蛋白质复合体（精选十篇）
蛋白质复合体 篇1
公报称, 生理学研究所深田优子副教授的研究小组和美国加利福尼亚大学旧金山分校的同行发现, 神经细胞之间相互接触的部位———神经突触存在一种特殊的分泌蛋白质“LGI1”, 这种蛋白质能与另外2种与癫痫相关的蛋白质“ADAM 22”、“ADAM 23”相结合, 形成“抗癫痫蛋白质复合体”, 使神经突触保持正常功能, 避免发生癫痫。
在实验中, 研究人员通过基因技术使实验鼠不能合成“LGI1”蛋白质, 结果在“抗癫痫蛋白质复合体”也无法形成的情况下, 实验鼠的神经突触出现功能异常, 引发了癫痫病。特别是在掌管记忆的大脑海马部位, 由于“LGI1”蛋白质的消失, 神经突触的信号传递方式也出现异常。
蛋白质复合体 篇2
串联亲和纯化技术:一种极具潜力的分离、鉴定蛋白复合体的工具
大多数细胞的生物学功能都是由蛋白复合体而非单一蛋白来完成的,所以识别和分析蛋白复合体的组分是研究蛋白功能所必需的.串联亲和纯化技术(TAP)能在生理条件下有效地分离、鉴定蛋白复合体,而无需知道复合体的组成或功能,目前已成功地应用于酵母及其他生物体中的蛋白复合体的.成分分析.与质谱技术联合应用可以识别与目的蛋白相互作用的蛋白,进而揭示蛋白质相互作用网络及其功能.
作 者：狄文娜 花芳 彭小忠 DI Wen-na HUA Fang PENG Xiao-zhong 作者单位：中国医学科学院,中国协和医科大学,基础医学研究所,医学分子生物学国家重点实验室,北京,100005刊 名：基础医学与临床 ISTIC PKU英文刊名：BASIC & CLINICAL MEDICINE年，卷(期)：26(3)分类号：Q816关键词：串联亲和纯化(TAP) 蛋白复合体
水解脱脂蚕蛹蛋白的复合酶配方优化 篇3
关键词：脱脂蚕蛹蛋白 复合酶 响应面
中图分类号：Q814.9 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）08-0000-00
我国是家蚕的原产地，是世界上最主要的蚕丝生产国，蚕蛹是蚕丝工业的主要副产品，在我国产量巨大。蚕蛹具有很高的营养和药用价值，蚕蛹中蛋白质的含量约占60%左右[1]。脱脂蚕蛹蛋白富含人体所需的18种氨基酸，是一种优质的蛋白质资源，具有很高的经济价值和开发价值。利用脱脂蚕蛹蛋白水解制取的复合氨基酸具有提高免疫力、改善心血管功能、预防心脑血管疾病、补充平衡营养、提高机体各项机能的功效，已被广泛开发成各种类型的营养保健产品[2]。目前，水解脱脂蚕蛹蛋白的方法有酸法、碱法和酶法三种，其中酶法水解具有反应条件温和、不破坏氨基酸、不产生消旋作用、绿色环保等优势被广泛应用。但是酶法最关键的技术问题就是如何提高脱脂蚕蛹蛋白的水解度（DH），提高游离氨基酸的含量。本试验采用复合酶水解制备复合氨基酸，使用Design-Expert软件中的Central Composite Design响应面试验设计法对复合蛋白酶的组成进行优化，以提高脱脂蚕蛹蛋白的水解度。
1 材料和方法
1.1 材料和试剂
脱脂蚕蛹蛋白购自南通福尔生物制品有限公司，碱性蛋白酶、中性蛋白酶、风味蛋白酶购自诺维信（中国）生物技术有限公司，其他试剂为国产分析纯试剂。
1.2 方法
1.2.1 复合酶水解脱脂蚕蛹蛋白
准确称取50g脱脂蚕蛹蛋白置于1000mL烧杯中，加入纯水定容至500ml，搅拌均匀，水浴加热至90℃维持10min使蛋白质变性，然后冷却至55℃并维持，加入5%的复合蛋白酶自然pH值酶解10小时。
1.2.2 水解度的测定方法
蛋白水解度（DH）是指蛋白质水解过程中被裂解的肽键数与给定蛋白质的总肽键数之比[3]。蛋白质的肽键断裂后α-氨基氮含量增加，因此可以根据水解过程中生成的α-氨基氮的含量来计算DH。使用甲醛滴定法测定水解后α-氨基氮的量，使用凯氏定氮法测定样品的总氮量[4]，计算DH的公式如下：
1.2.3 响应面优化试验
使用中心组合Central Composite Design （CCD）响应面试验设计法[5]，对复合蛋白酶组成中的碱性蛋白酶、中性蛋白酶、风味蛋白酶的配比进行优化。以碱性蛋白酶、中性蛋白酶、风味蛋白酶在复合酶组成中的百分比为考察因素，分别以A、B、C表示，则C=100%-A-B，因此以A和B为因素水平、DH为考察指标进行响应面试验设计优化。采用Design-Expert（Version 8.05b）软件对响应面试验得到的数据进行分析。
2 结果与分析
2.1 响应面优化试验
设定碱性蛋白酶A、中性蛋白酶B的因素水平见表1所示，采用CCD响应面设计法进行优化，试验安排与结果如表2所示。
2.2 回归方程与方差分析
由表3 回归模型的方差分析中可以看出，通过Design-Expert软件计算得到的多元回归方程模型p值=0.0343显著，而失拟项p值=0.9035不显著，说明模型的拟合度较好，能够反映试验的具体水平结果。
2.3 响应因子水平优化
使用Design-Expert软件做出回归模型响应值与因素水平间的响应曲面和等高线图，见图1。
从图1中可以看出，各因素水平对响应值的影响变化趋势及因素水平之间交互作用。从图中可以看出，两个因素水平的响应值对应的曲面和等高线具有最优的响应区域。使用Design-Expert软件进行岭脊分析及回归方程计算，可以得到最优的响应值相对应的因素水平为：碱性蛋白酶48.40%、中性蛋白酶32.09%，计算出风味蛋白酶为19.51%。使用该最优的复合酶配方，DH的最大预测值为38.4%。以此试验得到的最优配方进行3次平行验证试验，得到的DH平均值为38.7%，与预测值吻合度较高，说明该响应面模型能够较好的反映实际试验情况，并能准确预测正常的试验结果。
3 结语
以中心组合响应面试验设计法（CCD）对水解脱脂蚕蛹蛋白的复合酶配方进行优化，使用Design-Expert软件对试验数据进行分析处理，建立响应面回归方程并进行方差分析和显著性检验，结果表明模型的拟合度较好，能够较好的预测试验水平。利用该响应面模型预测最优复合酶配方为：碱性蛋白酶48.40%、中性蛋白酶32.09%，风味蛋白酶为19.51%。使用最優配方进行三批验证试验，得到的DH平均值为38.7%，与模型预测值极为接近。使用优化后的复合酶配方水解脱脂蚕蛹蛋白，可以得到更高的蛋白水解度。试验证明，使用中心组合响应面试验设计法对水解脱脂蚕蛹蛋白的复合酶配方进行优化是行之有效的。
参考文献
[1]Yang Y， Tang L， Tong L， et al. Silkworms culture as a source of protein for humans in space[J]. Advances in Space Research， 2009， 43（8）：1236–1242.
[2]杨海霞，朱祥瑞，陆洪省.蚕蛹在医学上的应用研究进展[J].科技通报，2002，18（4）：318-322.
[3]Pe?a-Ramos E A， Xiong Y L. Antioxidative Activity of Whey Protein Hydrolysates in a Liposomal System [J]. Journal of Dairy Science， 2001， 84（12）：2577–2583.
[4]大连轻工业学院，华南理工大学.食品分析[M].北京：中国轻工业出版社，1994，141-160.
[5]陈斌，庄英萍，郭美锦，等.中心组合设计优化梅岭霉素发酵培养基[J].高技术通讯，2002，12（12）：29-33.
