pH/温度双响应金纳米粒子在蛋白活性调节中的应用

论文摘要

蛋白质是生命的物质基础,是生命活动中最为重要的生物大分子之一。对蛋白质的深入研究有助于人类揭开生命的奥秘,其在生物催化、药物开发、细胞工程和组织工程等众多领域都有着重要的应用价值。蛋白质的组成和结构决定了其独特的生物活性。人们试图通过对已有蛋白质进行不同的改性来改善和提高其功能性质。研究表明聚合物与酶等活性蛋白质的耦联能够调节蛋白质的功能,特别是通过对环境刺激具有响应性的聚合物与蛋白质的耦联能够可逆地调节蛋白的功能与稳定性。然而,聚合物与蛋白的耦联同样会不可避免地造成蛋白质活性的下降,这是由于聚合物长链会干扰蛋白质活性位点与底物结合,同时定点耦联改性蛋白的方法并不能保护蛋白质不被胰蛋白酶等水解酶分解,因此改性蛋白质在生物学中的应用受到了很大限制。此外,蛋白质的结构容易受到外界环境影响而被破坏,导致其功能的丧失,所以蛋白质改性的前提是尽可能地保持其生物活性与结构稳定性。金纳米粒子（AuNPs）由于其优异的生物相容性、粒径的可控性、大的比表面积以及良好的稳定性已被证明是蛋白质的理想载体。综上所述,制备一种以金纳米粒子为载体,将刺激响应性聚合物和蛋白质与金纳米粒子相结合从而实现对蛋白活性开关式调控的体系在生物学应用中有着广阔的前景。首先,我们将焦磷酸水解酶（Pyrophosphatase,PPase）、pNIPAM和pMAA通过Au-S键依次接枝在金纳米粒子表面,制备AuNP-PPase-pNIPAM-pMAA复合物粒子。通过调节pNIPAM和pMAA的分子量大小,系统研究了在不同的温度和pH组合条件下蛋白质的活性状态。同时,研究了复合物粒子在复杂环境下的循环调控能力和抗胰蛋白酶水解的能力。研究显示这种具有pH/温度双响应性的AuNPs复合物不仅能实现对蛋白质的活性的开关式精准调控,而且相对于天然蛋白,复合物粒子对胰蛋白酶有着较高的耐受性。这种在金纳米粒子表面引入温敏性聚合物和pH响应性聚合物制备的复合物粒子,可以通过改变环境温度和pH实现对蛋白质活性的开关式调控。这种新型的智能调控策略在可控生物催化及水处理等领域具有巨大的应用潜力。其次,为进一步更好地控制响应性聚合物分子在材料表面的分布,我们制备了 NIPAM和MAA共聚物修饰的金纳米粒子,研究了其与溶菌酶形成的复合物粒子在不同温度和pH条件下的酶活表现,以及共聚物上两种单体配比对溶菌酶活性的影响。另外,探究了复合物粒子的智能杀菌能力。结果表明利用NIPAM和MAA的共聚物修饰的金纳米粒子能够同时响应pH和温度的变化,实现对溶菌酶活性开关式的调控。进一步的抗菌试验表明,该复合物粒子在改变温度和pH条件下,可以实现高效、智能可控的杀菌效果,在抗菌杀菌以及环境保护等领域有着潜在的应用价值。综上所述,在金纳米粒子表面引入温度响应性均聚物和pH响应性均聚物,或者两者的共聚物,可以在温度和pH都改变的复杂情况下实现对蛋白活性的开关式的精准调控,对于多种性质的蛋白质可以实现其不同的蛋白性能的调控。同时,复合物粒子的循环可利用性和抗胰蛋白酶水解等能力使这一新型的pH/温度双响应金纳米粒子与蛋白质形成的复合物在载药、水处理、生物催化等领域有着较大的应用潜力。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 响应性聚合物及其在生物学中应用
•     1.1.1 响应性聚合物
•     1.1.2 响应性聚合物在生物学中的应用
•   1.2 响应性聚合物在蛋白活性和稳定性的调节中的应用
•     1.2.1 蛋白质结构和功能
•     1.2.2 蛋白活性和稳定性的调节
•   1.3 双响应聚合物在蛋白活性调节中的应用
•   1.4 课题的提出
•     1.4.1 研究目的和意义
•     1.4.2 本论文工作
• 第二章 pH/温度双响应纳米粒子调控焦磷酸酶活性
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验试剂
•     2.2.2 实验仪器
•     2.2.3 蛋白质的表达与纯化
•     2.2.4 α-巯基pNIPAM的合成
•     2.2.5 α-巯基pMAA的合成
•     2.2.6 金纳米粒子的合成
•     2.2.7 AuNP-PPase-pNIPAM-pMAA复合物制备
•     2.2.8 AuNP-PPase-pNIPAM-pMAA复合物表征
•     2.2.9 活性测试
•     2.2.10 可逆循环实验
•     2.2.11 抗胰蛋白酶水解实验
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 聚合物的合成
•     2.3.2 复合物纳米粒子的表征
•     2.3.3 复合物纳米粒子的活性测试
•     2.3.4 复合物纳米粒子的循环能力测试
•     2.3.5 复合物纳米粒子抗胰蛋白酶水解能力测试
•   2.4 本章小结
• 第三章 pH/温度双响应共聚物接枝金纳米粒子调节溶菌酶活性
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 实验试剂
•     3.2.2 实验仪器
•     3.2.3 包含NIPAM和MAA单体的无规共聚物的制备
•     3.2.4 金纳米粒子的合成
•     3.2.5 AuNPs-Lyz-p（N-M）复合物制备
•     3.2.6 AuNPs-Lyz-p（N-M）复合物表征
•     3.2.7 复合物粒子活性测试
•     3.2.8 抗菌实验
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 无规聚合物的合成
•     3.3.2 复合物的表征
•     3.3.3 复合物活性测试
•     3.3.4 抗菌性能测试
•   3.4 本章小结
• 第四章 结论和展望
•   4.1 结论
•   4.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间研究工作
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙亚

导师: 王宏炜,袁琳

关键词: 金纳米粒子,蛋白活性调控,温度双响应,智能可控式调控

来源: 苏州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 苏州大学

基金: 国家自然科学基金

分类号: Q51

DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.000179

总页数: 81

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