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(xì)菌、真菌到宏觀世界的植物、動(dòng)物，一切生物體的生命活動(dòng)都缺少不了生物礦物的參與。生物體在嚴(yán)格的生物調(diào)控下從外界環(huán)境中選擇性地?cái)z取元素，并最終合成具有高度有序?qū)蛹?jí)結(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(jī)械支撐、保護(hù)、光學(xué)、磁學(xué)等各種功能，同時(shí)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(duì)不具備自礦化能力

2、的生命體進(jìn)行改造，可以在提高生命體生物抗逆性的同時(shí)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(qiáng)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(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。所以，找到一種簡(jiǎn)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(jī)礦物，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性并研究

3、其保護(hù)機(jī)理，同時(shí)還進(jìn)一步將礦化手段與功能納米材料相結(jié)合應(yīng)用于分析檢測(cè)方面。全文共分為五章:
　　第一章簡(jiǎn)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(jī)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(yīng)用等;隨后概述蛋白質(zhì)的基本知識(shí)及其在應(yīng)用過程中存在的問題，同時(shí)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(biāo)。
　　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(jī)外殼可以大大增強(qiáng)礦化蛋白的熱穩(wěn)定性。隨后對(duì)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(jìn)行研究，深入探討了礦物對(duì)蛋白分子的熱保護(hù)機(jī)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(yùn)動(dòng)過程對(duì)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(xué)修飾為蛋白分子共價(jià)連接上具有誘導(dǎo)硅礦化作用的聚乙烯亞胺分子，并用磁性納米顆粒對(duì)修飾后的蛋白進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jī)溶劑的能力。這種基于生物礦化的材料-蛋白相復(fù)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(gè)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(duì)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(fù)合物用于一步法檢測(cè)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(fù)合物易于通過磁鐵進(jìn)行回收，表現(xiàn)出很好的可重復(fù)利用性。這種將功能納米材料和礦化手段相結(jié)合，同時(shí)利用材料和生物大分子特有