桑蚕丝腺体和丝纤维中金属离子的含量

用不同的测试方法, 即质子诱导X射线发射(PIXE)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和原子吸收光谱(AAS)对桑蚕丝腺体和丝纤维中金属元素的含量进行了详细的表征. 结果表明, 在桑蚕丝腺体和丝纤维中含有钠、镁、钾、钙、铜、锌、铁、锰八种金属元素, 同时还可能含有微量的铷和锶. 这些金属元素在丝腺体和各种丝纤维(蚕茧丝、强拉丝和脱胶丝)中的含量都有所变化, 而这些变化可能与之在成丝过程(丝蛋白的构象转变过程)中所起的作用有关.     

天然蚕丝与丝素蛋白多孔膜的生物降解性研究

较为详细地研究了经不同条件处理的丝素蛋白多孔膜材料和天然蚕丝在蛋白酶作用下的降解性能以及降解前后材料的微观形貌和结构的变化. 结果表明, 丝素蛋白材料中不同结构(构象)的含量是影响其降解速度的一个重要因素. 对于由再生丝素溶液所制备的材料, 调控其中Silk II结构(β-折叠构象)的比例可能是控制丝素蛋白材料降解速度的有效途径.     

桑蚕丝素蛋白初始结构对其矿化作用的影响

以碱金属离子诱导桑蚕丝素蛋白溶液发生构象转变, 研究了蛋白质初始结构对其矿化作用的影响. FT-IR, XRD和SEM等测试结果显示, 未经任何处理的桑蚕丝素蛋白溶液矿化后形成片状复合物, 其无机相以二水磷酸氢钙(DCPD)为主; 而经过K^＋和Na^＋金属离子处理后, 桑蚕丝素溶液的结构由无规线团/螺旋构象向β-折叠发生转变, 矿化后成纤维状, 并相互结合呈现纳米级的三维多孔结构, 其无机相以热力学稳定的羟基磷灰石(HA)为主. 可以认为, 丝素蛋白结构转化为较伸展的β-折叠后, 使得更多的亲水基团暴露在外面, 在丝素蛋白分子不断凝聚成纤过程中, HA结晶快速生长并附着在这些微纤上, 最终形成纤维状的丝素蛋白/HA复合物. 该结果为阐明蛋白质的生物矿化过程及其调控机理提供了理论依据, 同时可以从矿化复合物的形成来反映这些微量元素可能对骨组织形成的影响, 为临床骨组织的修复提供一定的参考.     

蜘蛛吐丝过程中钾的作用

用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对蜘蛛Nephila丝腺体和丝进行测定,结果表明,钾在丝中的含量明显高于在丝腺体中的含量.同时,在蜘蛛丝蛋白溶液中加入氯化钾,溶液出现乳白色浑浊,表明有呈β-折叠构象的微纤产生.浊度测试发现,丝蛋白微纤会逐渐聚集成较大颗粒而在溶液中形成沉淀.另外,红外光谱和拉曼光谱亦证明钾能够使蜘蛛丝蛋白膜发生从无规线团/螺旋到β-折叠的构象转变.有理由认为钾在蜘蛛吐丝过程中起重要作用,它的存在有利于丝蛋白形成β-折叠结构.     

微晶酚酞富集-分光光度法测定痕量Zn(II)

建立了一种利用修饰有结晶紫(CV^＋)的微晶酚酞作为固态吸附剂分离富集溶液中痕量Zn(II)的新方法, 富集后的Zn(II)含量可直接用光度法测定. 控制一定条件, Zn(II)能与常见阳离子Ni(II), Cd(II), Al(III), Ca(II), Mg(II), Co(II), Mn(II), Cu(II), Pb(II), Fe(III)等完全分离, 且富集时基本不受, , Br^－, Cl^－, I^－,等阴离子影响. 微晶酚酞对Zn(II)的吸附容量为25.8 mg/g; 富集因数可达200倍, 回收率在97.7%～102%之间, RSD小于2.7%. 该方法已成功应用于实际水样中Zn(II)的富集测定, 结果令人满意.     

