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.     

丝素蛋白的构象转变

丝素蛋白的构象转变于同隐，张胜，邵正中（复旦大学高分子科学系和聚合物分子工程开放实验室，上海，２００４３３）关键词丝素蛋白，构象转变，扫描隧道显微镜桑蚕丝素蛋白是生丝的主要组分。蚕在作茧时，将体内水溶性的丝素蛋白排出体外，成为不溶性的茧丝，这一过程既...     

时间分辨红外光谱对丝蛋白膜构象转变动力学的研究--再生蚕丝蛋白膜在高浓度醇溶液中的构象转变

运用时间分辨红外光谱研究再生蚕丝蛋白膜在高浓度醇溶液中(醇含量≥90％) 的构象转变过程．研究结果表明,丝蛋白膜在纯甲醇中可以发生构象转变,但是在 纯乙醇和纯异丙醇中却几乎不能发生构象转变．进一步研究发现,当乙醇和异丙醇 溶液中的水含量达到7％—8％时,丝蛋白开始发生构象转变．在研究的醇溶液浓度 范围中,丝蛋白发生构象转变的速率随醇溶液中水含量的增加而增大．根据实验结 果,认为丝蛋白膜在溶液体系中(无论是有机溶剂溶液还是离子溶液)发生构象转变 ,膜的溶胀是一个前提因素,其原因在于溶胀可使分子链获得运动的空间,从而通 过氢键重组而发生构象转变．     

金属离子在蚕丝蛋白构象转变中的作用机理研究

蚕丝的优异力学性能及其在纺织、生物技术、医疗、精细化工及军用材料等方面的应用一直是科学们关注的课题,许多年来科学工作者不断探索蚕的吐丝机理、丝素蛋白的结构和性能的关系,以及如何合成性能兼具天然丝和合成高分子性质的新型材料。近年来在蚕丝蛋白结构及其构象方面的研究取得了一定的进展,本文讨论了几种金属离子在蚕腺体中和液态丝素中含量变化及其在丝蛋白构象转变中的作用。介绍了金属离子在丝素蛋白构象转变研究中的最新研究进展,并提出设想展望。     

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。     

光谱法研究钙离子对丝素蛋白溶解过程中结构的影响

为研究丝素蛋白在氯化钙溶液溶解过程中结构的阶段性变化特征,通过荧光光谱、紫外可见吸收光谱和拉曼光谱技术探讨了不同溶解时间下钙离子对丝素蛋白结构的影响情况。结果表明,在90℃左右,丝素蛋白与氯化钙溶液（CaCl2∶H2O=111∶180,质量比）作用0～30min的时间段内,随着溶解时间的延长,钙离子逐渐渗透到丝素蛋白分子中,与丝氨酸（Ser）、酪氨酸（Tyr）侧链羟基进行配位而形成螯合物,丝素蛋白逐渐溶胀,分子结构变得松弛,埋藏在非结晶区内的色氨酸（Trp）和Tyr也逐渐暴露出来,分子构象由β-折叠向α-螺旋或无规线团转变。此外,外源性荧光探针（ANS）的结果表明,随着溶解时间的延长,丝素蛋白中的疏水性基团逐渐暴露于溶液中。电镜结果表明,丝素蛋白在氯化钙溶液的作用下逐渐由带状转变为片层状,最终呈球状结构。这些结果对调控丝素蛋白在氯化钙溶液中的溶解过程有着较为重要的现实意义。     

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.     

光谱法研究pH值对再生桑蚕丝素蛋白在水溶液中结构的影响

通过一系列光谱实验手段研究了再生桑蚕(Bombyx mori)丝素蛋白在水溶液中的构象转变情况. 由于丝素蛋白含有较多带电荷的氨基酸残基, 因此环境pH值对丝素蛋白的结构有着一定的影响: 酸性越强, 丝素蛋白越容易发生从无规线团到β-折叠结构转变; 相对而言, 碱性条件则更有利于丝素蛋白以无规线团结构稳定存在. 特别是当pH在4附近时, 丝素蛋白的无规结构最易发生改变; 而pH为6左右时, 丝素蛋白的结构则较为稳定. 这种变化趋势与沿着成熟蚕腺体中丝素蛋白所处的环境及其状态相当吻合, 由此表明pH值的调节是蚕在生物体中控制其丝素蛋白状态的一个相当重要的手段. 这一结果对人工纺制动物丝条件的调控有着极其重要的现实意义. 同时我们还发现, 在相当宽的pH范围内, 丝素蛋白的二级结构存在着中间体形态, 表明丝素蛋白的变性过程不符合简单的二态机制.     

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。     

羟丙基甲基纤维素诱导丝素蛋白的构象转变

制备了羟丙基甲基纤维素 (HPMC)和丝素蛋白 (SF)的共混膜 ,用FTIR ,XRD和DSC方法对共混膜的结构进行了表征 ,讨论了HPMC对SF的构象转变作用 ,结果表明 ,HPMC能够有效的诱导SF的构象转变 ,HPMC的比例是影响SF的构象转变程度的重要因素 .当混入 3%～ 10 %HPMC时 ,SF的构象存在由无规线团或SilkI向SilkII(β 折叠 )的转变 ,当加入 7%HPMC时 ,β 折叠构象的比例最大 .从红外分析可知 ,构象转变是由于适量的HPMC与SF混合形成了二者之间的分子间氢键所致 .对不同比例的共混膜测定其在水中的溶出率 ,结果显示当HPMC的比例为 7%时SF几乎不溶于水     

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.     

纳米TiO2对丝素蛋白膜构象转变的影响

采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合丝素膜,并用原子力显微镜、一维红外光谱、二维红外相关光谱对纯丝素膜及复合丝素膜进行了研究。结果表明:纳米TiO2均匀地分散在丝素膜中;纳米粒子与丝素形成了分子间氢键,导致丝素分子的重排;丝素分子链的构象发生了转变,变化顺序是无规线团先于β-折叠、α-螺旋的形成。     

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.