本文關(guān)鍵詞：基于表面力儀的貽貝足絲蛋白粘附機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生物粘附由于其相對于傳統(tǒng)人工材料所特有的優(yōu)勢啟發(fā)人們廣泛地開展針對生物粘附系統(tǒng)的研究,并積極研制各種仿生或受生物啟發(fā)的粘性材料。但是,目前仿生粘附材料的應(yīng)用仍然受到很多限制,例如材料在潮濕環(huán)境中無法保持穩(wěn)定的粘附狀態(tài)。貽貝在高鹽的海水中擁有穩(wěn)定且多樣性的吸附能力,這為人們開發(fā)防水粘性材料提供了一種完美的解決方案。研究表明,貽貝與表面的粘附是直接通過其足絲盤中分泌的足絲蛋白形成的,而這些蛋白所含有的氨基酸殘基—3,4-二羥苯丙氨酸(多巴)在粘附中起關(guān)鍵作用。通常情況下,貽貝足絲蛋白的粘附性能與其中的多巴含量直接相關(guān)。在關(guān)于貽貝粘附的研究中,貽貝足絲蛋白的粘附機理是最基本的、也是最復(fù)雜的問題,目前仍沒有形成清晰且完整的認知。對于這個問題的深入探索對設(shè)計粘附性能優(yōu)異、環(huán)境適應(yīng)性強且環(huán)保的人工粘性材料具有關(guān)鍵意義。本文通過實驗方法對貽貝足絲蛋白的粘附機理進行了系統(tǒng)性研究,研究內(nèi)容包括界面貽貝足絲蛋白的粘附機理,貽貝足絲蛋白與有機表面的粘附機理以及多巴-硼酸鹽配合物在貽貝足絲蛋白粘附中的作用機制三個部分。實驗方法主要使用表面力儀(SFA)直接測量在納米尺度下貽貝足絲蛋白與表面之間的粘附能,或蛋白與蛋白之間的內(nèi)聚能,并討論環(huán)境溶液或表面的狀態(tài)對蛋白粘附特性的影響。界面貽貝足絲蛋白粘附機理的研究對象選擇Mytilus edulis貽貝分泌的Mfp-5,該蛋白含有高達27 mo1%的多巴含量。SFA實驗顯示,Mfp-5是目前已知粘附能力最強的貽貝足絲蛋白。在pH 2.6環(huán)境中,Mfp-5與云母表面之間的粘附能可達到-13.7 mJ/m2, Mfp-5與Mfp-5之間的內(nèi)聚能可達到-2.5 mJ/m2。但是,當?shù)鞍字械亩喟捅谎趸啥喟王?蛋白與云母表面的粘附能力出現(xiàn)急劇下降甚至消失的現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明,Mfp-5與云母表面之間的粘附受蛋白中多巴殘基的兒茶酚基團與云母表面的氧原子之間的雙配位基型氫鍵主導(dǎo),并再次證明貽貝足絲蛋白粘附對多巴及其兒茶酚結(jié)構(gòu)的依賴性。但是,這種依賴性與多巴的含量不呈嚴格的正比關(guān)系,蛋白的粘附能力還與粘附發(fā)生時蛋白的分子構(gòu)象有關(guān)。在蛋白之間的相互作用方面,Mfp-5與Mfp-3之間測得的粘附能表明Mfp-5在足絲盤中除了直接參與粘附,還是界面蛋白之間的中介。在pH5.5和pH 7.5的多巴氧化環(huán)境中,通過長時間接觸兩個Mfp-5分子層均可以發(fā)現(xiàn)強力的內(nèi)聚能,該內(nèi)聚能極可能是由多巴醌介導(dǎo)的蛋白間的共價鍵交聯(lián)引起的。貽貝足絲蛋白與有機表面粘附的研究采用兩種化學(xué)特性相異的自組裝單分子膜(SAM)作為表面基底。SFA實驗顯示,在非極性疏水CH3-SAM表面上,三種貽貝足絲蛋白(Mfp-1,Mfp-3和Mfp-5)的粘附能分別在-4 mJ/m2～-9 mJ/m2之間。最強的粘附能出現(xiàn)在疏水側(cè)鏈含量最高的Mfp-3中,而不是多巴含量最高的Mfp-5中。因此,所測得的粘附能由蛋白中的疏水殘基與CH3-SAM表面上的烷基之間形成的疏水相互作用主導(dǎo)。而且,Mfp-3所具有的更強的粘附力還與其氨基酸序列C端非對稱地分布有三個強疏水的色氨酸有關(guān)。此外,首次發(fā)現(xiàn)了表皮蛋白Mfp-1能夠橋接兩個化學(xué)特性不同的表面,體現(xiàn)了貽貝足絲蛋白粘附良好的自適應(yīng)性。另一方面,在極性親水OH-SAM表面上,貽貝足絲蛋白的粘附能均明顯弱于它們與云母之間的粘附能。這種粘附弱化現(xiàn)象是因為蛋白中多巴的雙羥基基團與OH-SAM表面上的頭基不匹配,最終只能形成鍵能較弱、瞬態(tài)壽命較短的單配位基型氫鍵。該發(fā)現(xiàn)表明界面的幾何構(gòu)型對基于多巴的濕粘附有重要影響。多巴-硼酸鹽配合物作用機制的研究結(jié)果顯示,在含有0.1 M硼酸的pH 7.5緩沖液中,Mfp-5與云母表面之間存在可逆且依賴于表面接觸時間的粘附力。當環(huán)境pH降至3后,Mfp-5的粘附能力與未經(jīng)歷易氧環(huán)境的狀態(tài)相當,未發(fā)現(xiàn)明顯的衰減,說明硼酸鹽與蛋白中的多巴在中性pH環(huán)境中形成的多巴-硼酸鹽配合物有效地抑制了多巴的氧化。通過使用苯基硼酸替換硼酸進行相同的實驗,驗證了在pH 7.5硼酸鹽緩沖液中測得的粘附力來自于多巴與云母表面之間的氫鍵。硼酸鹽的這種抑制多巴氧化,并實現(xiàn)蛋白在易氧環(huán)境中可逆粘附的能力是多巴與硼酸鹽之間快速、可逆的絡(luò)合反應(yīng)以及多巴-硼酸鹽配合物的解離特性共同作用的結(jié)果。同時發(fā)現(xiàn)形成多巴-硼酸鹽配合物介導(dǎo)的粘附行為有兩個必要條件,分別是壓力以及中性或堿性pH環(huán)境。
【關(guān)鍵詞】：生物粘附 貽貝足絲蛋白 多巴 Mfp-5 疏水相互作用 多巴-硼酸鹽配合物
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB34;Q811
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 研究背景及意義12-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-27
• 1.2.1 氫鍵17-18
• 1.2.2 金屬離子配位作用18-21
• 1.2.3 疏水引力21-22
• 1.2.4 多巴氧化及多巴醌介導(dǎo)的相互作用22-25
• 1.2.5 相互作用25-26
• 1.2.6 其他因素26-27
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容27-30
• 第二章 表面間相互作用測量方法—表面力儀(SFA)30-46
• 2.1 引言30-31
• 2.2 SFA測力原理31-38
• 2.2.1 法向力測量31-33
• 2.2.2 基于多光束干涉的表面間距測量33-37
• 2.2.3 表面曲率半徑測量37-38
• 2.3 SFA 2000系統(tǒng)38-43
• 2.3.1 表面間距控制39-42
• 2.3.2 彈性系數(shù)測量42-43
• 2.4 云母表面制備43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第三章 貽貝足絲蛋白Mfp-5的粘附機理46-64
• 3.1 引言46-47
• 3.2 實驗材料與方法47-50
• 3.2.1 Mfp-5萃取與提純47-48
• 3.2.2 SFA配置48-50
• 3.3 實驗結(jié)果50-56
• 3.3.1 Mfp-5與云母的粘附力50-51
• 3.3.2 Mfp-5與Mfp-5的內(nèi)聚力51-52
• 3.3.3 環(huán)境pH值和離子強度對粘附的影響52-55
• 3.3.4 高碘酸鹽氧化多巴對粘附的影響55-56
• 3.3.5 Mfp-5與Mfp-3的粘附力56
• 3.4 結(jié)果討論56-62
• 3.5 本章小結(jié)62-64
• 第四章 貽貝足絲蛋白與有機表面的粘附機理64-78
• 4.1 引言64-65
• 4.2 實驗材料與方法65-67
• 4.2.1 貽貝足絲蛋白提純65
• 4.2.2 自組裝單分子膜表面制備65-66
• 4.2.3 SFA配置66-67
• 4.3 實驗結(jié)果67-72
• 4.4 結(jié)果討論72-76
• 4.4.1 貽貝足絲蛋白的擁擠效應(yīng)72-73
• 4.4.2 貽貝足絲蛋白與CH3-SAM表面間的相互作用73-75
• 4.4.3 貽貝足絲蛋白與OH-SAM表面間的相互作用75-76
• 4.5 本章小結(jié)76-78
• 第五章 多巴-硼酸鹽配合物在貽貝足絲蛋白粘附中的作用機制78-94
• 5.1 引言78-80
• 5.2 實驗材料與方法80-81
• 5.2.1 貽貝足絲蛋白提純及SFA配置80
• 5.2.2 X射線光電子能譜80-81
• 5.2.3 二次離子質(zhì)譜和光學(xué)顯微鏡81
• 5.3 實驗結(jié)果81-89
• 5.3.1 硼酸鹽對Mfp-5粘附的影響81-86
• 5.3.2 多巴-硼酸鹽配合物的解離86-89
• 5.4 結(jié)果討論89-91
• 5.5 本章小結(jié)91-94
• 第六章 總結(jié)與展望94-98
• 6.1 本文主要研究結(jié)論94-96
• 6.2 本文創(chuàng)新點96
• 6.3 未來工作展望96-98
• 致謝98-100
• 參考文獻100-112
• 攻讀博士學(xué)位期間科研成果112-113