收稿日期：2015-04-20
用米渣制作复合高蛋白饲料 篇4
工艺流程如下:
1 碎渣
将经压滤后结成块状的大米湿糖渣进行碎渣处理。碎渣的方法是每100kg大米湿糖渣加水500kg左右搅拌即可。碎渣后沥去多余水分。
2 糖化
用盐酸调节p H值至4.5, 加热到40-50℃时加入糖化酶。按每千克淀粉加入200m L糖化酶, 温度达60℃时糖化。
3 发酵
(1) 发酵菌种:白地霉。 (2) 斜面种子培育基:土豆、葡萄糖、琼脂, 接种温度为30℃。 (3) 摇瓶一级种子:水解糖、硫酸氨, 在30℃中培养10小时。 (4) 二级种子:50升罐、硫酸镁、硫酸氨、水解糖、碳酸氨二钾, 用氨水调节p H值至6.0, 定容30L, 在30℃中培养。 (5) 500 L发酵培养基:搅碎后的湿糖渣液、硫酸镁、硫酸氨、氨水调p H值为5.6, 在30℃中发酵培养。
4 提取
发酵结束, 离心机过滤甩干, 50-60℃烘干, 粉碎至20目。
5 成品
蛋白质复合体 篇5
环己烷中牛胰蛋白酶与正戊胺复合物的晶体结构
丝氨酸蛋白酶是有机溶媒中研究酶促反应的主要对象之一.其中的胰蛋白酶在生物体内有重要的作用,对其抑制剂如苯甲脒衍生物的`研究可应用于治疗很多疾病.在水溶液中包括正戊胺在内的开链脂肪胺类小分子对胰蛋白酶的抑制能力有限,不能生成复合物.我们对浸泡在含有正戊胺的环己烷中的β-牛胰蛋白酶的晶体结构进行了测定,分辨率为0.2 nm,并与水相中同样处理的晶体作了比较.结果表明,正戊胺于环己烷中和β-牛胰蛋白酶有强结合作用,一个戊胺分子结合到酶活性中心;另一个结合在β-牛胰蛋白酶的表面,与也被结合的硫酸根形成氢键.此X射线蛋白质晶体结构分析提供了一个例子,在有机溶剂中可用弱抑制剂的探针小分子研究其和蛋白的结合情况,以及描绘蛋白质表面的结合位点.这些研究可以为搜索弱抑制剂提供有用的结构信息.
作 者：巫广腾 黄其辰 朱广宇 钱民协 唐有祺 作者单位：北京大学化学与分子工程学院化学生物学系,北京,100871刊 名：化学学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA CHIMICA SINICA年，卷(期)：61(9)分类号：O6关键词：β-牛胰蛋白酶 正戊胺 X射线蛋白质晶体结构 有机溶剂
蛋白质复合体 篇6
2011年6月12日，两位年过70的2009年诺贝尔化学奖获得主阿达·尤纳斯(Ada Yonath)教授和托马斯·施泰茨(Thomas Steitz)教授来到北京。他们不是观光旅游，更不是休闲度假。两位德高望重的老人漂洋过海，分别从以色列和美国不辞辛劳来到北京，是为了参加一次重要的会议。次日 ，“第106次生命科学前沿研讨会暨首届核酸蛋白药物研发国际研讨会”在北京隆重举行，数百名国内外核酸和蛋白领域研究的顶级专家、来宾及学生们在北京会议中心齐聚一堂，共同研讨以核酸蛋白为靶点的药物的前沿趋势。对中国化学生物学术界以及医药产业来说，这无疑是一次国际间学术交流和技术合作的千载难逢的好机会。对北京生命科学和新药创新以及建设“全球创新中心”都具有重要意义。
正如北京市副市长苟仲文在讲话中所说的，这次会议的召开，为集聚全球创新资源，在国际前沿领域开展产学研合作提供了机会，对实施北京生物医药产业跨越发展工程提供了有力支撑。本次会议由北京大学张礼和院士及美国哥伦比亚大学的韦恩·汉德森(Wayne Hendrickson) 美国国家科学院院士，黄震教授为大会联络人及秘书长(General Organizer)。主办方为北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室、南开大学药物化学生物学国家重点实验室和南开大学元素有机化学国家重点实验室，协办方包括清华大学生命科学院、中美化学及化学生物学教授协会 (CAPA)等。承办单位就是北京康钰垚生物科技有限公司（下称：康钰垚公司），这是位于中关村科技园区海淀园的一家新公司，2010年5月正式成立。
在医药领域，康钰垚公司显然是个新手，但新手上路锐不可当，在核酸领域康钰垚公司可谓一枝独秀，全球首创的硒核酸技术让它后来居上，吸引了中海投等VC的青睐。
硒核酸技术将掀起
新药研发革命
全球首创的硒核酸技术由黄震教授始创于1998年，经过12年的实验室系统研究，已逐渐成熟并具备市场化的条件。该技术一举解决了核酸生物大分子X射线晶体衍射领域中相位角测定这一重大技术瓶颈难题，很大程度上帮助核酸及蛋白复合物结晶，提高晶体结构精度，并且能够非常好地保持大分子结构同形性，有望在这一领域以及新药研发领域带来革命性影响。
2001年，黄震教授首次发表定位硒核酐酸合成，并首先提出用硒核酸测定结构的方法。尽管这首篇论文发表在一影响较小的科研杂志(Nucleosides, Nucleotides, & Nucleic Acids, 2001, vol. 20, issue 9, 1723-1734)，但还是有人对它产生了兴趣。 2002年，黄震教授与马丁·额格礼(Marting Egli)教授一起合作，验证了可用硒核酸来测定核酸结构。这一结果发表在化学领域的一流杂志(Journal of American Chemical Society, 2002, vol. 124, No. 1, 24-25)。后来，世界各地多个研究室证实了可用硒核酸测定核酸结构这一结论，并开始采纳黄震教授的硒核酸技术。例如，2005年，由美国、德国和澳大利亚三个国家的科学家组成的联合团队利用硒核酸技术作为关键技术成功解出了世界上第一个能够催化碳碳键形成反应的Diels-Alder核酶三维结构。这一结果发表在该领域的一流杂志Nature Structure and Molecular Biology上 （2005，Vol12，Issue3，Page 218-224），对于科学家进一步研究核糖核酸（RNA）在生命起源和进化过程中的重要作用以及新药设计都具有深远的意义。1年后，以美国科学家马丁·额格礼为首的科学团队同样利用硒核酸技术解决了第一个同源脱氧核糖核酸(HOMO-DNA)的结构，这一结果发表在美国化学会志上 (Journal of American Chemical Society, 2006, 128, 10847-10856)。在没有使用硒核酸技术之前，科学家已经花了10年左右的时间研究这一结构，但都因技术困难而无一成功。
黄震教授告诉记者，核酸与蛋白核酸复合物的研究和三维结构的测定已成为疾病分子机理研究和药物创新研究极其重要的新领域。对这些大分子结构和它们的配体的研究，X射线晶体学是最直接和最有力的测定方法之一。然而，由于常规的重原子取代衍生物相位测定方法（相位测定是X射线晶体学研究领域长期存在的两个难题之一）其自身的缺陷，在很大程度上阻碍了新的结构的测定。另外一个长期存在的难题是结晶方法。到目前为止，在核酸结晶方面还没有一个合理的解决方案。因此，建立一个新的方法和工作平台对促进核酸和蛋白核酸复合物的X射线晶体学发展，特别是大规模制备结晶等工作均具有巨大的价值。
