变性剂致胶原变性的机制和检测VIP免费

西部皮革第29卷收稿日期:2007-05-08基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-06-0788)第一作者简介:魏克冰(1985年8-),男,汉族,河北人,研究方向:生物医用材料。*通讯联系人变性剂致胶原变性的机制和检测魏克冰,张陵,陈靖,穆畅道*(四川大学化工学院制药与生物工程系,四川成都610207)摘要:综述了变性剂引起胶原变性的机制及其检测方法的最新研究进展。关键词:变性剂;胶原;变性机制中图分类号:TS512文献标识码:A文章编号:1671-1602(2007)08-0016-04MechanismandExaminationofCollagenDenaturingResultedbyDenaturantWEIKe-bing,ZHANGLing,CHENJing,MUChang-dao*(CollegeofChemicalEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065)Abstract:Themechanismofcollagendenaturingwassummarized,andthedevelopmentofmeasurementmethodfordenaturationwasintroduced.Keywords:denaturant;collagen;denaturingmechanism1引言自然界可再生的资源有两类,一类是碳水化合物,其中包括纤维素、木质素、淀粉、胶质等;另一类是蛋白质,其中最重要的是胶原,胶原约占动物总蛋白量的30%。胶原蛋白是从骨、生皮、肌腱及其它动物结缔组织的胶原中提取出来的蛋白质,目前主要是由猪皮、牛皮、猪骨和牛骨中提取出来的。胶原蛋白由于特殊的结构和性能,在日用化工、医学和营养品等领域有着广阔的应用前景[1-3],因而引起国内外有关学者的极大关注。2胶原的结构现在科学界通常认为胶原的细胞外合成顺序依次为:多肽链→三股螺旋的胶原分子→前胶原→原纤维。原胶原的精细结构总体有以下3个要点:(1)每个原胶原分子由三条肽链组成,并且肽链具有重复的氨基酸序列(Gly-Xxx-Yyy)n,通常为Gly-Pro-Hyp;(2)每条链都是左手螺旋,不是α螺旋,每个旋转的部位有3个氨基酸残基,螺距为0.94nm,每条肽链大约有1000个氨基酸残基;(3)三条螺旋的肽链盘绕成一个右手超螺旋。胶原螺旋的稳定性有赖于分子间和分子内各种作用的协同效应,包括肽键、氢键、脯氨酸(阻止了N-C键的旋转)、羟脯氨酸(与水发生桥连作用)和甘氨酸。其中(Gly-X-Y)结构的重复有助于三股螺旋的稳定[4,5]。3胶原的变性机制目前关于胶原变性三股螺旋的研究很少,但胶原是一种蛋白质,我们可以从蛋白质的变性机制中得到一些有关信息。蛋白质分子较易受外界因素影响而发生构象变29卷第8期2007年8月西部皮革WESTLEAHTERVol.29No.8Aug.200716第8期化,导致活性丧失,物理、化学性质发生异常变化,这一过程称为蛋白质变性。1931年吴宪[6]首先提出了蛋白质变性的概念,指出蛋白质变性不是蛋白质分子化学结构变化而是其空间结构的变化所导致的,这一观点已为生物化学界所普遍接受。蛋白质变性过程中,维系其空间结构的次级键被破坏,原有的空间结构解体,整个分子的形状由天然蛋白紧密的球形结构伸展为松散的无特定空间结构的链状分子。可以用作变性剂的化学物质有多种,不同的变性剂对蛋白质变性所产生的变性效果及作用机理一般不同。常用的变性剂主要有两种:(1)尿素(Urea);(2)盐酸胍(GuHCl)。对变性剂产生的蛋白质变性问题,由于过去对在分子水平上蛋白质分子如何与变性剂分子相互作用而产生变性的机理还未搞清楚,所以从理论方面对蛋白质与变性剂在分子水平上的相互作用机理的讨论很少涉及,绝大多数方法是采用由实验结果出发的半经验公式进行分析[7-10]。从实验结果可以推测,不同的变性剂由于分子结构不同,变性机理也不同[8]。由于用不同的半经验公式得到的结果不同,对这些方法的合理性和可靠性还存在很大争议[9]。有蛋白质变性实验表明[10],蛋白质分子在高浓度(8mol/L)的尿素溶液或高浓度(6mol/L)的盐酸胍溶液中将处于完全伸展的构象态。尿素分子和盐酸胍分子均为极性分子。尿素分子结构反映出,它和其它分子形成氢键时,四个氢原子可作为质子供体,一个氧原子可作为质子受体,而盐酸胍分子与其它分子以氢键形式结合时,有四个基团可作为质子供体。实验结果表明蛋白质分子与尿素分子或盐酸胍分子之间以形成氢键方式相结合。总的来说有关尿素和盐酸胍使蛋白质变性的机理,主要有以下3种观点[11]:(1)尿素和盐酸胍分子直接与蛋白质的官能团结合;(2)通过改变水的结构,间接引起蛋白质疏水基团周围水氢键...