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 石瓊，陳舜華;翡翠貽貝足絲器的組織結(jié)構(gòu)觀察[J];熱帶海洋;1996年02期

2 曉露;;大海之絲[J];自然與科技;2008年05期

3 石瓊;;翡翠貽貝足絲對~(125)Ⅰ的積累與洗脫作用的研究[J];中山大學(xué)研究生學(xué)刊(自然科學(xué)版);1995年02期

4 孫敬敬;李楠楠;王信超;廖智;;利用質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合EST庫搜索鑒定厚殼貽貝新型足絲蛋白(英文)[J];中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報;2014年01期

5 李楠楠;譚亮;王智平;王信超;廖智;;厚殼貽貝足絲黏附蛋白mfp-3重組表達及黏附功能分析[J];中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報;2011年09期

6 徐夢珍;曹小武;王兆印;王旭昭;;輸水工程中沼蛤的附著特性[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

7 ;[J];;年期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 闞亞鯨;基于表面力儀的貽貝足絲蛋白粘附機理研究[D];東南大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王俊;企鵝珍珠貝足絲形態(tài)、變異及足絲腺結(jié)構(gòu)變化的研究[D];海南大學(xué);2014年

2 李楠楠;厚殼貽貝足絲蛋白分子多樣性及重組表達分析[D];浙江海洋學(xué)院;2012年

  本文關(guān)鍵詞：基于表面力儀的貽貝足絲蛋白粘附機理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：441331