黄震教授成功地发明了一种新的衍生物（其原理是通过硒原子取代核酸分子中的氧原子），并且已通过多次实验确认，同时已经获得发明专利。“我们的研究是基于我们的假设：由于氧、硒均处在元素周期表中的同一族（VIA），因此，硒可稳定地取代核酸中的氧原子，而不产生明显的结构变化。硒核酸衍生物将为核酸、蛋白核酸复合物以及类似药物的小分子核酸复合物的晶体结构测定提供相位信息。”黄震教授告诉记者，“到目前为止，我们已经成功地通过大量的实验证明，硒核酸衍生物可用于解决相位测定难题。同时我们发现，硒衍生物也可以在很大程度上促进DNA的结晶。这些独特的功能对于实现核酸和蛋白核酸复合物（如非编码RNA）的高通量结构测定，满足制药和生物技术行业对新的潜在药物靶点(核酸和蛋白核酸复合物)的结构生物学研究的需求，具有非常高的研究和商业应用价值。”
黄震传奇经历显身手
目前涉及硒核酸平台技术的研究论文已经超过50篇，而作为康钰垚公司首席技术长官，黄震教授实验室发表的论文就超过30篇，占60%以上，并已获得两项核心技术专利。另有多项发明正在申请专利。他的论文引用也在逐年快速增加。
“硒核酸蛋白平台技术”的发明人黄震教授，是美国佐治亚州立大学终身正教授、博士生导师，拥有超过26年的核酸和蛋白质化学和结构分析的研究经验，有10多项专利以及发明，并享受美国联邦政府和州政府的各种研究资助，曾师从2009年诺贝尔医学奖得主杰克·邵斯達克(Jack Szostak)教授。
黄震生于四川江油，长于攀枝花，
1980年考上四川大学分析化学本科，1984年考上北京大学研究生，跟随导师文重教授做蛋白化学和酶促化学。文重教授堪称中国化学生物学先驱者之一。早在60年代，他就开始做酶促化学。跟随文重教授，黄震学到的最过硬的本领就是通过酶促的办法做蛋白合成。还是学生的他就做出了中国首例通过酶促办法产生的甜二肽。如今甜二肽在餐饮行业应用相当普遍。“那是80年代中期，当时我们没有能力把自己的新技术商品化、市场化。”回想当年的情形，黄震颇感遗憾。
1987年北京大学硕士毕业后，黄震就去了瑞士理工（全称叫瑞士苏黎世联邦理工大学）。这是以前爱因斯坦就读过的地方，是全世界排前十名的大学。在瑞士理工攻读博士阶段，黄震师从史蒂夫·伯莱(Steven Benner)教授。史蒂夫·伯莱教授是化学生物学包括核酸化学领域的世界级顶尖大师，在《Nature》和《Science》杂志上发表了二三十篇论文，在生物化学领域享有崇高权威。毕业于哈佛大学的他，没有做博士后就直接在哈佛大学当了教授。1986年，史蒂夫·伯莱教授被瑞士理工聘用。史蒂夫·伯莱教授很有企业家头脑，除了搞学术，还参与并组建了五六家企业，曾给诺华制药的前身企业做科学顾问。值得一提的是，史蒂夫·伯莱教授的导师罗伯特·武德瓦尔德(Robert B. Woodward)教授是哈佛大学的著名教授，也是诺贝尔奖获得者，被誉为 20世纪全球排名第一的有机合成大师。维生素B12就是他首先在实验室合成的。
1988年，黄震加入史蒂夫·伯莱教授的实验室。跟随史蒂夫·伯莱教授，黄震学会了用硫来修饰核酸，合成中性的核酸。他所合成的中性核酸还被用在美国航天部空间研究中心，用来进行外太空探索寻找未知生命。
1994年，黄震博士毕业，随后到了哈佛大学医学院攻读博士后，跟随2009年诺贝尔医学奖获得者杰克·邵斯达克(Jack Szostak)教授从事核酸分子生物学研究。1998年夏天，黄震开始在纽约城市大学布鲁克林学院当助理教授。
布鲁克林学院很小，而且是以教学为主，教学任务繁重。加之经费少，实验室的研究工作甚难开展，只好白天教书，晚上及周末做实验研究。黄震教授刚去的时候，学校只给了一间极其简陋且脏乱不堪的实验室。而实验室所需的设备和化学药品直到1998年12月底才陆陆续续地运到。就在1998年的最后一个夜晚，也就是1999年的元旦前一夜，黄震教授成功地做了一个具有重要科学历史意义的小实验，从此踏上了研发“硒核酸平台技术”的实验科学生涯。
最开始，黄震教授的想法是既做化学合成，又做分子生物学，但布鲁克林学院给实验室的启动基金是非常有限的。在这种窘境下，黄震教授只有在网上购买二手设备。黄震教授清楚地记得当时花了550美元竞拍了一台老设备，但邮寄费就花了200美元。更惨的是，给老设备更换灯源又花了800美元！更富戏剧性的是，直到今日在黄震教授已大大扩展的实验室里 ，那台网上竞拍来的已有30来年历史的老旧设备还可正常运转，一直没坏过！
其实美国的实验室就相当于一个小企业，教授接管之后，就要千方百计生存下去。除了学校的少得可怜的拨款，最主要的资金来源就是通过发表论文，然后再去申请经费。而事情是因果相依的，只有实验室地位提高了，技术上去了，研究深入了，写的论文才有深度会被发表。最困难的时候，他的实验室连买化学药品的钱都快没有了，当时黄震教授已准备用自己的工资去支付化学药品开支。可喜的是，那个阶段实验室还取得了一些小成绩，学校几千美元的经费被及时申请下来，实验又可以继续进行了。其贤妻胡若多对他事业的全力支持与理解，帮助他度过了那段最艰难的时光。
“实验室之所以能够发展，跟我们的研究方向和技术是密切相关的。幸运的是，十几年前我们开始研发硒核酸技术的时候，没有引起其他人的注意。要知道美国的竞争是非常激烈的，如果那个时候引起了大家的注意，我们实验室可能早就被挤死掉了。”黄震告诉记者，“当时没有引起其他人注意，干冷门，其实是个好事，这给了我们一个慢慢地滚动发展的时间。现在我们已经在这个领域综合实力很强了，而且我们研究工作干得也广。我们在做别人很难做得到的事，因为我们的研究工作涉及化学合成、生物化学、生物分析化学、分子生物学、结构生物学等多交叉学科。几乎没人在这么多跨领域交叉学科上同时开展研究工作。我们当初这样同时开展研究工作时，当时就有人认为我们已经疯了，并断言这是学术自杀。当然现在已没人再讲这种极端的话了，毕竟我们已经从最困难的时候走过来。不过，我们付出了很多的心血和汗水，也吃了很多苦头。尽管前面还有很多困难，可喜的是，该硒核酸领域已经逐渐建立起来。我们希望有更多人参与到这个重要的新领域中来。”
不过现在摆在黄震教授面前的最大难题是如何把这项新技术产业化。
康鈺垚近水楼台先得月
康钰垚公司与硒核酸技术的渊源直接与发明人黄震教授相关。康钰垚公司在黄震教授的指点下，对硒取代核酸衍生物的技术及产品进行了深度开发。据估计，在用Ｘ射线法对大分子物质进行三级结构测定方面，核酸结构和功能研究具有巨大的市场潜力。到目前为止，硒核酸方法已在多个实验室中被采用，相关物质的合成和纯化方法都比原来的方法要容易得多。
康钰垚公司的主要市场运作方式是提供特殊试剂给各类研究机构，进行大分子及其复合物和小分子物质的分子三维结构信息测定服务，给客户提供核酸、核酸蛋白复合物和小分子的结晶制备及结构测定服务。“生物分子３Ｄ结构的测定非常有利于在原子水平上促进新药的发现，在分子水平上有助于人们对发病机理的认识。并将使人们改进疾病治疗方案，改善人们的健康状态。” 康钰垚公司执行总裁李克纯告诉记者，“据估计，在美国这个学术市场能够达到７亿元，政府研究的市场是5.6亿元，工业市场的规模为35亿元。据估算，全世界每年的市场规模约为98亿元。”
目前，仅核酸晶体生长及结构测定全球就有14亿美元的市场，而且以20%以上的速度增长。 再加上核酸新药开发市场，这整个领域就更具有广阔的市场前景。康钰垚公司打算以市场为为导向，为国内外从事相关研究的科研机构、生物医药企业提供试剂、“砌块”、结构测定、外包等服务，以便迅速获得大量现金流，并取得市场的领导地位。然后，转向开发药物靶点和新药，从而成为全球核酸蛋白药物的领军化学生物医药企业。
