FTIR對(duì)絲素蛋白構(gòu)象的研究.pdf

1、蛋白質(zhì)是生命科學(xué)的重要研究對(duì)象，而蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究又是研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。近年來(lái)，有關(guān)分子構(gòu)象病，仿生蛋白纖維等方面的研究使得人們充分認(rèn)識(shí)到了研究蛋白構(gòu)象與功能的關(guān)系、構(gòu)象轉(zhuǎn)變機(jī)制的重要性。 傅立葉變換紅外光譜(FTIR，F(xiàn)ourier transform infrared)技術(shù)是研究蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力手段。上世紀(jì)八十年代起，紅外光譜法對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究步入了定量階段，對(duì)蛋白質(zhì)的紅外光譜，應(yīng)用去卷積、二階導(dǎo)數(shù)和曲線擬合等方法

2、，定量分析了多種蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 絲素蛋白是一種容易獲得而又相對(duì)比較穩(wěn)定的模式蛋白。本研究以絲素蛋白為研究對(duì)象，主要利用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)技術(shù)分析了絲素蛋白的構(gòu)象特點(diǎn)、構(gòu)象轉(zhuǎn)變過(guò)程以及影響構(gòu)象轉(zhuǎn)變的因素。 通過(guò)不同溶解體系對(duì)絲素蛋白分子量和結(jié)構(gòu)的影響研究發(fā)現(xiàn)，①不同鹽溶液的影響：相同條件下，LiBr比CaCl<,2>對(duì)絲素蛋白有更好的溶解性，絲素蛋白降解程度更高。②溫度和溶解時(shí)間的影響：在鹽溶解體系中，98

3、±2℃(水溶液沸騰溫度)為絲素蛋白長(zhǎng)肽鏈裂解為短肽鏈的裂解溫度，在溫度低于98±2℃時(shí)，絲素蛋白分子被水膨潤(rùn)，主要解離為長(zhǎng)的絲素肽鏈。當(dāng)溫度達(dá)到98±2℃時(shí)，大量的長(zhǎng)肽鏈被分解為短肽鏈及游離氨基酸。③有機(jī)溶劑加入的影響：有機(jī)溶劑的加入會(huì)加快絲素溶解速率，有助于從絲素肽鏈上解離氨基酸，但對(duì)絲素蛋白分子量影響不大。不同的溶解體系對(duì)絲素蛋白分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)影響不大，但LiBr(98±2℃)、CaCl<,2>(98±2℃)兩種溶解體系，分解絲素蛋

4、白能力強(qiáng)，得到的絲素溶液中多為短肽鏈，影響了絲素蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的完整性，導(dǎo)致在絲素蛋白溶液成膜過(guò)程中較難形成α螺旋結(jié)構(gòu)。研究表明，在60℃條件下，濃度為9.5mol/L的LiBr溶液是制取絲素蛋白進(jìn)行構(gòu)象變化研究的最佳溶劑。 利用傅立葉變換紅外光譜分析了七種狀態(tài)下絲素蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)情況，并用傅立葉變換拉曼光譜進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)比較各種狀態(tài)下絲素蛋白紅外光譜二階導(dǎo)數(shù)譜和二級(jí)結(jié)構(gòu)定量分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)絲素蛋白溶液的構(gòu)象以無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)為主，而冷

5、凍干燥的絲素蛋白溶液、絲素烘干膜及絲素風(fēng)干膜的構(gòu)象則以α螺旋結(jié)構(gòu)為主，絲素凝膠、冷凍干燥的絲素凝膠及乙醇處理過(guò)的絲素風(fēng)干膜的構(gòu)象則以β折疊結(jié)構(gòu)為主。同時(shí)發(fā)現(xiàn)水分在絲素蛋白構(gòu)象形成和構(gòu)象轉(zhuǎn)變中起著重要作用，在絲素溶液與絲素凝膠中，由于水分的存在，強(qiáng)極性的水分子促使絲素蛋白分子與水分子之間形成了分子間氫鍵，這兩種狀態(tài)下的絲素蛋白中含有較多的分子鏈間β折疊結(jié)構(gòu)；在絲素蛋白溶液形成絲素膜的過(guò)程中，由于水分減少，鏈間氫鍵隨之減少，絲素蛋白鏈內(nèi)分子

6、運(yùn)動(dòng)的作用形成鏈內(nèi)氫鍵，主要是螺旋結(jié)構(gòu)和鏈內(nèi)β結(jié)構(gòu)。隨著溫度的升高，絲素蛋白中不穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)向著更穩(wěn)定的β折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，因而溫度高的烘干膜中比室溫下所成膜含有更多的β折疊結(jié)構(gòu)；絲素蛋白冷凍干燥后，β折疊結(jié)構(gòu)的含量下降。利用乙醇誘導(dǎo)使絲素蛋白溶液發(fā)生快速凝膠化。通過(guò)研究凝膠化過(guò)程中絲素蛋白的形態(tài)及紅外光譜酰胺Ⅰ帶(1600 cm<'-1>-1670 cm<'-1>)二階導(dǎo)數(shù)譜變化，發(fā)現(xiàn)加入乙醇后，首先肽鏈間β結(jié)構(gòu)減少，肽鏈內(nèi)β結(jié)構(gòu)增加，

7、部分絲素蛋白聚集為白色絮狀物。在這些絮狀物小核誘導(dǎo)作用下，鏈間β結(jié)構(gòu)再逐漸增加，絲素蛋白溶液形成凝膠。定量分析的結(jié)果表明，絲素蛋白β折疊結(jié)構(gòu)的含量由溶液狀態(tài)中的17.79％上升到凝膠后的47.20％。熱分析的結(jié)果顯示，凝膠后絲素蛋白的熱穩(wěn)定性增加。 探索研究絲素蛋白的構(gòu)象特點(diǎn)、構(gòu)象轉(zhuǎn)變過(guò)程以及影響構(gòu)象轉(zhuǎn)變的因素等，對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用絲素蛋白生物材料，解明家蠶成絲機(jī)理，拓展蠶絲蛋白用途等具有重要意義，也能為研究其它蛋白的構(gòu)象轉(zhuǎn)變提