生物降解与植物细胞壁结构的AFM单分子识别研究
发布时间：2021-06-22 13:53
在大规模生物质的生化转化过程中,主要挑战包括:纤维素酶的昂贵价格以及植物细胞壁复杂结构中多糖成分的酶解效率。这些挑战使越来越多的人对酶解的主导模式研究产生了浓烈兴趣。在单分子层面上研究生物能源的转化机理尤其重要。修饰分子的原子力显微镜（AFM）探针与样品特定成分之间的相互作用会引起探针在轻敲扫描过程中的共振振幅减小,信号处理之后会产生相应的识别图像。结合AFM高分辨形貌图像和特异性识别图像对生物分子进行分析的技术被命名为PicoTREC技术。PicoTREC是一种很重要的新型生物化学探测技术,该技术可以将AFM探针上配体相互作用的特定分子从复杂的样品结构中区别出来,同时可以对分子的特定动态过程进行实时观察。在本论文中,结合一系列随时间变化的AFM形貌、振幅和识别图像,在单分子层面上实时观察生物质样本的原位酶解过程。另外,利用该识别技术观察原生质体细胞膜表面的类细胞壁结构的再生过程,特异性识别不同成分多糖和糖蛋白的生成状况,为进一步了解植物细胞壁的成分和结构奠定了良好实验基础。本论文研究成果如下:1)研究了糖结合模块分子（CBM 3a）在晶体纤维素表面的单分子动力学过程,并利用AFM单分...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物细胞壁结构
1.2.1.1 纤维素纤维素是植物细胞壁成分中含量最充足的多糖，约占生物质干重的 15~50 %。纤维素是植物细胞壁的主要成分，虽然分子组份简单，但是由于相互间复杂的氢键作用网络，使晶体纤维素的硬度提高[20]。目前大部分对纤维素的研究是基于基因、蛋白质、表达因子以及在植物体内植物细胞壁生物合成过程[21]。纤维素微纤维直径 2～4 nm，长度有数微米。微纤维与周围的葡甘露聚糖聚集成数十纳米尺寸的纤维束。基于对纤维素合成和观察，人们发现植物的纤维素微纤维由菱形的 36 链微纤维和六角形的 36 链微纤维组成，基原纤维（CEF）的尺寸是 3.2×5.3 nm（如图 1.2）。粗原纤维是由不同数量的基原纤维通过亲水面作用在一起的带状束结构，其大小取决于 CEF 数量。当植物细胞变大或者伸展的时候，大的粗原纤维会撕裂成更小尺寸的粗原纤维或者单个的 CEF，同时还会包裹半纤维素形成不同尺寸大小的微纤维。粗原纤维可以被劈开，组成的 CEF 可以在水平方向旋转到垂直方向，所以单个的 CEF 的疏水面可以垂直于细胞壁的表面。只含有单个 CE的微纤维呈平行排列，同时 CEF 的疏水面垂直于细胞壁表面。干净、独立的 CEF 和小尺寸的粗原纤维主要分布在 pSW 和 PW 的表面。CEF 偶尔会与长轴相交 90 度。
图 1. 3AFM 结构示意图M 检测力是原子间的范德华力，通过测量探针微悬臂与样品表面原子间的范德确定样品表面形貌。AFM 的扫描探针由微悬臂及在微悬臂末端的针尖组成。0～500 μm 长和 500 nm～5 μm 厚的硅或氮化硅制成，针尖腐蚀或生长在三角端，用来检测样品－针尖间的相互作用力，针尖直径一般小于 10 nm。探针加工技术制作而成，通常为氧化硅或氮化硅。氮硅化合物的探针比较短、薄且力学常数小，探针一般有四个不同几何形状的悬臂，每个悬臂的弹性系数通过硅蚀刻技术制造而成的氧化硅探针重量十分轻，共振频率高达 100 kHz共振频率，对共振不敏感，因此在扫描过程中更稳定。探针有许多不同的规格度、弹性系数以及针尖的形状，不同规格的选择需综合考虑样品的特性以及选用来确定[77, 78]。在探针横向测量一个分子的过程中，因为探针尖端本身的宽度于真实值的现象，人们称之为“加宽效应”，为了克服这种扫描误差，需要使针。目前，越来越被广泛研究的是碳纳米管探针，这种探针拥有亚纳米级的高的纵横比[79]。在力检测部分中，针尖与样品之间产生相互作用之后，微悬
