基于多孔二氧化硅界面材料的制备及其对蛋白质聚集、结晶的影响

摘要

蛋白质分子的三维空间结构信息在蛋白质工程和合理药物设计等方面具有重要意义。目前，X射线单晶衍射技术仍是获取该信息最可靠的方法，但获得满足该测试所需的高质量晶体一直是技术瓶颈。向低过饱和度的蛋白质溶液中，引入特定的界面材料以降低其成核势垒，能使蛋白质分子缓慢地由无序状态过渡至有序排列，从而获得高质量的规整的晶体。但由于蛋白质的结构多样性，目前尚无成熟的实验技术能确保得到优质晶体。本文就这一问题开展两方面的研究，分别探讨材料界面的亲疏水性和手性对蛋白质聚集和结晶的影响，希望为今后开发诱导蛋白质结晶的界面材料提供理论基础和设计思路。
　　首先，以多孔二氧化硅小球为基底，利用硅烷偶联剂构筑6种化学基团-OH、-C6H5、-(CH3)6、-(CH3)18、-F17和-NH2修饰的多孔硅球，赋予材料界面不同的亲疏水性，并研究界面亲疏水性对溶液中蛋白质（溶菌酶）聚集和结晶的影响。通过动态光散射及原子力显微镜对溶菌酶溶液中聚集体分布的表征发现：材料的多孔结构能够促进无序多聚体的解聚，防止其阻碍晶体生长；此外，若多孔硅球的界面疏水，则加快这一过程，使溶液迅速达到只有寡聚体的单分散状态，从而提高结晶速率，亲水界面则相反。扫描电子显微镜观察材料界面的晶体生长状况进一步表明：具有疏水界面的多孔硅球能更快、更多地诱导蛋白质成核，并通过调控溶液中蛋白质聚集行为来加速晶体生长。
　　其后，从仿生学角度出发，受自然界中生物大分子与手性界面相互作用的启示，以苯丙氨酸为单体，制备L型和D型单分子层修饰和聚合物修饰的多孔二氧化硅小球。研究表明，多孔硅球表面表现出与结构基元相同的手性，从而成功构筑手性界面材料。在立体选择性、疏水相互作用、静电引力、π-π堆积、氢键以及多孔硅球的“孔道”效应协同作用下，L型界面和D型界面均能促进蛋白质（溶菌酶）溶液中无序多聚体解聚及其界面上的晶体生长，且L型界面的促进效应更明显。这可能是蛋白质分子基于“手性识别”作用机制，优先选择与 L型界面相互作用的结果。此外，聚合物修饰的界面相较于单分子层修饰的界面，由于其手性效应的放大，更有利于蛋白质多聚体解聚及后期晶体生长。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 蛋白质结晶概述

1.2 异相成核在蛋白质结晶中的发展

1.3 多孔材料在蛋白质结晶中的应用

1.4 手性对蛋白质聚集和结晶的影响

1.5 本论文的立意及创新点

第2章 多孔材料的界面的亲疏水性对蛋白质聚集、结晶的影响

2.1 前言

2.2 实验原料

2.3 实验仪器

2.4 不同亲疏水界面的多孔二氧化硅小球的制备

2.5 不同亲疏水界面的多孔二氧化硅小球的表征

2.6 界面亲疏水性对蛋白质聚集、结晶的影响

2.7 本章小结

第3章 多孔材料的界面的手性对蛋白质聚集、结晶的影响

3.1 前言

3.2 实验原料

3.3 实验仪器

3.4 手性多孔二氧化硅小球的制备

3.5 手性单体的表征

3.6 手性多孔二氧化硅小球的表征

3.7 界面手性对蛋白质聚集、结晶的影响

3.8 本章小结

第4章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间已发表和即将发表的论文

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