蜘蛛丝蛋白在大肠杆菌中制备的研究进展毕业论文
2021-12-28 21:09:10
论文总字数：20523字
摘 要
蜘蛛丝蛋白卓越的功能，给后人留下了广阔的研究开发空间。由于天然蜘蛛丝蛋白产率较低，许多生物学方法如基因工程技术等被开发，从而获取高产量的蜘蛛丝蛋白。目前研究致力于在大肠杆菌中获取蛛丝蛋白的高效表达。本文通过广泛的相关文献检索，综述了国内外蜘蛛丝蛋白在大肠杆菌中的制备方法，并介绍了结构特点、理化性质、机械性能、合成途径、在大肠杆菌中的表达方法以及应用价值等，且为以后的蜘蛛丝蛋白研究提供较全面的认识和一些新启发。
关键词： 蜘蛛丝蛋白 大肠杆菌 纤维蛋白
Progress in the preparation of spider silk protein in E.coli
Abstract
The existence of spider silk protein's outstanding function has left a broad space for future generations to study.Due to the low yield of natural spider silk protein, many biological methods, such as genetic engineering technology, have been developed to obtain high yield spider silk protein. At present, the research is focused on the efficient expression of spider silk protein in E. coli.This article reviews the preparation methods of spider silk proteins in E. coli at home and abroad through an extensive literature search, and the structural characteristics, physical and chemical properties, mechanical properties, synthesis methods, expression methods in E.coli and application value are introduced, which provides a more comprehensive understanding and some new inspiration for spider silk protein research in the future.
Key Words: Spider silk protein; Escherichia Coli; Fibrin
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 前言 2
第二章 蜘蛛丝 3
2.1纤维蛋白 3
2.1.1 纤维蛋白的概述 3
2.1.2 蜘蛛丝与其它纤维 3
2.1.3 蛛丝与其它常见纤维性能比较 4
2.2 蜘蛛丝与蚕丝 4
2.3蜘蛛的结构特点 5
2.3.1蜘蛛丝的结构 5
2.3.2蜘蛛丝的特点 5
2.4 蜘蛛丝的理化性质 6
2.4.1蜘蛛丝的物理性能 6
2.4.2 蜘蛛丝的机械性能 7
2.4.3其他性质 7
2.5蜘蛛丝蛋白的种类 8
2.6蛛丝产生部位 9
2.7蜘蛛丝的合成途径 10
第三章 蜘蛛丝在大肠杆菌中的表达 11
3.1研究进展 11
3.2制备方法 11
3.2.1 优化基因序列 11
3.2.2 其他方法 13
第四章 蜘蛛丝的应用 15
4.1军队事务上 15
4.2医学应用上 15
4.3纺织制衣上 15
4.4材料科学上 15
4.5其他 16
第五章 结语 17
参考文献 18
致谢 22
第一章 前言
蜘蛛产生丝纤维，丝纤维主要由结构丝蛋白（蜘蛛丝蛋白）构成。蜘蛛丝是一种具有层次结构的强韧纤维生物蛋白材料，已进化为能有效储存和耗散机械能的多种功能，使其成为已知最强韧、用途最广泛的材料之一，丝属于更广泛的一类生物结构，在生物系统中，丝作为关键的物质成分进化而来，提供结构支持、力的产生、催化性能或能量转换。蜘蛛丝具有多功能性，目前已知有七种不同类型的丝，具有不同的机械性能，满足不同的生物功能。蜘蛛丝非比寻常的性能很早就引起了人们的浓厚兴趣，并逐渐将其利用起来。蜘蛛丝是几千年来人类获取的用于各种用途的天然材料。古时候，希腊人和罗马人用蜘蛛丝药膏覆盖伤口止血，这些药膏也被用作收敛剂、止血药和解热药[1-2]。早在18世纪时期，人类开始应用蜘蛛丝。在二十世纪三十至五十年代期间，蜘蛛丝曾被广泛应用于军事和光学装置上，比如显微镜、枪炮的瞄准系统等。蜘蛛是领地性的、捕食性的昆虫，所以不会产生大量的丝。然而作为一种天然高分子材料，蜘蛛丝拥有高强、高韧性、生物相溶性好等诸多优点[3]。人们通过对蜘蛛丝的研究，将更加深刻的揭示蛛丝纤维的组成、结构、性能与生物学功能之间的相互关系，这将进一步推动人们对具有特殊性能的新型丝纤维材料的仿生设计研究与利用[4]。研究蜘蛛丝蛋白质的重组表达在生物医学以及生物制药领域有着重要意义。国内对于蜘蛛丝的研究起步较晚，相比较于国外略微滞后，国家对于蜘蛛丝、重组蜘蛛丝结构和性能的基础研究资金投入也鲜少，如今国家大力支持，现今蜘蛛丝的研究在国内有广阔的前景和空间。
第二章 蜘蛛丝蛋白的简介
2.1纤维蛋白
2.1.1 纤维蛋白的概述
纤维蛋白主要分为两类，一类是含有呈现相同二级结构的多肽链且不溶于水的蛋白质。另一类纤维蛋白大多结合紧密，可以支撑起单个细胞或整个生物体，起着保护的作用，例如由纤维蛋白构成的支架，称为细胞骨架。
2.1.2 蜘蛛丝与其它纤维
纤维是指由连续或不连续的细丝组成的物质。
（1）天然纤维：指天然存在，可直接获取。根据其来源可分为三类。如表2-1所示：
表2-1 天然纤维分类
分类 | 来源 |
植物纤维 | 由植物的果实、茎、叶等处得到的纤维，是天然纤维。 |
动物纤维 | 由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。 |
矿物纤维 | 纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等。 |
（2）化学纤维：指非天然存在，需人工经过化学方法制备而成。分类如表2-2所示：
表2-2 化学纤维分类
分类 | 来源 | 用途 |
人造纤维 | 人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。 | 主要用于纺织，如黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维。 |
合成纤维 | 是从一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质如石油、天然气或农副产品，先合成单位，再用化学合成与机械加工的方法制成纤维。 | 如聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶或尼龙）、聚乙烯醇纤维（维纶）等。 |
无机纤维 | 是以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料，经人工抽丝或直接碳化制成。 | 如玻璃纤维，金属纤维和碳纤维。 |
2.1.3 蛛丝与其它常见纤维性能比较
表2-3 蛛丝与其它常见纤维比较
材料名称 | 强度/(N.m-2) | 伸长率% | 断裂能/(J.kg-2) |
牵引丝(主壶腹腺) | 4*105 | 35 | 1*105 |
鞭状丝 | 1*109 | gt;200 | 1*105 |
小壶腹丝 | 1*109 | 5 | 3*104 |
Kevlar纤维 | 4*109 | 5 | 1*104 |
橡胶 | 1*I06 | 600 | 8*104 |
肌腱 | 1*109 | 5 | 5*103 |
聚酰胺6 | 7*109 | 299 | 6*104 |
钢 | 2*109 | lt;1 | 1*103 |
2.2 蜘蛛丝与蚕丝
蜘蛛丝和蚕丝是产丝的来源之一。丝绸是一种结构蛋白，可根据需要纺成纤维，供成千上万种节肢动物在体外使用。然而，“丝绸”一词最常与纺织品联系在一起，特别是从家蚕的茧中分离出来的纤维。这种“纺织品女王”已经被人类使用了数千年由于其外观、柔软触感和耐用性，多年来一直在生产豪华服装，每年以数十万吨的商业规模生产。但商用蚕丝的强度和韧性相对较低。蚕丝业一直面临着产量高质量低的困境，而蜘蛛丝产量低却质量高。
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