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用单分子力谱研究多巴的黏附特性

作　者: 韩晓天
导　师: 王炜
学　校: 南京大学
专　业: 物理学
关键词: 单分子力谱多巴相互作用基板针尖分子间的丝鞘贻贝合成方法原子力显微镜黏附特性单分子层化学合成的 single 溶液第二章 microscopy 距离曲线 atomic 铁离子浓度
分类号: Q517
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

多巴是贻贝足丝黏附蛋白中的一类特殊氨基酸。是由络氨酸经络氨酸羟化酶修饰后产生的一种具有儿茶酚羟基的氨基酸。实验证明在组成贻贝足丝的Mefp蛋白家族内,所有的蛋白质都含有多巴。其中位于足丝盘与基质交界面上,与足丝黏附性能直接相关的Mefp-3、-5以及构成贻贝足丝鞘,起保护足丝功能的Mefp-1三种蛋白多巴含量最高,可达到15%-30%。人们发现多巴是贻贝足丝黏附蛋白粘附能力的主要贡献者之一。之前人们对多巴的研究大都停留在宏观和介观水平,以整个蛋白或者较大氨基酸片段为研究对象,以很少有针对多巴单分子特性的研究。随着仪器检测手段的革命性进步,近年来单分子力谱技术得以空前发展。基于原子力显微镜技术的单分子力谱方法已被广泛的应用于分子间及分子内相互作用的研究。并产生了很多有重要意义的研究成果。第二章中,我们通过传统的将多巴修饰于原子力显微镜针尖上的方法来研究多巴与基板间的相互作用。我们先用有机化学的方法合成了Boc-dopa,然后将Boc-dopa连接到了修饰有PEG的针尖上。之后用原子力显微镜测量了多巴与Ti、SiO2以及云母表面的相互作用。实验结果显示,多巴与上述三种基底的相互作用均在200-300pN之间,相当于力学性能较好的蛋白的解折叠力。另外我们利用相似的方法对NH2与Ti、SiO2以及云母表面的相互作用也做了相应测量,得到相互作用约在100-200pN范围内,产生相互作用的原因之一是静电相互作用。我们对于单分子多巴与基底相互作用的研究有助于基于多巴的新型材料的设计。第三章中,我们认识到第二章中所用的将分子修饰到针尖上以测量分子间相互作用的传统方法的局限性,所以我们在本章提出了一种新的测量分子间相互作用的单分子力谱实验方法。新方法用透明质酸作为骨架,利用化学合成的方法将目标配体分子修饰到透明质酸链上。通过将对应受体分子固定于基板上,使带有配体的透明质酸通过受体-配体相互作用黏附与基板上。然后进行单分子力谱实验,所得结果类似于多聚蛋白解折叠的力谱曲线。我们用生物素-链霉亲和素这对研究比较透彻的分子验证了方法的可靠性。新方法对于数据质量的提高也得到了证实。在本章最后,我们利用新方法测量了多巴与基底的相互作用,所得相互作用大小约200pN。通过本章我们开发了一种新的测量分子间相互作用的方法,有效的弥补了传统方法的不足。第四章中主要研究了多巴与铁离子的相互作用。由于多巴与铁离子在贻贝足丝鞘结构中非常重要。多巴与铁离子交联形成的网络是贻贝足丝鞘具有高硬度的同时又有着良好弹性的结构基础。经过实验测量在1000nm/s的拉伸速率下多巴与铁离子的结合力在250-400pN范围内。如此强大的结合力是足丝鞘发挥其保护功能的基础。通过上述的研究,我们对单分子多巴的黏附特性有了进一步的了解,对于其分子间的作用力进行了定量的测量。对以后的贻贝足丝粘附机理的阐明和功能性材料的设计做出了有益的贡献。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章：前言  10-21
  1.1 多巴在贻贝足丝中的功能  11-18
    1.1.1 贻贝足丝的功能  11
    1.1.2 贻贝足丝结构  11-12
    1.1.3 足丝盘蛋白  12-14
    1.1.4 贻贝足丝蛋白分子间相互作用  14-18
  1.2 单分子力谱技术  18-21
    1.2.1 仪器的组成及原理  18-19
    1.2.2 单分子力谱实验  19-21
第二章单分子多巴与基底的相互作用  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 材料和方法  21-25
    2.2.1 试剂  21
    2.2.2 Boc-dopa的合成  21-23
    2.2.3 修饰针尖以及基底清洗  23-25
    2.2.4 单分子力谱实验  25
  2.3 结果与讨论  25-31
    2.3.1 PEG分子在溶液中的拉伸  25-27
    2.3.2 dopa与基底的相互作用  27-29
    2.3.3 NH_2与基底的相互作用  29-30
    2.3.4 结论  30-31
第三章一种基于原子力显微镜用来研究分子间相互作用的新方法  31-47
  3.1 引言  31-33
  3.2 材料和方法  33-35
    3.2.1 试剂  33
    3.2.2 HA-biotin的合成  33-34
    3.2.3 基板表面修饰  34
    3.2.4 单分子力谱实验  34-35
    3.2.5 数据拟合  35
  3.3 结果与讨论  35-42
  3.4 多巴和Ti相互作用的测量  42-45
  3.5 结论  45-47
第四章多巴与Fe~(3+)的相互作用  47-60
  4.1 引言  47-53
    4.1.1 贻贝足丝中的Fe~(3+)  47-49
    4.1.2 利用表面力仪对含多巴蛋白和Fe~(3+)的相互作用的研究  49-52
    4.1.3 pH对于多巴和Fe~(3+)结合的影响  52-53
  4.2 材料和方法  53-56
    4.2.1 试剂  53
    4.2.2 HA-dopa的合成  53-54
    4.2.3 带有多巴胺的基板修饰  54-55
    4.2.4 单分子力谱实验  55
    3.2.5 数据拟合  55-56
  4.3 结果与讨论  56-58
    4.3.1 对照实验  56-57
    4.3.2 多巴与铁离子的相互作用测量  57-58
  4.4 结论  58-60
第五章总结和展望  60-62
参考文献  62-67
发表论文  67-68
致谢  68-69

用单分子力谱研究多巴的黏附特性

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