紅外和拉曼光譜對再生桑蠶絲素蛋白構象轉變的研究.pdf

1、本論文主要通過紅外和拉曼光譜表征了不同因素對絲蛋白構象轉變的作用。首先考察了Fe和Mn兩種金屬元素在絲腺體各個部分以及蠶繭絲中的含量，并著重研究了金屬離子Fe(Ⅲ)和Mn(Ⅱ)對再生桑蠶絲蛋白濃溶液構象轉變的影響；另一方面，研究了多元醇誘導再生桑蠶絲蛋白膜以及再生桑蠶絲蛋白溶液構象轉變的動力學。同時在上述研究的基礎上分析了Fe(Ⅲ)和多元醇誘導桑蠶絲蛋白構象由無規(guī)線團和/或螺旋結構轉變?yōu)棣?折疊結構的機理，希望通過對這些誘導絲蛋白構象轉

2、變因素的研究指導再生絲蛋白的人工紡絲，優(yōu)化紡絲條件從而獲得與天然蠶絲性能相媲美甚至更好的再生絲纖維，同時進一步完善桑蠶吐絲機理的研究。 本論文首先采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)和原子吸收光譜(AAS)兩種元素分析技術，考察了桑蠶體內絲腺體和蠶繭絲中金屬元素Fe、Mn的含量，然后根據元素分析結果通過拉曼光譜研究了Fe(Ⅲ)和Mn(Ⅱ)對桑蠶絲蛋白構象轉變的作用。研究結果表明：Fe在絲纖維中的含量大于其在絲腺體中的含量，而

3、Mn則相反；Fe和大多數(shù)其他金屬元素(Cu、Zn等)一樣，從絲腺體的后部到前部(靠近吐絲口)其含量不斷增加：Mn的含量變化則沒有規(guī)律性，在絲腺體的中部含量最低。采用拉曼光譜對金屬離子影響下再生絲蛋白溶液的構象進行研究發(fā)現(xiàn)：Fe(Ⅲ)能夠誘導絲蛋白的構象由無規(guī)線團和/或螺旋向β-折疊轉變，但是Mn(Ⅱ)對絲蛋白構象沒有明顯的影響。Fe(Ⅲ)通過與絲蛋白上的酪氨酸殘基發(fā)生絡合，從而誘導絲蛋白發(fā)生向β-折疊的構象轉變。首先少量的Fe(Ⅲ)先與

4、絲蛋白中11個YVAH(N)GGYS和9個GYEYAWsS基序中的酪氨酸、組氨酸(或天門冬酰胺)、色氨酸和絲氨酸等氨基酸殘基發(fā)生絡合作用，使原先在溶液中無序伸展的絲蛋白分子鏈轉向、發(fā)生一定程度的折疊，從而拉近分子鏈中包含“結晶區(qū)”基序的鏈段之間的距離，為β-折疊晶體的成核作用做準備。由于桑蠶絲蛋白中酪氨酸殘基的含量高達5.3％，因此當Fe(Ⅲ)含量不斷增加時，不僅以上基序中的酪氨酸殘基被絡合，大量存在于GX“結晶區(qū)”基序中的酪氨酸殘基也

5、被絡合，因此出現(xiàn)明顯的顯色反應并在拉曼光譜中出現(xiàn)強烈的指紋識別峰。在這種絡合中，F(xiàn)e(Ⅲ)將在包含“結晶區(qū)"基序的鏈段之間通過Tyr-Fe(Ⅲ)-Tyr起到橋梁的作用，進一步拉近這些鏈段之間的距離，從而誘導絲蛋白分子鏈發(fā)生由無規(guī)線團和/或螺旋向β-折疊的構象轉變。Mn(Ⅱ)對絲蛋白的構象幾乎沒有影響，Mn在桑蠶吐絲過程中可能不像其他金屬元素一樣直接參與蠶絲的成纖過程，而只是參與桑蠶的其他生理活動。 本論文另一方面的研究是通過時間

6、分辨紅外光譜研究了再生桑蠶絲蛋白膜及蛋白溶液在多元醇(乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇)的作用下其構象的轉變情況。研究結果表明：無論是再生絲蛋白膜還是再生絲蛋白溶液在一定濃度范圍內多元醇的處理下均能發(fā)生由無規(guī)線團和/或螺旋向β-折疊的構象轉變，通過分析其動力學曲線發(fā)現(xiàn)多元醇誘導絲蛋白膜及絲蛋白溶液構象轉變可分為三個階段。首先是β-折疊結構的成核過程，這個過程所需時間可長可短，主要由多元醇的濃度和種類所決定，多元醇濃度越高，成核過程所需時間