基于生物礦化提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的研究.pdf

1、生物礦化是生物體造就自身生物礦物的過程。從微觀尺寸的細菌、真菌到宏觀世界的植物、動物，一切生物體的生命活動都缺少不了生物礦物的參與。生物體在嚴格的生物調(diào)控下從外界環(huán)境中選擇性地攝取元素，并最終合成具有高度有序?qū)蛹壗Y(jié)構(gòu)和特殊生物功能的礦物。這些礦物在生物體內(nèi)發(fā)揮著機械支撐、保護、光學、磁學等各種功能，同時還被證明在提高生物抵抗外界惡劣環(huán)境的能力方面起著重要作用。
　　受到自然界中生物礦化現(xiàn)象的啟發(fā)，通過仿生礦化手段對不具備自礦化能力

2、的生命體進行改造，可以在提高生命體生物抗逆性的同時賦予其各種特殊功能。蛋白質(zhì)是生命體的重要組成成分，并且由于其優(yōu)異的催化性能和作為藥物的強特異性，在人類的生產(chǎn)生活中起著越來越不可替代的作用。但是蛋白質(zhì)往往存在著穩(wěn)定性差、可操作性差、不易回收利用等問題，因而在很大程度上限制了其在各個領(lǐng)域的應用。所以，找到一種簡單有效的手段來提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性具有重要意義。本論文主要內(nèi)容為通過仿生礦化手段在蛋白質(zhì)上原位引入無機礦物，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性并研究

3、其保護機理，同時還進一步將礦化手段與功能納米材料相結(jié)合應用于分析檢測方面。全文共分為五章:
　　第一章簡要介紹了生物礦化的基本內(nèi)容，包括生物礦物的種類、作用以及生物礦化過程;接著歸納了仿生礦化的基本原理、有機基質(zhì)在調(diào)控仿生礦化過程中所起的作用及該方法用于生命體改造的相關(guān)應用等;隨后概述蛋白質(zhì)的基本知識及其在應用過程中存在的問題，同時介紹了目前提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的一些方法，并引出通過仿生礦化手段提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的設(shè)想;最后提出本論文的

4、研究思路和目標。
　　第二章通過原位礦化手段在蛋白質(zhì)表面引入無定形磷酸鈣礦物，這層無機外殼可以大大增強礦化蛋白的熱穩(wěn)定性。隨后對蛋白分子結(jié)構(gòu)、氫鍵交換速率以及無定形礦物含水量等進行研究，深入探討了礦物對蛋白分子的熱保護機理。無定形礦物相中的結(jié)構(gòu)水分子通過緊密連結(jié)在礦化蛋白周圍，從而形成一種穩(wěn)定的水合狀態(tài)，降低蛋白分子與外界環(huán)境中水分子的氫鍵交換速率，減少熱運動過程對蛋白構(gòu)象的破壞，提高蛋白質(zhì)在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。
　　第三章

5、選用在生物抗逆性方面表現(xiàn)更為突出的二氧化硅為礦化材料，利用原位礦化與功能納米材料相結(jié)合的方式為蛋白分子引入礦化外殼。首先經(jīng)化學修飾為蛋白分子共價連接上具有誘導硅礦化作用的聚乙烯亞胺分子，并用磁性納米顆粒對修飾后的蛋白進行富集，最后通過原位硅礦化方法在蛋白分子表面生成二氧化硅礦化層。實驗結(jié)果表明，這種礦化方法不但具有很高的蛋白礦化率，并且能夠顯著提高蛋白分子的熱穩(wěn)定性、溫度適用范圍以及抗有機溶劑的能力。這種基于生物礦化的材料-蛋白相復合的

6、方法為今后蛋白或其他生物大分子的礦化提供了一個新的思路。
　　第四章利用磁性納米顆粒的類過氧化物酶活性以及硅礦化對葡萄糖氧化酶在酸性條件下的穩(wěn)定性提高，我們將合成好的Fe3O4@C-葡萄糖氧化酶-二氧化硅納米復合物用于一步法檢測葡萄糖。該方法具出良好的線性范圍、高靈敏度，高底物選擇性，并且由于磁性納米顆粒的存在使該復合物易于通過磁鐵進行回收，表現(xiàn)出很好的可重復利用性。這種將功能納米材料和礦化手段相結(jié)合，同時利用材料和生物大分子特有