去年6月，硒核酸平台技术经由北京市科委生物中心组织专家论证，形成结论如下：“该项目在核酸分子结构解析领域处于国际领先地位，对化学生物医药领域的创新性研究具有一定的促进作用。团队结构合理，现在公司处于起步阶段，目标市场尚处于培育期，有较好的发展前景。”
美国科学院院士、2009年诺贝尔化学奖得主托马斯·施泰茨也表示，市场需要开发大量新的药物来应对人类新出现的疾病，例如癌症、艾滋病、心血管和神经疾病等。但如果没有三维结构信息和关键核酸、蛋白和核酸蛋白复合物等分子水平的认识，就不可能有效地开发新的药物。而随着人们对核酸结构和功能认识的不断深入，特异性结合或裂解致病基因的核酸药物也应运而生。其作用效率高，应用范围广，是对传统药物概念的补充，具有潜在的广大临床应用前景。
数据显示，目前已有60000多个蛋白三维结构测定完成，国际上相应基于蛋白（药物作用位点或靶点）结构测定而研发的新药层出不穷，占化学生物类药物的99%左右。与之相反，由于目前仅有数百个独立核酸结构被测定（仅占总已知结构数的1%左右），导致以核酸为靶点的药物研究进展缓慢，是一主要原因。
康钰垚已确定公司的战略为发展以核酸蛋白为靶点的药物创新平台，并在技术平台上衍生发展出核酸修饰物和创新药物。公司通过技术服务和产品销售来实现中短期的盈利。硒核酸蛋白技术平台技术路线已经成熟，硒修饰晶体成功生长10种。核酸修饰物合成是康钰垚在硒核酸平台上提供的一项主要业务，中国科学院院士已经委托康钰垚公司合成、晶体筛选和三维结构测定非编码RNA。
目前，康钰垚公司已经与Chemgenes达成合作。Chemgenes公司是目前全球最大的核酸单体产品供应商，有超过30年的专业研发和销售服务经验。 Chemgenes公司拥有18个专利，其中一个是药物传输的核心专利，通常情况下，核酸药物进入体内很容易被代谢分解，这一技术解决了核酸药物的传输问题。
《2010年中国生命科学白皮书》给出了一组数据：2010年，风险投资（VC）在中国生命科学领域的投入首次超过10亿美元，同比2009年上升了319%。自2000年以来，中国生命科学领域专利数量的年均复合增长率达45%，并在2010年数量达到3200件。
“十一五”末期，我国生物医药产业规模已经实现了万亿量级，复合增长率达到了20%左右。2011年是实施“十二五”规划的开局之年。“十二五”期间，相信从国家到地方政府都会对生物产业的技术创新进行引导，来转变经济增长方式。
蛋白质复合体 篇7
关键词：Cu/LDPE复合材料,蛋白质,吸附
传统宫内节育器(IUD)在临床上存在着如出血、疼痛以及盆腔炎等副作用[1,2,3],铜/低密度聚乙烯复合材料(Cu/LDPE)是一种新型含铜宫内节育器(IUD)材料,它能大大减轻上述副作用,且铜的利用率也得到大幅度提高[4,5,6],因此有着良好的应用前景。
IUD是一种置入人体宫腔内的医用器械,根据IUD的使用环境和医用要求,在材料与血液相互作用产生的凝血过程中,血小板的粘附和蛋白质的吸附比较重要,二者与材料表面的性质密切相关,且对血栓形成起着重要的作用[7]。蛋白质吸附层是血液与材料进一步反应的主要场所,它所吸附的蛋白质的类型和构象,决定着紧随其后的血小板粘附和其它所有与血栓形成有关的其它反应,如吸附其上的蛋白质将调节血小板在材料表面的吸附和激活并控制血液的凝集性能,同时也将控制补体的激活以及细菌的吸附[8]。因此研究材料表面蛋白质的吸附行为具有十分重要的意义。
本文研究了浸泡在牛血清白蛋白溶液中的Cu/LDPE复合材料表面的蛋白质吸附量与复合材料中铜含量的关系。
1 实验材料及方法
实验采用的是粉体铜与低密度聚乙烯的复合材料体系。LDPE购自齐鲁石化,密度为0.93 g/cm3,熔融指数为2.5 g/min,平均粒径约为120 μm;纳米铜颗粒购自深圳尊业纳米有限责任公司,平均粒径为50 nm,纯度为99.9%;微米铜颗粒购自上海龙昕科技有限公司,平均粒径为75 μm,纯度为99.7%。
将微米铜、纳米铜和聚乙烯颗粒分别按照铜质量百分含量为6.25%、12.5%、18.75%、25%、31.25%、37.5%混合均匀,注塑成型得到Cu/LDPE微米复合材料和Cu/LDPE纳米复合材料试样。
将试样浸泡在50 μg/mL的牛血清白蛋白溶液中48 h。利用牛血清白蛋白标准曲线(考马斯亮蓝法)测试其蛋白质含量,计算蛋白质的吸附量。
表面粗糙度的测量在表面粗糙度测量仪上进行。
2 实验结果和讨论
图1为Cu/LDPE复合材料表面的蛋白质吸附量与铜含量的关系。蛋白质吸附量随着铜含量的增加出现两个极大值,铜含量为30%～35%时蛋白质的吸附量出现最大值。当铜含量相同时,Cu/LDPE微米复合材料表面吸附的蛋白质比Cu/LDPE纳米复合材料多。
对于同种粒度的Cu/LDPE复合材料来说,当铜含量较低时,随着铜含量的增加,LDPE基体表面亲水性的Cu颗粒越多,Cu和LDPE之间的亲水-疏水微相分离结构越明显,所以蛋白质吸附量也随着增加。铜含量为30%～35%时能形成最为强烈的微相分离结构,此时蛋白质的吸附量出现最大值。之后随着铜含量的增加,LDPE表面的Cu颗粒出现团聚、堆积等现象,致使蛋白质吸附量逐渐减少。
任何材料表面都有一定的粗糙度,不同粗糙度对材料表面的浸润性和表面能都有显著影响,而这会对与其相接触的生物分子的行为产生一定影响[9]。已有研究表明,亲水性好的表面随着表面粗糙度的增加,其亲水性会变得更好,对其他物质的颗粒的黏附能力增强,而憎水性表面随着表面粗糙度的增加,表面更加憎水,对其他物质的颗粒的黏附能力削弱[10,11]。铜含量为12.5%和37.5%的Cu/LDPE复合材料的表面粗糙度如表1所示。
在LDPE中添加了铜颗粒后,由于铜颗粒的亲水性较强,因此Cu/LDPE复合材料具有亲水性的表面。在铜含量相同的情况下,Cu/LDP E微米复合材料的表面比Cu/LDPE纳米材料粗糙,其亲水性相对更好,因此吸附的蛋白质更多。这说明,在铜含量相同时,表面粗糙度是影响Cu/LDPE复合材料对蛋白质吸附量的主要因素。
3 结 论
蛋白质复合体 篇8
1 材料与方法
1.1 时间和地点
2008年5月9日—7月9日, 在陕西省良种奶牛繁育中心进行试验。
1.2 试验动物和分组
选取健康、处于同一泌乳阶段、产奶量相近的荷斯坦奶牛20头, 分为1个对照组和3个试验组, 每组5头。试验组 (1, 2, 3组) , 日粮中“鲜浓140”复合蛋白饲料的添加量分别为200, 250, 300g/d。
1.3 方法
将“鲜浓140”复合蛋白饲料与精料混合均匀饲喂, 每天记录产奶量, 每5d对乳脂率、乳蛋白、pH值和体细胞数进行测定。“鲜浓140”复合蛋白饲料的主要营养指标见表1。
1.4 日粮
粗料:青贮玉米15kg, 苜蓿草1.5kg;精料依据奶牛个体产奶量按每产1.5kg奶供给0.5kg精料计算。精料配方见表2。
2 结果
见表3、表4。
结论与讨论
注:浓缩料为西安新希望牌。
注:同列数据肩注小写字母不同表示差异显著 (P<0.05) , 大写字母不同表示差异极显著 (P<0.01) 。
注:同行数据肩注小写字母不同表示差异显著 (P<0.05) , 大写字母不同表示差异极显著 (P<0.01) 。
(1) 试验结果表明, 泌乳期荷斯坦奶牛添加“鲜浓140”复合蛋白饲料对提高产奶量有明显的效果, 试验组与对照组差异显著 (P<0.05) , 其中以添加300g的效果最好, 平均日产奶量可增加2.74kg。
