膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性的研究.pdf

1、膠原是一種天然的生物大分子，來源豐富，去除其抗原所在的端肽后可加工制備成具有良好生物相容性的生物材料，國內(nèi)外均投入了大量人力、物力開展醫(yī)用膠原材料的研究。膠原是細胞外基質(zhì)(ECMs)的主要成分，具有獨特的三螺旋結(jié)構(gòu)，它不僅對組織和器官起支持和保護作用，而且參與介導一系列生物過程，包括細胞的粘附、遷移和分化以及組織再生，膠原的這些特殊生物學功能是通過膜受體、可溶性因子以及其它ECM組分等生物活性分子與膠原三螺旋結(jié)構(gòu)的特異性結(jié)合來實現(xiàn)的。因

2、此，對于膠原三螺旋結(jié)構(gòu)和功能的研究已成為當今生物材料領域的熱點。 本論文深入研究了牛腱來源Ⅰ型膠原和膠原模擬多肽(Collagen Mimetic Peptides，CMP)的三螺旋結(jié)構(gòu)及其熱穩(wěn)定性和相關機理，并研究了通過受控的溫度變化過程將CMP與膠原結(jié)合，為溫和條件下實現(xiàn)大分子或生物活性分子與膠原緊密結(jié)合提供新的物理修飾方法。主要研究結(jié)果如下： 1.膠原蛋白基本理化性質(zhì)的研究 選用實驗室自制牛腱來源Ⅰ型膠原，

3、通過重復鹽析、透析的方法對其進一步純化，純化后對其基本理化性質(zhì)進行研究。SDS-PAGE結(jié)果表明，純化的膠原為Ⅰ型膠原；光譜學表征結(jié)果表明，牛腱來源Ⅰ型膠原具有典型的三螺旋結(jié)構(gòu)吸收譜型；膠原在溶液中能夠發(fā)生自聚集，膠原自聚集體熱力學曲線呈現(xiàn)雙峰特征，并且在溫度、pH值和離子強度等條件的影響下自聚集體尺寸會發(fā)生變化。 2.膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)及其熱穩(wěn)定性的研究 膠原的熱變性過程是三螺旋結(jié)構(gòu)連續(xù)發(fā)生變化的過程，隨著溫度的升高，

4、三螺旋會發(fā)生解旋，并最終形成無規(guī)則的單條多肽鏈，這個過程可以歸納為“三螺旋—單體”的熱變性過程。在這個過程中，穩(wěn)定三螺旋結(jié)構(gòu)的氫鍵作用力逐漸被破壞，造成三螺旋構(gòu)象的改變，對應圓二色譜峰強度和紅外光譜酰胺Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ帶均發(fā)生明顯的變化；膠原熱變性后，三螺旋結(jié)構(gòu)被完全破壞，并且該過程不可逆。 3.膠原模擬多肽的三螺旋結(jié)構(gòu)及其熱穩(wěn)定性的研究 膠原模擬多肽(CMP)具有典型膠原三螺旋結(jié)構(gòu)的紅外吸收譜型和圓二色譜譜型；CMP的三螺旋

5、結(jié)構(gòu)對溫度很敏感，隨溫度變化發(fā)生“三螺旋()單體”變化，與膠原不同的是，此變化過程完全可逆；圓二色譜中225 nm和紅外光譜中的1645 cm—1的溫度相關曲線可以有效反映CMP三螺旋結(jié)構(gòu)的變化情況。 4.膠原模擬多肽與膠原蛋白之間相互作用的研究 根據(jù)溫度與膠原三螺旋結(jié)構(gòu)之間的相關性，采用熒光標記CMP的方法研究膠原與CMP之間的結(jié)合情況表明，F(xiàn)ITC—CMP與膠原膜之間的結(jié)合借助于CMP構(gòu)象在溫度變化時具有“柔性單鏈(

6、)螺旋結(jié)構(gòu)”可逆性，CMP與膠原膜的結(jié)合不僅依賴于CMP是否由三螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊嶙冃院蟮膯螚l多肽鏈，而且取決于膠原是否發(fā)生熱變性。 5.二維紅外相關光譜研究膠原蛋白構(gòu)象的變化 利用二維紅外的方法對膠原三螺旋結(jié)構(gòu)受溫度影響而發(fā)生的構(gòu)象變化情況進行了相應研究結(jié)果表明，膠原在變溫外擾的影響過程中，其三股肽鏈之間的氫鍵減弱而逐漸解螺旋，每條肽鏈因伸直其螺旋度減少，整個蛋白的無序結(jié)構(gòu)增加。其二級結(jié)構(gòu)的變化順序為：—CH—構(gòu)象的變化