金属卟啉存在下芳醛氧化反应的研究

本文研究了在金属四苯基卟啉[Co(II)TPP,Fe(III)TPPCl,Mn(III)TPPCl,Zn(II)TPP,Cu(II)TP.TPP=四苯基卟啉]存在下,用氧气氧化芳醛的过程.测定了反应体系的吸氧动力学曲线;观察了氧化过程中金属卟啉的可见光谱的变化;研究了底物,金属卟啉在反应体系中的浓度以及溶剂等因素对反应的影响.结果发现,除能可逆键合分子氧的Co(II)TPP外,不具此种功能的Fe(III)TPPCl和Mn(III)TPPCl也能加速芳醛的氧化反应.然而,它们的催化作用是在金属四苯基卟啉与反应过程中积累起来的过酸作用,卟啉环遭到破坏后观察到的,此时可能形成了某种新的催化活性中心.金属卟啉本身对反应起抑制作用,它只是表观上的催化剂,其催化作用看来不应归结为对分子氧的活化.     

Establishment of heterodinuclear replacement complexation and its application to direct determination of iron in natural water with dibromo-o-nitrophenylfluorone

The chromophore dibromo-o-nitrophenylfluorone (DBNPF) was used to complex Fe(III) and Cu(II) at pH 5.88. Fe(III) can competitively replace Cu(II) from its dinuclear complex Cu(DBNPF)Cu, and forms the Cu(DBNPF)Fe heterodinuclear complex. The Fe-DBNPF and Cu-DBNPF complexes were also characterized by the spectral correction technique. The heterodinuclear replacement complexation (HRC) is proposed and first used for the quantitative detection of iron in trace level with high sensitivity and good selectivity by the light-absorption ratio variation approach. The limit of detection of Fe is 1.0 μg L⁻¹. The method has been successfully applied to the direct determination of Fe(II, III) dissolved and bound to suspended substances in natural water.     

铂电极上醋酸-醋酐溶液中Mn(III)/Mn(II)电对研究

平衡电极电势实验确定了25 ℃, 1.5 mol•L－1醋酸钾＋醋酸-醋酐(3:1体积比)溶液中Mn(III)/Mn(II)的条件电极电势为0.719 V（vs SCE）;采用电势扫描和旋转圆盘电极技术研究了醋酸-醋酐溶液中铂电极上Mn(III)/Mn(II)电对的阳极氧化动力学. 结果表明:Mn(II)阳极氧化成Mn(III)的电极反应控制步骤属电荷传递过程, 阳极传递系数β=0.347,交换电流密度i0=5.84×10－6 A•cm－2,阳极标准反应速率常数ka=1.35×10－8 m•s－1, Mn(II)和OAc－的反应级数均为一级.     

桑蚕丝素-RGD融合蛋白的固态结构及其细胞粘附性分析

利用基因工程方法把含有短肽RGD的氨基酸序列连接到桑蚕丝素蛋白的结晶序列GAGAGS上, 通过调节DNA的聚合度, 合成了具有[TGRGDSPA(GVPGV)₂GG(GAGAGS)₃AS]_n一级结构、不同分子量大小的桑蚕丝素-RGD融合蛋白, 并且通过在M9培养基中添加[3-¹³C]Ala的方法进行融合蛋白的稳定同位素标记. ¹³C CP/MAS NMR结果显示, 融合蛋白中的GAGAGS部分具有与天然桑蚕丝素结晶部分相同的分子结构, 即Silk I处理后为均一的分子结构, 而Silk II处理后为不均一的分子结构, 它包含了三种不同的结构成分. 另一方面, 通过对小鼠成纤维细胞BALB/3T3在不同蛋白材料载体上的粘附和增殖性能的测定结果显示, 融合蛋白对细胞的增殖性能与天然胶原蛋白相近, 但表现出了比胶原蛋白更好的细胞粘附性能. 该研究结果显示, 如果对该桑蚕丝素-RGD融合蛋白进行适当加工, 可能适合于组织工程支架材料的应用.     