(2) “鲜浓140”复合蛋白饲料的添加量应根据奶牛产奶量、精料供给量、体况及季节、气温等酌情添加。
尿素改性羊毛角蛋白复合膜的性能 篇9
在羊皮制革过程中,脱脂、脱毛工艺会产生大量羊毛废弃余料,另外在制鞋业、服装毛纺业每年也都有大量的毛产品废弃物,造成环境污染和角蛋白资源的严重浪费[1,2]。羊毛废弃物溶解后提取的角蛋白是一种天然生物高分子聚合物,具有类似羊毛纤维的结构、良好的生物亲和性及生物降解能力[3,4],可广泛用于人造纤维[5,6]、缓释肥料[7]、膜材料[8,9,10]、组织工程支架等领域[11,12]。近年来,废物羽毛及毛发类的再生研究受到极大关注,由于其成本低、无毒及良好的生物学特性[13,14],特别是功能薄膜的制备,在多个领域具有广阔前景。角蛋白分子间可以通过氢键、盐式键、二硫键交联成膜,具有极强的成膜能力,然而纯角蛋白膜刚性强、硬度大,在干燥条件下容易断裂,极大地限制其应用领域,为解决此问题,纯角蛋白膜的改性研究势在必行。
聚合物共混作为最常用的蛋白质改性方法,是改善聚合物特性的一个主要手段[15,16]。可利用角蛋白分子与其它高分子材料共混改性成膜,或添加增塑剂如甘油、山梨醇、聚乙二醇等改善其性能。Kazunori Katoh[17]等将S - 磺基角蛋白粉末与水及乙醇混合制得S - 磺基角蛋白膜,此膜强度、弹性及力学性能均优于纯蛋白膜。同年Kazunori Katoh[18]等将Na Cl晶体、尿素和角蛋白粉混合,高温高压下成膜,此膜可用于细胞培养与吸附、透析膜与半透析膜。王辉[19]等研究了羧甲基纤维素钠共混改性丝素蛋白膜的结构与性能,结果表明: 膜材中丝素蛋白含量大于70% 时,拉伸强度适中,伸长率最大,适合作医用创面材料。在本研究中CMCNa作为一种水溶性纤维素醚被选做共混高分子材料,二者之间可以形成强烈的氢键及静电作用力,在一定程度上改善了复合膜的状态。但共混改性存在高分子材料相容性较差的缺点,并且膜的各方面性能均有待改善,为解决上述问题,交联改性蛋白质的方法值得借鉴。通过交联剂的使用,可以加强大分子间或分子内的键合作用,更有利于改善膜的相容性、机械性能和阻隔性能。罗爱平等[20]认为,用甘油、氯化钙作交联剂对于增强胶原蛋白膜的柔韧性、机械性能更佳,制膜工艺为: 12% 胶原蛋白溶液→热处理( 70 ~ 100℃ ,15min)→加入甘油、钙交联剂→溶解、混合→过滤→增稠→真空脱气→涂布烘干( 60 ~ 70℃ ,4h) →叠加类脂层→再干燥→揭膜→乙醇溶液挥发处理→自然干燥。大豆分离蛋白中的氨基酸和肽链在适当条件下,可与重金属离子Ca2 +形成交联络合物,加强了蛋白质链间的连接。蛋白质分子的氨基还可与环氧氯丙烷、戊二醛发生交联反应,分别用以上交联剂制备大豆分离蛋白改性膜,交联作用对提高阻湿性效果不明显,但却有效提高了机械性能,膜的抗拉强度分别提高了16% 和35%[21]。由于丝素蛋白、胶原蛋白、大豆蛋白与羊毛角蛋白在结构上类似,以上方法可以借鉴。
本研究的前期工作是利用实验室自行提取的羊毛角蛋白溶液[22],与羟甲基纤维素钠溶液共混,添加山梨醇或戊二醛做改性剂制备复合膜[23,24]。本研究选用添加同型双功能交联剂尿素,对原料高分子进行改性,制备羊毛角蛋白/CMCNa/尿素复合膜,并深入探讨添加尿素后对复合膜多方面性能的影响,表征结构并对复合膜的生物降解能力进行验证。尿素可与CMCNa中的羰基形成氢键作用,同时与角蛋白分子肽链上的氨基及酰胺基团存在强烈的氢键作用,分别偶联2 个原料组分大分子,在CMCNa和主分子角蛋白链之间构成密集的交联网状结构,改变角蛋白自身的氢键作用和结晶区域,调整组分分子链的结构,非常有效地使蛋白质变性,从而改善复合膜的性能,膜材内部结构如图1 所示。
1 试验部分
1. 1 原料与仪器
羊毛角蛋白,自制;
羟甲基纤维素钠( CMCNa) 食品级,其重均分子质量5. 0 × 105g / mol( 黏度为300 ~800m Pa·s,替代度中级D. S0. 75 ~ 0. 90 ) ,天津市标准科技有限公司;
尿素,分析纯,购于上海嘉辰化工有限公司;
胰蛋白酶,生物试剂,青岛医药研究所;
所有仪器,天津工业大学分析测试中心。
1. 2羊毛角蛋白/ 羟甲基纤维素钠( CMCNa) /尿素复合膜的制备
将实验室自行提取的羊毛角蛋白原液配制成一定质量浓度,同时用去离子水将羟甲基纤维素钠粉末在50℃ 水浴下搅拌溶解,配制成一定浓度的CMCNa溶液,通过溶液共混方法将二者以一定配比混合,并加入适量的交联剂尿素,在不同的反应温度、反应时间下搅拌均匀后得到制膜液,静止稳定后倾倒于制膜容器中,37℃ 下烘干1h,室温下自然干燥成膜。
1. 3 力学性能测试[25]
参照国标GB1039 - 79 和GB1040- 79,采用织物拉力仪测试复合膜的拉伸强度和断裂伸长率。将膜材在真空干燥箱里烘24h,用千分尺在样品上选取3 点测厚度,计算得平均厚度。取制备好的厚度相近的膜( ( 0. 175 士0. 005) mm) ,用裁样刀裁成长条型试样,样品宽度为15mm,夹持长度为30mm,测试温度为室温,湿度为( 65 +5) % ,样品最终取值均由5 次独立的测试结果求平均值得到,织物拉力仪定速拉伸速度为100mm/min。拉伸强度和断裂伸长率的计算如下式所示。
1. 4 含水率测试
膜在20℃ 、相对湿度RH = 65% 条件下达吸湿平衡24h后,取膜Wa( g)放于烘箱中干燥48h,烘至恒重,称重Wb( g) 。计算其中所含水分质量占膜原质量的百分比,每种样品均做5 个平行试验,取平均值。利用下面公式计算复合膜的含水率MC。
1. 5 透气率测试
按照国家标准GB/T12704 - 1991织物透湿性测定方法—透湿杯法进行: 杯内装入10m L蒸馏水,膜封装在杯口,测试试样组装体于38℃ 环境中,每隔1h测定1 次,重复5 次。利用下面公式计算膜的透气率WVT。
式中: Gi为每次称量的透湿杯质量( g) ;
n为称量的次数;
t为称量的相隔时间(h);
A为膜的有效面积(m2)。
1. 6 复合膜生物降解性测定
模拟人体环境,在PBS缓冲溶液( p H值7. 4) 中溶解胰蛋白酶制备100mg / L胰蛋白酶溶液,选取成膜状态和力学性能良好的复合膜置于20m L胰蛋白酶溶液中,孵化温度37℃ 。 每个试样的初始质量约为10mg( Wa) ,每组样本分3 份进行测试。缓冲溶液一天更换一次,取出的复合膜使用大量去离子水冲洗后重新放入胰蛋白酶缓冲溶液中,试验周期是一个星期,考虑皮肤表皮层的愈合时间为5 ~ 7d。一星期后应用冷冻干燥法干燥剩余膜材24h,称重( Wc) ,降解率DR根据下面公式计算。
1. 7 复合膜结构表征
扫描电镜测试: 选取力学性能良好的复合膜样品,经干燥、喷金处理,利用H - 7650 型扫描电镜测试分析膜材的表观形态并获得电子照片。
红外光谱测试: 将膜样品剪成20mm × 20mm的样品,KBr压片制样,采用德国BRUKER公司TENSOR37型红外光谱仪测定膜样品的红外光谱。
X - 射线测试: 利用X - 射线在晶体上产生的衍射现象,可以在分子水平上分析物质的内部结晶状态以及晶体晶面在材料内部的取向。本试验利用X - 多晶粉末射线衍射仪观测复合膜的晶体结构。
2 结果与讨论
