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蛋丝由于其优异的综合力学性能而备受关注,并且因其良好的生物相容性,而在生物材料以及医用领域有良好的应用前景。丝素蛋白序列及其二级结构决定了蚕丝的力学性能。丝素蛋白主要由三部分组成:重链(391KD),轻链(28KD)以及P25蛋白(25KD)。其中重链是最主要成分,约占总质量的80%。GAGAGS和GA(V)GAGY片段在丝素蛋白的结晶区/半结晶区重复出现,而GTGSSGFGPYVAN(H)GGYSG YEYAWSSESDFGT片段则出现在非晶区。丝素蛋白的结晶区主要存在两种二级结构,即SilkⅠ(螺旋结构)和SilkⅡ(β—折叠结构)。在剪切力,pH值,金属离子等条件的影响下,SilkⅠ构象具有向SilkⅡ构象转变的趋势。我们课题组曾系统研究了pH值和铜、钙、锌、钾、钠等离子在蚕吐丝过程中的作用。但是关于铁离子与丝素蛋白作用的研究却鲜有报道。铁元素在蚕丝腺体中的含量约为1.8±0.8μg/g。而在蚕茧丝中则为6.1±0.3μg/g。可以看到蚕茧丝含有更多的铁元素,暗示铁元素对于蚕丝的形成具有特殊的作用。最近有研究认为,老年痴呆症和帕金森病等脑神经退行性疾病与铁元素的过量有关。所有这些疾病都具有相同的特征,即,致病蛋白的构象从可溶性结构转变为不可溶性结构,而后者富含β-sheet结构。这与我们在丝素蛋白体系观察到的现象极其相似。尽管对这些疾病已有初步认识,但导致疾病发生的根本原因仍然知之甚少。对铁元素与蛋白质的作用研究有一定的复杂性,因为在常规状态下,铁元素存在两种价态,即三价铁离子和亚铁离子,而这两者之间可以通过Fenton反应进行转换,并且易产生自由基,且自由基也被认为与多种疾病有关。丝素蛋白较为稳定也易得到,因此可以将它作为一种模型蛋白,来研究铁离子和亚铁离子在不同pH值条件下对蛋白质折叠过程的影响。因此在本工作中,我们主要利用固体核磁共振、拉曼光谱研究铁离子和亚铁离子对丝素蛋白二级、三级结构的影响,并试图建立二级、三级结构变化之间的联系。结果表明,铁离子对丝素蛋白的构象有较为显著的影响,当其含量超出一定范围时,促进了β—折叠的形成。而加入亚铁离子时,丝素蛋白的结构却无明显变化。此外,还利用电子顺磁共振对铁离子与丝素蛋白的配位方式以及可能的作用位点进行了研究。结果表明,铁离子主要以畸变的八面体结构存在,并且处于S=5/2的高自选态。丝素蛋白的无规片段GTGSSGFGPYVAN(H)GGYSGYEYAWSSESDFGT可能参与了络合,其结合位点可能为组氨酸和酪氨酸残基。本文工作不仅可以阐明铁离子/亚铁离子与丝素蛋白之间的作用,对于其它结构类似的蛋白质体系也具有一定的参考意义。