果表明,Cuq(Ⅱ)對(duì)Trp的猝滅類型既包含與激發(fā)態(tài)Trp碰撞引起的動(dòng)態(tài)猝滅,也包含Cu(Ⅱ)與

5、Trp形成基態(tài)絡(luò)合物引起的靜態(tài)猝滅,Trp也應(yīng)是Cu(Ⅱ)誘導(dǎo)絲素蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變的一個(gè)有效絡(luò)合位點(diǎn),并且Cu(Ⅱ)更傾向于絡(luò)合處于極性較弱的疏水區(qū)域的Trp。Cu(Ⅱ)通過(guò)與絲素蛋白的疏水區(qū)域結(jié)合,使原穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被破壞,從而結(jié)合部位的鏈段開(kāi)始調(diào)整重排以達(dá)到新的平衡。這種鏈段的調(diào)整從Cu(Ⅱ)的結(jié)合點(diǎn)開(kāi)始,逐漸帶動(dòng)周圍的鏈段重排,因而構(gòu)象轉(zhuǎn)變的程度是逐漸增大的,表觀上看是一個(gè)絮狀沉淀形成并逐漸增多的過(guò)程。并且由于最終形成的結(jié)構(gòu)中含有結(jié)合的Cu

6、(Ⅱ),因此生成的絮狀物呈淺藍(lán)色。當(dāng)Cu(Ⅱ)濃度較低時(shí),由于對(duì)原有疏水結(jié)構(gòu)的破壞點(diǎn)有限,鏈段沒(méi)有充分運(yùn)動(dòng)的自由,構(gòu)象轉(zhuǎn)變無(wú)法在較短時(shí)間內(nèi)開(kāi)始發(fā)生,此時(shí)，Cu(Ⅱ)與Trp的絡(luò)合是可逆的;而當(dāng)Cu(Ⅱ)濃度較高時(shí),絲素蛋白分子的構(gòu)象開(kāi)始發(fā)生一定的改變,這部分的絡(luò)合就不再可逆。
　　 在透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡的觀察中發(fā)現(xiàn),絲素蛋白在某些外加離子的影響下可以發(fā)生特定的組裝行為。金屬離子的種類和價(jià)態(tài)對(duì)這種組裝行為沒(méi)有本質(zhì)的影響,