2. 1 正交试验
本研究通过正交试验分析得出制备复合膜的最佳工艺参数。由表1 可以看出影响拉伸强度的各反应因素排序是: 尿素浓度> 反应时间> 角蛋白/CMCNa质量比> 反应温度; 影响断裂伸长率的顺序是尿素浓度> 角蛋白/CMCNa质量比> 反应温度> 反应时间。结果表明: 尿素浓度是对复合膜力学性能最重要的影响因素,反应温度和时间的影响相对较小。依据正交试验的分析结果,综合选择最佳工艺方案是A3B3C2D2,( 角蛋白/CMCNa质量比= 5∶ 5,尿素浓度: 0. 8% ,反应温度: 37℃ ,反应时间: 1h) ,制备的复合膜力学性能最佳。
2. 2交联剂用量对膜力学性能的影响
表2 记录了不同尿素浓度下制膜液及膜材的外观与特征。随尿素浓度增加,制膜液颜色由微黄变至黄色,气泡逐渐增多,尿素在浓度范围0. 6% ~0. 8% 之间,复合膜的韧性和拉伸性能较好,尿素浓度超过1% ,膜材表现出硬性增加,柔性降低。
图2 表明了交联剂用量对复合膜力学性能的影响。当尿素浓度范围在0. 4% ~ 0. 8% 区间,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率均随着尿素浓度的增加而增加。这是因为尿素和原料分子之间发生交联反应并形成紧凑密集的三维网络结构,致使羊毛角蛋白大分子间的氢键作用相对减少,分子内部的链构象和结晶区域状态发生较大变化,纯羊毛角蛋白膜硬、脆、易碎裂的外观性能发生改变,制备出的复合膜的机械性能明显改善,厚度、柔韧性和弹性均有增加。当尿素浓度为0. 8%时,拉伸强度为35MPa,断裂伸长率达到最大值39% 。然而,当尿素浓度范围在0. 8% ~ 1. 2% 时,膜材的断裂伸长率明显下降,同时复合膜的柔软度和弹性也均显现下降趋势,硬度增加。这是由于尿素浓度偏高,交联程度增加,出现了过度交联效果。当尿素浓度为1. 2 % 时,膜材的断裂伸长率大幅下降至11% 。另外通过试验观察此浓度下制备的成膜液呈深黄色、粘稠度高,膜材表面呈泡沫状,成膜状态差。综合分析,当尿素浓度在0. 6%~ 0. 8% 区间内,制备的复合膜具有优良机械性能、透明有弹性并且容易揭膜。由正交试验分析已知交联剂是影响力学性能的最关键因素,选取尿素的最佳用量为0. 8% 。
2. 3 交联剂用量对膜含水率的影响
图3 表明交联剂尿素用量对复合膜含水率的影响,尿素浓度小于0. 6% 时,复合膜的含水率随交联剂含量的增加而增加。由于含水率与膜材的亲水性、各组分的亲水基团数目密切相关,这意味着含水率越高,材料的亲水性越好。羊毛角蛋白和CMCNa都含有一定数量的亲水基团,导致复合膜在一定的交联剂浓度范围内吸收更多水分,含水率上升。当尿素浓度为0. 6% 时,含水率达到最大值10. 26% 。然而,当尿素浓度在0. 6% ~1. 2% 范围内,含水率逐渐减少。这是由于交联剂含量增加,尿素中的酰胺基团与角蛋白的氨基、CMCNa分子的羰基化合物均可以形成强烈的氢键作用,突显交联作用。同时,纯角蛋白自身的聚集状态发生改变,膜材内部结晶区域和交联网状结构增加,导致分子内部亲水性基团大量减少,含水率下降。当尿素浓度0. 8% 时,复合膜具有最佳力学性能,其含水率为9. 38% ,最后当尿素用量添加到最大值1. 2% 时,含水率从最高值10. 26%跌至6. 58% 。
2. 4 交联剂用量对膜透气率的影响
图4 显示了尿素用量与复合膜透气率之间的关系,当尿素浓度在0. 4% ~ 0. 8% 范围内,复合膜的透气率呈上升趋势,逐渐从66. 3 g·m- 2·h- 1增加到最大值81. 8g·m- 2·h- 1。主要原因是尿素和原料分子之间形成大量氢键及三维网络结构,打破固体大分子的晶体结构并扩大复合膜内部分子之间的空隙。同时,尿素作为小分子在原料大分子链之间起到一定的润滑作用,促进羊毛角蛋白和CMCNa大分子之间均匀融合,缓解膜材的刚性特征、避免裂缝与孔洞,复合膜光泽且有弹性,所以膜材的透气率逐渐增大。但是当尿素浓度大于0. 8% 后,透气率从峰值81. 8g·m- 2·h- 1显著下降,0. 8% 浓度形成分界拐点。显然交联剂含量的增加,促使大分子内部交联程度增加,复合膜内部结晶区域增大,膜材表现出较大的硬度与厚度。此外,原料分子间的非共价静电吸引作用,也促使复合膜出现更高的致密度,这与膜材的力学性能及外观状态也相当吻合,最终导致复合膜的透气率跌降到43. 8g·m- 2·h- 1。
2. 5 复合膜的生物降解性
通过降解率数据来说明复合膜的生物降解能力。分别选取尿素浓度为0. 6% 、0. 8% 和1. 0% 的复合膜,均表现出良好的机械性能,进行生物降解性能的测试,在胰蛋白酶缓冲溶液中经过不同的时间段测定膜材质量损失,并计算出相应的降解率。从图5可以看出: 随尿素浓度的增加,复合膜的降解率变化较大,呈现明显的下降趋势。当尿素浓度为0. 6% 和0. 8%时,以一周为降解周期,降解率分别达到37. 2% 和26. 9% ,这意味着复合膜在胰蛋白酶缓冲溶液中具有良好的生物降解性。当尿素浓度为1% 时,降解率下降至9. 9% ,复合膜的质量损失和降解程度明显降低。试验结果表明,交联剂用量偏高并不利于复合膜的生物降解。因为尿素作为小分子交联剂,相当于一个桥梁作用,能够顺利有效地进入大分子链之间,并通过交联改性形成紧密的高分子网络,当交联程度增大,膜材内部结晶区域增大,外观硬度致密度也明显增强,不利于复合膜的降解。另外,尿素中的氮原子电子云密度大,与羰基存在P - ∏共轭效应,具有较强的碱性可与蛋白质端位 α - 羧基及CMCNa中的羧基形成质子结合体,分子间相互渗透融合,当尿素浓度增大,也会在一定程度上提高复合膜的紧密度和强度,导致降解率下降。综合以上分析,力学性能良好的复合膜降解率能够达到35% 以上,尿素浓度偏小有助于提高膜材的生物降解性能。
2. 6 复合膜的表观形态
利用电镜检测( SEM) 研究复合膜的表观形态。图6( a) 是膜材的表面形貌,明显看出表面没有明显的裂纹或孔洞,呈现出相对光滑的外观样貌和良好的兼容性,由此证明复合膜具有良好的成膜特性。图6( b) 是复合膜断面形貌的电镜照片,可以看出膜材的断面相当致密均匀,各组分已达到分子结合水平,制备的复合膜具有良好的相容性和稳定性。
2. 7 红外光谱分析
通过红外光谱验证羊毛角蛋白、CMCNa和复合膜化学结构的差异。图7( a) 是纯羊毛角蛋白膜的红外光谱图,在1 650. 00、1 537. 5cm- 1分别为α - 螺旋型构象的酰胺Ⅰ和Ⅱ带的强特征吸收处出现强吸收峰,表明是以α - 螺旋型构象为主的羊毛角蛋白。另外在3 434. 10、1 457. 50cm- 1处均有特征吸收峰,属于酰胺键( —CONH)伸缩振动范围,证明羊毛角蛋白膜中含有大量酰胺键的多肽分子结构,并以 α - 螺旋型构象为主。羟甲基纤维素钠膜的红外光谱如图7( b) 所示,1582. 10cm- 1处为羟甲基基团的特征吸收峰,3 597. 3cm- 1处的吸收峰,表明是羟甲基纤维素钠中—OH的振动峰,此处振动峰的吸收强度比较大,是由于羟甲基纤维素钠中的—OH基团比较多。图7( c) 是复合膜的红外光谱图,与7( a) 相比可以看出羊毛角蛋白膜的1 650. 00、1 537. 50cm- 1酰胺Ⅰ和Ⅱ带的强吸收峰,明显向低波数偏移至1 588. 10、1 434. 20cm- 1,且吸收峰趋向平缓,同时3 434. 10 和1 457. 50cm- 1酰胺键( —CONH) 伸缩振动特征吸收峰也向低波数偏移至3 334. 50 和1 320. 70cm- 1。图7 ( b) 中1 582. 10和3 597. 3cm- 1处的特征吸收峰消失。原因是交联剂尿素与羊毛角蛋白和CMCNa分子间形成大量的交联网状结构,促使羊毛角蛋白和CMCNa的分子结构、结晶状态均发生较大改变,由红外光谱分析证实,复合膜内部分子之间存在强烈的相互作用,实现了分子水平的化学改性。