Copper(II) ion-selective microelectrochemical transistor

A device has been developed for the measurement of copper(II) ions (Cu⁺⁺) in aqueous medium. The device reported here is an electrochemical transistor that consists of two platinum electrodes separated by 100-μm spacing and bridged with an anodically grown polycarbazole film. The undoped polycarbazole film is observed to be highly selective for the Cu(II) ions. In a completed device, the conductivity of the polycarbazole film changes on addition of Cu (II)ions. This change in conductivity is attributed to the conformational changes in the polymer phase on occupation of the Cu(II) ions, without affecting electron/proton transfer. The device turns on by adding 2.5×10⁻⁶ M Cu(II) ions and reaches a saturation region above a concentration of 10⁻⁴ M Cu(II) ions. In this concentration range, the plot of I _D vs log[Cu(II)] is linear. The selectivity of the device for other metal ions such as Cu(I), Co(II), Fe(II), Fe(III), Zn(II), and Pb(II) is also studied.     

pH值对丝素蛋白构象转变的影响

模仿家蚕吐丝过程中伴随丝素蛋白自然脱水的纤维化过程,研究了再生丝素蛋白在各种pH值的磷酸盐缓冲溶液体系中自然干燥脱水成膜后的构象转变.利用激光拉曼散射光谱及其二维相关光谱,定性分析了丝素蛋白酰胺区(1600～1700cm^-1)散射峰的相关组成及结构.在此基础上,利用¹³CCP-MAS固体核磁共振谱对丝素蛋白丙氨酸C_β峰(δ14.5～22)进行了解析拟合.从而确定了体系中与Silk及Silk构象相关的组成含量与pH值的关系.结果表明,pH=5.2的酸性溶液有利于蚕丝丝素蛋白从Silk向Silk构象转变,而中性与碱性溶液(pH=6.9和8.0)则对丝素蛋白的构象转变影响甚小.     

Optical absorption,infrared, Raman,and EPR spectral studies on natural iowaite mineral

Natural iowaite, magnesium–ferric oxychloride mineral having light green color originating from Australia has been characterized by EPR, optical, IR, and Raman spectroscopy. The optical spectrum exhibits a number of electronic bands due to both Fe(III) and Mn(II) ions in iowaite. From EPR studies, the g values are calculated for Fe(III) and g and A values for Mn(II). EPR and optical absorption studies confirm that Fe(III) and Mn(II) are in distorted octahedral geometry. The bands that appear both in NIR and Raman spectra are due to the overtones and combinations of water and carbonate molecules. Thus EPR, optical, and Raman spectroscopy have proven most useful for the study of the chemistry of natural iowaite and chemical changes in the mineral.     

蚕体内不同丝腺部位丝蛋白溶液结构与性质的研究

采用偏光显微镜研究了蚕体内不同丝腺部位(包括前部、中部和后部)中丝蛋白溶液的性质变化,并采用了拉曼光谱和旋转流变仪对中部丝腺(包括前区、中区及后区)的丝蛋白分子结构和流变性能进行了分析。结果发现:蚕体内只有前部丝腺及中部丝腺前区的丝蛋白溶液具有偏光现象;丝蛋白溶液在由中部丝腺后区向前区流动的过程中,粘度及弹性均逐渐变小,其构象则由无规卷曲逐渐向α-螺旋转变,并进一步形成β-折叠构象。由此表明,在蚕体内中部丝腺前区的丝蛋白溶液很可能已经形成了液晶态结构。     

Effect of metallic ions on silk formation in the Mulberry silkworm, Bombyx mori

A protein conformation transition from random coil and/or helical conformation to beta-sheet is known to be central to the process used by silk-spinning spiders and insects to convert concentrated protein solutions to tough insoluble threads. Several factors including pH, metallic ions, shear force, and/or elongational flow can initiate this transition in both spiders and silkworms. Here, we report the use of proton induced X-ray emission (PIXE), inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) and atomic adsorption spectroscopy (AAS) to investigate the concentrations of six metal elements (Na, K, Mg, Ca, Cu, and Zn) at different stages in the silk secretory pathway in the Bombyx mori silkworm. We also report the use of Raman spectra to monitor the effects of these six metallic ions on the conformation transition of natural silk fibroin dope and concentrated regenerated silk fibroin solution at concentrations similar to the natural dope. The results showed that the metal element contents increased from the posterior part to the anterior part of silk gland with the exception of Ca which decreased significantly in the anterior part. We show that these changes in composition can be correlated with (i) the ability of Mg2+, Cu2+, and Zn2+ to induce the conformation transition of silk fibroin to beta-sheet, (ii) the effect of Ca2+ in forming a stable protein network (gel), and (iii) the ability of Na+ and K+ to break down the protein network.     

