胶原蛋白在含氮极性溶剂中溶解机理及性质研究

发布时间：2020-06-02 09:16

【摘要】：胶原蛋白是维持生命体机能的重要蛋白质,它种类繁多,分布在动物体内各个组织中,具有良好的生物相容性和降解性,因此广泛应用于食品、医疗等各个领域。胶原蛋白具有普通蛋白质的四级结构,由氢键稳定分子结构,因此胶原蛋白难溶于一般溶剂。目前溶解胶原的溶剂有强酸、强碱等极性较强的物质,这些溶剂既不利于人类的健康,同时也会危害环境。因此,寻找一种经济环保的溶剂来溶解胶原,将会使胶原的应用更贴近于人类的生产生活。目前可以用来溶解胶原的物质大致分为酸、碱、盐三类,它们都是通过破坏胶原内部氢键使其溶解。众所周知,尿素是一种经济有效的氢键破坏剂。用尿素来溶解胶原已有研究,但其作用机理尚不明确,有人认为是尿素分子中具有孤对电子的羰基与胶原分子中的氨基形成了强的氢键作用,从而达到溶解胶原的目的。N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)是近些年开发应用的环保型溶剂,在溶解纤维素等高分子方面有很好的效果。它是通过破坏纤维素分子间以及分子内的氢键使其溶解,溶解过程是单纯的物理过程,被认为是一种理想的高分子溶剂,因此NMMO作为一种有效的绿色溶剂在纺织行业得到广泛的应用。NMMO溶解纤维素的方法也可应用于壳聚糖、丝素蛋白等高分子物质的溶解研究中。因此,我们用NMMO溶解胶原并进一步探究它们之间的相互作用。本论文主要包括以下三个方面:首先,用醋酸、胃蛋白酶结合法从猪皮中提取胶原蛋白,并通过圆二色谱、SDS-PAGE凝胶电泳等方法验证其结构为Ⅰ型胶原蛋白。然后研究Ⅰ型胶原蛋白在不同浓度尿素溶液中的溶解性,并与相同浓度胶原/水体系做对比,证明了尿素对胶原的解旋作用。另外,发现了Ⅰ型胶原蛋白在特定浓度(10 wt%)的尿素溶液中可形成凝胶,且凝胶的厚度随胶原浓度的增大而增大。第二,通过查阅文献可知,N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)分子中的N-O键具有强极性,能与纤维素分子之间形成氢键从而打开纤维素分子内部原有的氢键使其溶解。NMMO生化毒性为良性,无污染,可回收,对环境友好。因此,我们将NMMO应用于Ⅰ型胶原蛋白的溶解中,研究不同浓度的胶原在NMMO中的溶解性,结果表明胶原在NMMO中的溶解性远远好于在水中的溶解性。第三,研究Ⅰ型胶原蛋白/NMMO极稀溶液体系,通过圆二色谱、SDS-PAGE凝胶电泳等方法考察胶原蛋白在NMMO溶液中的结构变化,通过其紫外-可见光谱图中特征峰的变化来研究NMMO与Ⅰ型胶原蛋白之间的相互作用。结果表明NMMO对Ⅰ型胶原蛋白有解旋作用。
【图文】：

一级结构,胶原,氨基酸,结构式

[α1(Ⅻ)]3[α1(ⅩⅢ)]3[α1(ⅩⅣ)]3[α1(ⅩⅤ)]3[α1(ⅩⅥ)]3[α1(ⅩⅦ)]3[α1(ⅩⅧ)]3皮和骨组织之间肌肉、软骨等软骨与皮之间肺部、子宫等皮肤、骨组织皮、mRNA皮、mRNA、心脏、肝脏等基本结构与蛋白质相似，具有完整的四级空间结构[7]。胶原的一一级结构一样，是由数目、种类、排列顺序不同的氨基酸组成构的差异直接决定了胶原蛋白的高级空间结构，进而导致了不间物理化学性质的差异。Ⅰ型胶原是动物体内最常见的胶原蛋由 3 条不同的 α 多肽链组成，每条肽链大约有 1014 个氨基酸，排列顺序重复 Gly-X-Y 排列[8, 9]。其中 Gly 表示甘氨酸，X、Y 表任何一种氨基酸。一般情况下 X 为脯氨酸，Y 为羟脯氨酸。图结构中最常见的氨基酸化学结构式。

三股螺旋,胶原蛋白

齐鲁工业大学硕士学位论文叠。胶原蛋白的二级结构是由于脯氨酸与羟脯氨酸之间通过静电作用形成的 α 螺旋结构。这种静电排斥作用使得氨基酸残基均暴露在 α 螺旋外部，这就 α 链内部、α 链之间均可形成氢键作用，从而为保持胶原的稳定结构打下了基础条左手螺旋的 α 链相互缠绕紧密结合就形成胶原的三级结构—右手螺旋结构。 1955 年，Ramachandra 和 Kartha 首次提出了三螺旋模型[10]，并阐述了三螺构的稳定性由胶原分子间以及分子内的氢键作用决定的[11, 12]。这种稳定三股的结构也被称为原胶原，原胶原分子的 3 条肽链以左手大螺旋的形式形成细棒状结构，分子直径为 1.5 nm，长 300 nm 左右[13]，如图 1.2 所示。原胶原平列，通过共价键等作用不断聚集，最终成胶原纤维，形成胶原的四级结构。
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O629.73

【参考文献】