2. 8 X - 射线分析
根据前期工作及文献[25]可知: 羊毛角蛋白膜在2θ 为6°和18°有2 个较平缓的特征衍射峰,羟甲基纤维素钠膜在2θ = 21° 有强衍射峰,在2θ =15. 5°有弱衍射峰,说明二者都有结晶结构的存在。若通过添加尿素制备的复合膜没有发生交联改性,各组分分子间没有形成强烈的相互作用,则在衍射图谱中会表现出各组分的衍射峰按混合比例简单的叠加。
a羊毛角蛋白膜,b CMCNa,c角蛋白/CMCNa/尿素复合膜
由图8( a) 可以看出: 角蛋白/CMCNa / 尿素复合膜的衍射图谱中,衍射峰相比纯角蛋白和CMCNa发生了较大变化,并没有出现以上二者的特征衍射峰,而在2θ 为5. 65°和8°有2 个明显的特征衍射峰,如果角蛋白、CMCNa与尿素没有相互作用或作用较弱,复合膜中将会出现各自组分的结晶区域,XRD图谱将会出现各自衍射峰的叠加,由此说明尿素起到交联改性作用,改变了原有组分的结晶状态,分子间形成强烈的相互作用,并有新的结晶区域出现。由图8( b) 可知,角蛋白/CMCNa/戊二醛复合膜在2θ 为4. 6°和7° 出现尖锐的衍射峰,原有组分的衍射峰也消失,说明膜的内部结构出现新的较为集中突出的结晶区域,且结晶度较大。同时也说明戊二醛交联改性的成功。由图8( c) 可以看出,角蛋白/CMCNa/山梨醇复合膜的XRD曲线比较平缓,没有特别突出的衍射峰,结晶度不大,同时纯羊毛角蛋白与CMCNa的特征衍射峰也未出现,这是因为山梨醇的增塑效果,与角蛋白和CMCNa形成氢键作用,破坏了原有组分的晶体结构,但复合膜内部并未出现较为集中的结晶区域。由剪纸称重法得出结晶度: 戊二醛复合膜> 尿素复合膜> 山梨醇复合膜。通过分析与前期工作对比可知,添加尿素交联改性的角蛋白/CMCNa复合膜各组分之间具有很好的相容性,存在强烈的相互作用,并形成新的结晶区域,结晶度介于戊二醛和山梨醇改性复合膜之间。
3 结论
本研究制备了羊毛角蛋白/CMCNa / 尿素复合膜并探讨其各方面性能,同时表征复合膜的结构。当尿素浓度在0. 6% ~ 0. 8% 区间内,制备的复合膜均匀有弹性,力学性能良好,拉伸强度适宜,断裂伸长率较大; 透气率和含水率呈下降趋势,变化范围分别是72. 6 ~ 81. 8g·m- 2·h- 1和10. 26% ~9. 38% ; 当尿素浓度0. 6% 时,降解率达到35% 以上,交联剂用量增大不利于膜材的降解; 复合膜分子间存在强烈相互作用,相容性良好,可在生物医用及皮革涂饰材料领域进行更深入的探索研究,需进一步验证其生物相容性。
摘要：采用交联改性方法制备羊毛角蛋白/羟甲基纤维素钠(CMCNa)/尿素复合膜,通过正交试验和单因素对比试验考察交联剂尿素对复合膜性能的影响,并通过在胰蛋白酶溶液中的降解方法验证膜材的生物降解性。结果表明:角蛋白/CMCNa质量比5∶5、尿素用量0.6%~0.8%、反应时间1h、反应温度37℃时,复合膜致密均匀、拉伸强度适宜,断裂伸长率较大;含水率及透气率随尿素用量的增加呈现下降趋势;生物降解率达到35%以上;扫描电镜显示成膜状态良好;红外光谱与X-射线分析证明复合膜内部分子间存在强烈的相互作用,并出现新的结晶区域,结晶度较大。
复合改性花生蛋白胶黏剂的制备 篇10
在20世纪30年代,胶合板工业为了跟上自动化工业需求木材胶合板的发展,市场上大量需求优质大豆粉制作的胶粘剂,在第二次世界大战后,随着石油工业的发展,具有更好的粘接强度和抗水性的石油衍生胶逐渐取代了大豆胶粘剂而主导着胶粘剂市场[2]。但是大多数石油衍生胶含有酚醛类交联剂,热塑性树脂和热固性树脂难于处理和降解,又易挥发游离甲醛类气体,危及环境;再加上胶粘剂市场的扩大和需求量的急增,而石油衍生胶的资源有限,因此,近年来,对环境无害而又可再生的植物蛋白胶粘剂日益得到人们的重视和青睐[3]。
植物蛋白具有价廉而量广,易于操作(具有较低的粘度),可用于热压和冷压,在20%~35%的湿度下不易脱胶等优点,但是用天然植物蛋白制作的胶粘剂粘接强度和抗水性相对较差,缺乏抗微生物的能力,尚不能很好地达到工业应用的标准。因此,很有必要对植物蛋白进行改性,以提高其制作胶粘剂的粘接强度和抗水性等特性,来满足应用的需要[4]。
本研究采用花生蛋白为原料,通过添加改性试剂对花生蛋白进行改性,制备复合改性花生蛋白胶黏剂,讨论了花生蛋白粉量、十二烷基苯磺酸钠量、尿素量和氢氧化钙量对花生蛋白粉浆液改性效果的影响,并且探讨了十二烷基苯磺酸钠量和尿素量对花生蛋白胶黏剂改性的化学机理。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
花生蛋白粉(食用级)购于天申食品集团有限公司(花生蛋白粉的各项指标:蛋白质(干基)含量≥47%;水分≤7%;脂肪≤7%;色泽:乳白色;气味:具有花生的正常味道;生产日期2008.10.1,食用有效期为:12个月);氢氧化钠,分析纯,天津市福晨化学试剂厂;十二烷基苯磺酸钠,分析纯,天津市福晨化学试剂厂;尿素,分析纯,天津市福晨化学试剂厂;氢氧化钙,分析纯,江苏常州市科发化学试剂有限公司;单板:压板试验所使用的单板是杉木板,幅面为85mm×65mm,厚度为9~1.1mm。FA2104电子分析天平,上海良平仪器仪表有限公司;SZCL数显智能控温磁力搅拌器,郑州长城科工贸有限公司;WDW—100微机控制电子万能试验机,上海华龙测试仪器有限公司。
1.2 复合改性花生蛋白的制备
往反应容器中加入30mL水,在不断搅拌情况下缓慢加入一定量的花生蛋白粉,搅拌形成均匀的花生蛋白粉浆液,慢慢滴入5mL(由100mL水加12g氢氧化钠配制成的)溶液。搅拌30min后,加入一定量的十二烷基苯磺酸钠。搅拌20min后,加入一定量的尿素,搅拌40min,最后加入氢氧化钙,搅拌均匀即可。
1.3 胶粘性能的测定
1.3.1 胶粘强度的测定
1.3.1.1 压板
胶粘木板样品的制备:每个样品长85mm,宽65mm,厚10mm。将两块木材粘在一起,如图2.1所示,涂布面积为65mm×40mm。先将涂过胶的木材初粘在一起,然后夹紧,干燥一天。
1.3.1.2 测定胶粘强度
木材样品的拉伸剪切强度(胶粘强度)由WDW—100 型微机控制电子万能试验机测定,压缩速度为10 mm/min。
拉伸剪切强度σ 按下式计算:
σ=F/S
式中:F——剪切力,N
S——作用面积,m2
1.3.2 耐水性的测定
将胶粘好的木板样品放置在容器中,室温下在自来水中浸泡24h,然后在室温下空气干燥24h。测量胶粘木板样品的拉伸剪切强度。
2 结果与讨论
正交实验结果见表1和表2。
2.2 正交试验结果分析
2.2.1 花生蛋白粉量对胶粘剂胶合强度的影响