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于XRD和FTIR的香樟木质部提取物处理材褐腐的光谱学分析[J]. 李权,王晓娴,林金国. 光谱学与光谱分析. 2014(03)
本文编号：3242958
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物细胞壁结构
1.2.1.1 纤维素纤维素是植物细胞壁成分中含量最充足的多糖，约占生物质干重的 15~50 %。纤维素是植物细胞壁的主要成分，虽然分子组份简单，但是由于相互间复杂的氢键作用网络，使晶体纤维素的硬度提高[20]。目前大部分对纤维素的研究是基于基因、蛋白质、表达因子以及在植物体内植物细胞壁生物合成过程[21]。纤维素微纤维直径 2～4 nm，长度有数微米。微纤维与周围的葡甘露聚糖聚集成数十纳米尺寸的纤维束。基于对纤维素合成和观察，人们发现植物的纤维素微纤维由菱形的 36 链微纤维和六角形的 36 链微纤维组成，基原纤维（CEF）的尺寸是 3.2×5.3 nm（如图 1.2）。粗原纤维是由不同数量的基原纤维通过亲水面作用在一起的带状束结构，其大小取决于 CEF 数量。当植物细胞变大或者伸展的时候，大的粗原纤维会撕裂成更小尺寸的粗原纤维或者单个的 CEF，同时还会包裹半纤维素形成不同尺寸大小的微纤维。粗原纤维可以被劈开，组成的 CEF 可以在水平方向旋转到垂直方向，所以单个的 CEF 的疏水面可以垂直于细胞壁的表面。只含有单个 CE的微纤维呈平行排列，同时 CEF 的疏水面垂直于细胞壁表面。干净、独立的 CEF 和小尺寸的粗原纤维主要分布在 pSW 和 PW 的表面。CEF 偶尔会与长轴相交 90 度。
图 1. 3AFM 结构示意图M 检测力是原子间的范德华力，通过测量探针微悬臂与样品表面原子间的范德确定样品表面形貌。AFM 的扫描探针由微悬臂及在微悬臂末端的针尖组成。0～500 μm 长和 500 nm～5 μm 厚的硅或氮化硅制成，针尖腐蚀或生长在三角端，用来检测样品－针尖间的相互作用力，针尖直径一般小于 10 nm。探针加工技术制作而成，通常为氧化硅或氮化硅。氮硅化合物的探针比较短、薄且力学常数小，探针一般有四个不同几何形状的悬臂，每个悬臂的弹性系数通过硅蚀刻技术制造而成的氧化硅探针重量十分轻，共振频率高达 100 kHz共振频率，对共振不敏感，因此在扫描过程中更稳定。探针有许多不同的规格度、弹性系数以及针尖的形状，不同规格的选择需综合考虑样品的特性以及选用来确定[77, 78]。在探针横向测量一个分子的过程中，因为探针尖端本身的宽度于真实值的现象，人们称之为“加宽效应”，为了克服这种扫描误差，需要使针。目前，越来越被广泛研究的是碳纳米管探针，这种探针拥有亚纳米级的高的纵横比[79]。在力检测部分中，针尖与样品之间产生相互作用之后，微悬
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于XRD和FTIR的香樟木质部提取物处理材褐腐的光谱学分析[J]. 李权,王晓娴,林金国. 光谱学与光谱分析. 2014(03)
本文编号：3242958
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