發(fā)布時(shí)間：2017-12-07 12:28

  本文關(guān)鍵詞：基于生物礦化提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的研究

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【摘要】：生物礦化是生物體造就自身生物礦物的過(guò)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(guò)仿生礦化手段對(duì)不具備自礦化能力的生命體進(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(lái)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(wèn)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(lái)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(guò)仿生礦化手段在蛋白質(zhì)上原位引入無(wú)機(jī)礦物,提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性并研究其保護(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(guò)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(guò)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(guò)程中存在的問(wèn)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(guò)仿生礦化手段提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的設(shè)想；最后提出本論文的研究思路和目標(biāo)。第二章通過(guò)原位礦化手段在蛋白質(zhì)表面引入無(wú)定形磷酸鈣礦物,這層無(wú)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(wú)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(wú)定形礦物相中的結(jié)構(gòu)水分子通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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性質(zhì)的策略,在生物傳感、分析檢測(cè)等各個(gè)方面具有很大的應(yīng)用潛力。第五章對(duì)本論文的工作進(jìn)行總結(jié),說(shuō)明生物礦化手段能夠提高礦化蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,以及無(wú)定形礦物相中結(jié)構(gòu)水在穩(wěn)定蛋白分子方面的重要作用,并提出將該方法與功能納米材料相結(jié)合應(yīng)用于生物傳感等方面具有很好前景。同時(shí),我們還指出了本工作中存在的不足和需要解決的問(wèn)題,為今后的研究提供指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q51

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 歐陽(yáng)健明;生物礦物及其礦化過(guò)程[J];化學(xué)進(jìn)展;2005年04期

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本文編號(hào)：1262390