从正交试验结果看,无论是否进行耐水性测试,花生蛋白粉量对胶粘强度影响的极差都不是很高,这说明花生蛋白粉虽然对胶粘强度有影响,但是在实验范围内,其影响不是很显著。
2.2.2 十二烷基苯磺酸钠添加量对胶粘剂胶合强度的影响
从表1和表2中可以看出,无论是否有进行耐水性测试,十二烷基苯磺酸钠的极差都是比较高,这说明十二烷基苯磺酸钠添加量对胶合强度的影响比较明显。
花生蛋白质所含的非极性氨基酸如亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(IIe)等含疏水性残基,通过疏水键相互结合于蛋白质分子中心,采用十二烷基苯磺酸钠预处理花生蛋白粉的作用是利用离子效应,与蛋白质结合促使其三维结构的伸展。疏水端基转而朝外,能有效增强花生蛋白的疏水性。
2.2.3 尿素添加量对胶粘剂胶合强度的影响
尿素分子中含有氧原子和氢原子,可以与花生蛋白分子上的羟基作用,打断蛋白质体系中的氢键,从而有效地打开花生蛋白分子内部的复合结构,为钙离子的螯合作用提供有利的分子构象。
不进行耐水性测试时,尿素添加量为3.0g(即浓度大约1.5mol/L)时胶合强度达到较大值。进行耐水性测试时,尿素添加量为1.5g时,胶合强度达到最大值。继续加大尿素的添加量,胶合强度会下降,这主要有两方面的原因:(1)由于花生蛋白质分子展开过多而增加了分子间的作用力,粘度太大,胶粘剂的流动性变差,不利粘接;(2)由于蛋白分子的过度展开导致的结果,过高浓度的尿素可以破坏具有疏水性的蛋白质二级结构。
2.2.4 氢氧化钙添加量对胶粘剂胶合强度的影响
氢氧化钙在胶黏剂的改性中主要有两个方面的作用:一是钙离子可以与花生蛋白质分子发生螯合作用;二是提高胶黏剂的碱性。
不进行耐水性测试时,胶合强度随着氢氧化钙添加量的增加而升高;进行耐水性测试时,胶合强度在氢氧化钙添加量为1.5g时达到最高,继续加大氢氧化钙的量就会使整个胶粘剂的碱性过高,导致耐水性降低。
2.3 化学机理的分析
2.3.1 十二烷基苯磺酸钠改性花生蛋白的化学机理分析
Dickinsion[5,6]在总结大量试验事实的基础上提出了离子型表面活性剂与蛋白质混合体系界面吸附的增溶机理:分散在表面的蛋白质分子与水溶性的表面活性剂形成蛋白质—表面活性剂复合物,从而使蛋白质分子以复合物的形式进入水相。此时,表面活性剂与被吸附的蛋白质有强烈的相互作用。
从复合改性花生蛋白正交试验结果可看出,通过十二烷基苯磺酸钠对花生蛋白的改性,在其添加量为0.5g时,耐水性胶合强度得到显著提高。归根结底主要是由于十二烷基苯磺酸钠非极性的碳氢链与被吸附的非极性蛋白质侧链基团之间强烈的相互作用,提高了蛋白质的表面疏水性。简言之,第一阶段的十二烷基苯磺酸钠改性有效地使蛋白质自身的疏水基团外露,为胶合强度的提高做出了贡献。有文献指出[7],蛋白质与十二烷基苯磺酸钠的结合基本未触及蛋白质的二级结构,三级结构也并未完全伸展,因此尚需对蛋白质进一步改性。
2.3.2 尿素改性花生蛋白的化学机理分析
氢键在蛋白质的二级结构中起稳定构象的重要作用。Kalla和Kinsella[8]的研究表明,脲是一种有效的变性剂。尿素分子中有氧原子和氢原子,可以与大豆蛋白分子上的羟基作用,打断蛋白质体系中的氢键,从而使分子内部的复合结构伸展开来[9],为最终的钙离子螯合反应提供可结合点。(以β-折叠的氢键结合为例,见图2)。常温下,蛋白质在尿素溶液中可达到较好的变性效果[10]。
3 结 论
本文采用复合改性方法,选用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、变性剂尿素、氢氧化钙联合改性花生蛋白,制成的复合改性花生基胶粘剂,优化改性胶的配方,探讨胶粘剂强度和耐水性能,本文研究结论如下:
(1)花生蛋白粉量为11.5g,十二烷基苯磺酸钠添加量为0.2g,尿素添加量为3.0g,氢氧化钙添加量为2.0g,木材样品剪切强度达到最优,为2.334MPa。
(2)木板粘接样品经过24h泡水和24h的室温下干燥,花生蛋白粉量为11.5g,十二烷基苯磺酸钠添加量为0.5g,尿素添加量为1.5g,氢氧化钙添加量为1.5g,木材样品剪切强度达到最优,为0.73MPa,具有较好的耐水性能,可以在潮湿的环境下使用。
尽管改性花生基胶粘剂的原料成本要比脲醛树脂高些,但其游离甲醛释放量为0,达到国际E0级水平,且花生原料资源丰富,可再生,资源丰富,无毒环保,用其制成木材胶粘剂具有很好的社会效益和生态效益。
摘要：用花生蛋白粉作为原料,用碱、十二烷基苯磺酸钠、尿素、氢氧化钙对其进行改性,合成一种具有社会效益和生态效益的改性花生蛋白胶粘剂,运用正交实验法考察了花生蛋白粉量、十二烷基苯磺酸钠量、尿素量和氢氧化钙量对改性花生蛋白胶黏剂的胶结性能的影响,同时分析了十二烷基苯磺酸钠和尿素对该胶黏剂的改性机理。
关键词：花生蛋白,改性,胶粘剂
参考文献
[1]王孟钟,黄应昌.胶粘剂应用手册[M].北京:化学工业出版社,1987.
[2]Weining Huang,Xiuzhi Sun.Adhesive Properties of Soy Proteins Modi-fied by Sodium Dodecyl Sulfate and Sodium Dodecylbenzene Sulfonate[J].AOCS.2000,77(7):705-708.
[3]Xiuzhi Sun,Ke Bian.Shear Strength and Water Resistance of Modified SoyProtein Adhesives[J].AOCS.1999,76(8):977-980.
[4]王业东.小麦蛋白改性及其粘接特性的研究[D].郑州:郑州工程学院,2004.
[5]Eric Dickinsion.Adsorbed protein layers at fluid interfaces:intearc-tions,structure and surface theology[J].Colloids and Surfaces B,1999,15:161-176.
[6]Eric Dickinsion.Proteins at interfaces and in emulsions:stability,the-ology and interactions[J].J Chem Soc Faraday Trans,1998,94(12):1657-166.
[7]肖进新,赵振国.表面活性荆应用原理[M].北京:化学工业出版社,2003:464-469.
[8]Navin K.D.Kella,Syng T.Yang,John E.Kinsella.Effect of Disulfide Bond Cleavage on Structural and Interfacial Properties of Whey Proteins[J].J Agric Food Chem,1989,37(5):1203-1210.
[9]Xiao Qua Mo,Xiu Zhi Sun.Thermal and mechanical properties of past-ies molded from urea-modified soy protein isolates[J].Am Oil Chem Soc,2001,78:867-872.