蚕丝蛋白与硅溶胶复合材料的研究

采用动态力学测试手段(DMA)并结合扫描电镜和拉曼光谱等方法,考察了用桑蚕丝蛋白与二氧化硅水分散体系(硅溶胶)制备的复合材料的结构与性质.结果表明,在此共混体系中,直径约为100 nm的二氧化硅聚集体与丝蛋白连续相的界面相容性良好.动态力学测试发现,复合材料的动态力学性能在15℃到55℃范围相对于纯丝蛋白材料得到了改善,二氧化硅组分的加入对丝蛋白分子链段的运动性有所阻碍,从而导致了40℃模量损耗的消失.     

丝蛋白纤维机理的模型——应力作用下丝蛋白构象的转变

本文用喇曼(Raman)光谱和X-射线衍射等手段研究了桑蚕吐丝过程中丝腺体不同部位的丝蛋白的构象变化。发现随应力增加,从前部丝腺开始,丝蛋白产生了β-折叠构象。通过将丝蛋白直接在拉力机上拉伸,用Raman光谱等手段检测,详细研究了在不同拉伸条件下丝蛋白构象的变化,在微观层次上揭示了丝蛋白在应力作用下变性的全过程,并提出了相应的转变模型。     

Water dependent structural changes of silk from Bombyx mori gland to fibre as evidenced by Raman and IR spectroscopies

DSC, attenuated total reflexion infrared (ATR-FTIR), and Raman microspectroscopy were used for the first time in a close to in vivo environment to study ready-to-spin Bombyx mori silkworms. The aim was to understand the change of the fibroin backbone organisation from the gland to the fibre. Raman shifts of the Amide I components reveal a strong change of organisation in the middle part of the hydrated gland, as anticipated previously measured modifications of salts concentrations and pH. Series of bands characteristics of the fully hydrated silk disappear, as observed for spider silk, despite the different aminoacid sequence. Confirmation is obtained from IR spectra taking into account the superimposed water component. The change of the silk–water interaction in the central part of the gland, from a hydrophobic to hydrophilic behaviour, is related to the water content decrease along the gland. pH sensitive carboxylate side chains markers confirm the modification. Fibroin organisation was also studied in the dried gland and in the spun fibre. The fibre extrusion by orients the fibroin chains along the fibre axis, with intercalated water molecules, leading to a material with specific mechanical properties, compared to the amorphous dried gland.     

金属离子导致的丝素蛋白的构象转变

蚕丝和蜘蛛丝的优异力学性能一直是科学家们关注的课题^[1-3]。近年来,在蚕丝蛋白结构及其构象方面的研究取得了许多进展^[3-5]。在蚕的腺体中丝素蛋白的构象为silk I（主要是无规线团为主,还有少量的β－转角,α螺旋等）,而在纤维状的丝中为silk Ⅱ（主要是β折叠）。金属离子在蚕叶丝过程中的作用也一直是一个人们关心的问题。Chen等^[6]在研究丝胶（包附在丝素蛋白表层的另外一种蛋白）时发现,在一定pH条件下,Ni^2 离子通过四配位的螯合作用诱导丝素蛋白β折叠的形成。并且,Viney等^[7]根据电感耦合等离子体（ICP－MS）技术推测Ca^2 的增加能使β折叠的形成加速。     

蚕丝蛋白与类动物丝蛋白聚合物共混膜的振动光谱研究

蚕丝纤维具有优良的力学性能 ,不同的环境条件对其力学性能有一定的影响 ,但其力学性能主要取决于形成纤维过程中所形成的以分子链 β-折叠结构及其沿纤维轴方向高度取向为特征的丝纤维凝聚态结构 [1,2 ] .因此在丝纤维的形成及丝蛋白膜的人工制备过程中 ,丝蛋白分子链的构象及其构象转变一直是研究的重点[3～ 6 ] .以蚕丝蛋白 (Silk Fibroin,SF)稀溶液在常温下浇铸的 SF膜一般以无规线团 /α-螺旋为主的构象状态存在 ;经热处理、极性溶剂 (如甲醇等 )处理、应力作用或共混入一些能与SF形成分子间氢键的聚合物组分后 ,SF膜的构象将从无…