膠原蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)中的關(guān)鍵蛋白,是人體器官和組織必不可少的構(gòu)造骨架,并參與調(diào)控細(xì)胞粘附、組織重塑、器官形態(tài)發(fā)生等重要的生理過程。因其具有優(yōu)良的生物相容性、生物降解性、低免疫原性等性質(zhì),膠原蛋白是組織工程領(lǐng)域應(yīng)用最多的生物材料之一。然而,天然膠原蛋白的力學(xué)性能較弱,影響了其臨床應(yīng)用的效果。因此,如何交聯(lián)膠原蛋白使其獲得優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度和合適的酶降解速度,同時又不破壞其三重螺旋結(jié)構(gòu)和生物活性,一直是膠原蛋白領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。目前,已經(jīng)開發(fā)的物理交聯(lián)法和生物交聯(lián)法的交聯(lián)效果尚不理想,而化學(xué)交聯(lián)法仍然難以克服細(xì)胞毒性的潛在風(fēng)險�；诖�,本論文旨在開發(fā)新的綠色安全的銀離子和鐵離子介導(dǎo)的生物礦化法,來實(shí)現(xiàn)基因重組膠原蛋白和動物提取膠原蛋白的高效交聯(lián),其主要內(nèi)容如下:第一章:主要介紹了膠原蛋白的定義與分類、結(jié)構(gòu)與體內(nèi)合成,總結(jié)歸納了膠原蛋白的制備方法與膠原基生物材料,以及膠原蛋白交聯(lián)方法的研究進(jìn)展。第二章:我們首次發(fā)現(xiàn),室溫放置的重組膠原蛋白和硝酸銀的混合溶液,在可見光照射條件下,會快速自組裝形成精致有序的膠原纖維。通過改變重組膠原蛋白濃度、銀離子濃度、pH和光照時間等條件,重組膠原蛋白和Ag

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

膠原蛋白組裝形成肌腱的示意圖[3]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文金屬離子介導(dǎo)的膠原蛋白交聯(lián)及其性質(zhì)表征3在皮膚、骨骼、肌腱、韌帶和血管中，也是肝、肺等重要臟器間質(zhì)組織中的核心成分。I型膠原具有活化上皮細(xì)胞、促進(jìn)上皮細(xì)胞増生等生物功能，并賦予皮膚組織合適的張力和彈性。I型膠原蛋白是肌腱和韌帶最重要的有機(jī)成分，它占肌腱干重的~70-80％，韌帶干重的80％以上。I型膠原蛋白的存在及其超分子結(jié)構(gòu)對肌肉骨骼結(jié)締組織的功能發(fā)揮重要作用。肌腱是由I型膠原纖維層層組裝形成的分層結(jié)構(gòu)(圖1-1)。I型膠原纖維絲捆綁在一起形成纖維，并進(jìn)一步與肌腱細(xì)胞一起組裝形成纖維束。膠原纖維束進(jìn)一步聚集形成肌腱組織，其外邊緣全部由表皮覆蓋。I型膠原的高含量和特殊的空間結(jié)構(gòu)，賦予肌腱和韌帶組織在低能量、低負(fù)載力條件下的高韌性，以及在高負(fù)載力下的高剛度。1.1.2膠原蛋白的結(jié)構(gòu)所有不同類型的膠原蛋白都具有一個共同的結(jié)構(gòu)元素，三重螺旋結(jié)構(gòu)。膠原蛋白具有特征性的一級結(jié)構(gòu)，即(Gly-X-Y)n重復(fù)氨基酸序列，其中Gly為甘氨酸。X和Y位置可以是任意類型的氨基酸，但是它們出現(xiàn)的頻率相差很大，研究發(fā)現(xiàn)，X位置通常為脯氨酸(Pro)，而Y位置通常為羥脯氨酸(Hyp)。據(jù)統(tǒng)計，在I型膠原蛋白所有的Gly-X-Y三肽序列中，Gly-Pro-Hyp出現(xiàn)的頻率最高，約12%；而Gly-Pro-Y和Gly-X-Hyp形式的三肽序列出現(xiàn)的頻率累計高達(dá)44%。三條α肽鏈，環(huán)繞同一個軸，纏繞結(jié)合形成右手的三重螺旋結(jié)構(gòu)(圖1-2)。因為甘氨酸的側(cè)鏈只含有一個氫原子，空間位阻最小，所以甘氨酸總是位于軸心。三重螺旋結(jié)構(gòu)的緊密排列要求膠原氨基酸序列中的每第三個氨基酸均為甘氨酸，它位于三重螺旋結(jié)構(gòu)的中間，而X和Y位置的氨基酸則處于外圍(圖1-2)。圖1-2膠原蛋白的三重螺旋結(jié)構(gòu)[4].

成羥脯氨酸，進(jìn)一步穩(wěn)定了三重螺旋結(jié)構(gòu)。羥脯氨酸的穩(wěn)定性作用主要通過兩種方式：(1)分子內(nèi)氫鍵[5]。膠原蛋白分子內(nèi)有兩種對三重螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極為關(guān)鍵的氫鍵,一類是甘氨酸的氨基與相鄰肽鏈的脯氨酸的羰基形成的直接氫鍵，另一類是羥脯氨酸羥基，在水分子的輔助下，形成的間接氫鍵。(2)羥基的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)穩(wěn)定了Y位置的立體異構(gòu)體的向外扭曲[4]。1.1.3膠原蛋白的體內(nèi)合成膠原蛋白的體內(nèi)生物合成途徑十分復(fù)雜，包含基因轉(zhuǎn)錄、膠原蛋白單體的分泌、功能性纖維的形成等多步過程，需要大量生化步驟在時間和空間上的協(xié)調(diào)(圖1-3)。首先，經(jīng)過mRNA對膠原蛋白基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，在核糖體上合成前體膠原蛋白的不同α鏈。新生的膠原α鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，經(jīng)過一系列步驟，包括脯氨酸的羥基化修飾、賴氨酸的羥基化修飾、氮端及氧連接處的糖基化、分子的三聚、二硫鍵的形成、脯氨酰異構(gòu)化以及三重螺旋折疊，產(chǎn)生前體膠原蛋白分子。對于I型膠原蛋白，前體膠原蛋白的球狀區(qū)域-C端肽，可互相識別并形成三聚體，進(jìn)而引發(fā)從碳端到氮端的三重螺旋折疊。在這個過程中有許多蛋白質(zhì)的參與，包括脯氨酸-4-羥化酶(P4H)、蛋白質(zhì)二硫化異構(gòu)酶(PDI)等。其中，PDI負(fù)責(zé)在前體肽區(qū)域引發(fā)分子內(nèi)和分子間二硫鍵的形成[6]。圖1-3膠原蛋白的生物合成[7].前體膠原蛋白進(jìn)入高爾基體中，在一些包覆蛋白復(fù)合物及酶、載體的作用下被分泌出來。在高爾基體分泌蛋白的過程中或分泌后，會進(jìn)行前體膠原蛋白分子的后加工，即金屬蛋白酶進(jìn)行酶切。前體α鏈的碳端和氮端區(qū)域被酶切，產(chǎn)生無


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