溶菌酶淀粉样纤维化的调控因素及应用

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淀粉样纤维化是一种独特的蛋白聚集行为。在特定条件下,蛋白和肽形成不溶性纤维样聚集体。由于淀粉样纤维与阿尔兹海默症、疯牛病、帕金森病和糖尿病等五十多种人类重大疾病息息相关而受到科学家的广泛重视。除此之外,淀粉样蛋白纤维自身可以制备成纳米片、纳米球等多种样式的纳米材料,或者与其他物质形成复合材料继而达到更优良的性能。因此淀粉样蛋白纤维化在纳米材料领域显示出良好前景,使得国内外科研工作者对它的研究热情日益高涨。有鉴于此,研究淀粉样纤维化的生成机制对于相关疾病的治疗以及基于淀粉样纤维的新型生物材料的研发具有重要意义。本文第一个工作研究了Hofmeister阴阳离子序列对溶菌酶淀粉样纤维化的调控影响,第二个工作研究了氧化石墨烯(GO)对成熟溶菌酶淀粉样纤维的影响以及氧化石墨烯与纤维形成的复合材料的抗菌应用。鸡卵清溶菌酶蛋白结构和功能特征与人溶菌酶非常相似,常被用作研究淀粉样蛋白疾病预防和治疗的模型。在Hofmeister序列对溶菌酶淀粉样纤维化的影响研究中,本工作主要通过硫黄素T(Th T)荧光,傅里叶变换红外光谱(FTIR)和原子力显微镜(AFM)进行了Hofmeister阴阳离子序列(Hofmeister阳离子序列:NH4+>K+>Na+>Cs+>Li+>Rb+>Mg2+>Ca2+>Ba2+;Hofmeister阴离子序列:SO42->F->COO->Cl->NO3->Br->I->Cl O4->SCN-)与溶菌酶淀粉样纤维化的相关规律性研究。通过Th T荧光技术分析发现所有离子都促进了溶菌酶淀粉样纤维化,其中阴离子序列影响纤维化的速率基本与Hofmeister序列顺序相同;通过FTIR表征分析发现阳离子影响下生成的淀粉样纤维β-折叠结构含量差别不大,而阴离子影响下生成的淀粉样纤维的β-折叠结构含量由多到少排序基本与逆Hofmeister序列的顺序相同;通过AFM技术研究,本工作首次发现Hofmeister序列阴离子对溶菌酶淀粉样纤维化的微观形貌调控差异显著,其中受SO42-、F-、COO-这三种离子影响生成的淀粉样纤维呈现出新颖的形貌变化,其特征为出现纤维分枝和增厚的现象,而受Cl-、NO3-、Br-、I-、Cl O4-、SCN-影响的纤维为简单的长纤维,形貌大致相同。本课题组认为出现这两类不同的阴离子影响的原因是因为在这两类阴离子存在下溶菌酶淀粉样纤维的成核生长机制不同。此外,AFM图像表明不同阳离子对纤维形貌的调控差异不大,这是由于带正电的溶菌酶蛋白和阳离子之间缺乏静电吸引作用导致的。在氧化石墨烯对成熟溶菌酶淀粉样纤维的影响及应用研究中,氧化石墨烯(GO)加入溶菌酶淀粉样纤维溶液中对纤维产生分解效应,将二者的复合物对大肠杆菌进行抗菌实验发现其抗菌效果优于GO或溶菌酶的单独抗菌效果。本研究首先通过AFM技术结合Fiber app和NOVA软件分析发现GO对纤维形貌有明显调控作用;通过FTIR研究了GO对溶菌酶淀粉样纤维酰胺I带的影响,发现纤维特有的β-折叠含量产生了变化,Th T荧光分析显示加入GO降低了溶液中淀粉样纤维的含量。将GO与溶菌酶淀粉样纤维形成的复合材料作为抗菌剂与大肠杆菌作用,发现其抗菌率可以达到80%以上,是优良的大肠杆菌抑制剂。本工作通过FTIR和化学计量学分析了该材料及其组成成分单独与大肠杆菌作用的机制,指纹光谱的差异变化表明细菌内蛋白的二级结构和细菌细胞膜脂多糖等方面受到了影响。本研究认为复合物抗菌和组成复合物的成分单独抗菌产生不同效果的主要原因,是由于不同纤维形貌差异以及GO结合溶菌酶后对大肠杆菌细胞膜接触方式差异导致的。本工作运用多种实验表征对溶菌酶蛋白纤维化的调控因素及应用进行了研究,希望本工作的研究成果能够为淀粉样纤维化盐效应影响调控方向和基于淀粉样蛋白纤维的新型纳米材料研发方向提供新的参考。
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