哪位高人知道迷宮漏斗蛛蛛絲的蛋白質分子結構啊?

時間:2021-11-18

答案1

蜘蛛絲以其優良的性能吸引着世界各國科學家的興趣和關注,近年來美國、瑞士、加拿大、日本、德國、丹麥等國先後對蜘蛛絲進行了深入的研究,利用基因和蛋白質測定技術解開了蜘蛛絲奧妙,在蜘蛛絲人工生產方面取得了突破性進展。 隨着基因工程技術以及生物材料技術的迅猛發展,不久的將來,蜘蛛絲將會象蠶絲那樣大規模地開發和利用,在科技、國防、工業等領域得到重要應用。1 蜘蛛絲的性能 蜘蛛絲物理密度1.34 g/cm,與蠶絲和羊毛相近。蜘蛛絲光滑閃亮、耐紫外線性能強,而且較耐高溫和低溫。熱分析表明,蜘蛛絲在200℃以下表現熱穩定性,300℃以上才黃變。而蠶絲在110℃以下表現熱穩定性,140℃就開始變黃。蜘蛛絲具有特殊的溶解特性,它所顯示的橙黃色遇鹼加深遇酸褪色,它不溶於稀酸、稀鹼,僅溶於濃硫酸、溴化鉀、甲酸等,並且抗大部分水解蛋白酶。蜘蛛絲在水中有相當大的溶脹性,縱向有明顯的收縮。在加熱時,能微溶於乙醇中。由於蜘蛛絲的構造材料幾乎完全是蛋白質,所以它是生物可溶的,並可以生物降解和回收。 蜘蛛絲是自然界產生的最好的結構材料之一,蜘蛛絲的優良綜合性能是各種天然纖維與合成纖維所無法比擬的,迄今爲止人類還無法生產出象它那樣具有超強度和彈性極強的化合物。其比模量優於鋼而韌性優於Kevlar纖維作爲優異的能量吸收纖維,它被認爲是用作降落傘、防彈衣的理想材料。蜘蛛絲尤其是它的牽引絲在力學性能上具有蠶絲及一般的合成纖維所無法比擬的突出優勢。在強度方面,它與製作防彈衣的Kevlar纖維相似,但其斷裂功卻是Kevlar的1.5倍,其牢度是鋼的1倍,初始模量比尼龍大得多,達到Kevlar纖維的高強高模水平。蜘蛛絲的斷裂伸長率達36%~50%,而Kelvar纖維只有2%~5 9/6,因而具有吸收巨大能量的性能。在粘彈性能方面,蜘蛛絲高於尼龍及Kevlar纖維。蜘蛛絲的重量比化學合成絲輕25 9/6,彈性卻可延伸到原來的10倍。蜘蛛絲的另一重要特性是它的耐低溫性能。據報導,蜘蛛絲在一40℃時仍有彈性,只有在更低的溫度下才變硬,在需要低溫使用的場合,這種纖維的優點特別顯著。因此,蜘蛛絲具有高強度、彈性好、初始模量大、斷裂功高等特性,是一種十分優異的材料。2 蜘蛛絲的人工生產 蜘蛛絲具有十分優良的性能,因此先得到這種蛋白質或類似的蛋白質,再進行紡絲,製備人造蜘蛛絲,都是材料科學家長久以來的夢想。2.1 微生物植物吐絲 此法是將蜘蛛絲基因轉移到細菌、酵母或植物上,通過細菌發酵的方法來獲得蜘蛛絲蛋白質,再把這種蛋白質從微孔中擠出,就可得到極細的絲線。這種細菌的繁殖工廠一旦成功建立,將對紡織服裝業產生革命性變革。然而由於種種原因,這種方法迄今沒有成功,主要因爲製成的蛋白質水溶性很小,只能溶於甲酸,並需加入六氟異丙醇爲稀釋劑,不能用水作溶劑進一步加工。2.2 牛羊乳蜘蛛絲 加拿大Nexia生物技術公司(NXB)試驗了另一種方法,他們將蜘蛛絲基因注入山羊卵細胞中,製備了重組的蜘蛛絲蛋白質,並用這種蛋白質與水體系完成了環境友好紡絲過程,由於本質上更接近於天然蜘蛛絲蛋白質的組成和紡絲過程,從而成功模仿了蜘蛛,於2002年1月生產出世界上首例“人工蜘蛛絲”。 Nexia公司與美國陸軍戰士生物化學指揮部(SBCCOM)的科學家合作,採用金色圓網蜘蛛和十字圓蛛,作爲基因的來源對哺乳動物的兩種細胞進行了轉基因處理。將蜘蛛絲基因注入山羊卵細胞中,這種轉基因山羊羊乳中蛋白質的結構與性能都完全仿真於蜘蛛絲蛋白質。重組蜘蛛絲蛋白質的純度最高可達70%~90%,紡絲水溶液的質量濃度爲2.8 9/6~28%(質量/體積),所紡纖維直徑爲8~40 gm。紡絲採用的是一臺特製的微紡絲機,是由Harvard Apparatus公司生產的樣機,紡絲液溶劑的體積是0.5 ml,內徑僅5 mm。紡絲頭用PEEK的HPLC管(Sigma—Aldrich產品)代用,長度6 cm,內徑0.125mm,紡絲液由一臺微型往復泵驅動,這臺微紡絲機最少採用25μl紡絲液就可以工作,泵的流速爲2~10μl/min,凝固浴組成爲70%~80%的甲醇水溶液,初生絲第一次拉伸直接在凝固浴中進行,如有需要可在水浴中進行第二次拉伸,拉伸後在空氣中乾燥。 第一代的BioSteel直徑比天然蜘蛛絲大1~2個數量級,據報道電紡蜘蛛絲可以達到真正的蜘蛛絲的細度。而天然蜘蛛絲具有皮芯層結構,目前看來很難模仿。BioSteel生產與蜘蛛紡絲過程最大的差別還在於後者是液晶紡絲,在蜘蛛的絲腺中,可區分出長度不同的蛋白質,其分子質量分別爲120、150、190、250 ku和750 ku,濃度高達30%~50%,具有酸性,且成爲液晶態的溶液。液晶的特徵是粘度很低,只需很小的力即可發生形變,而成爲絲狀,這也正是蜘蛛絲器的精巧之關鍵。看來,人類還需經過較大的努力,才能真正模仿蜘蛛,實現大規模的綠色高性能纖維生產。 Nexia公司科學家研究初期所用的哺乳動物細胞取自乳牛,但是現在他們發現,採用山羊進行轉基因處理更爲有利。山羊有70000個基因,他們用轉基因工程的方法使山羊攜帶了一個蜘蛛絲的基因。2002年1月,Nexia正式宣佈,有兩頭這樣的“BioSteel山羊”誕生,並被分別命名爲webster和Peter。Nexia專利技術的基礎是蜘蛛絲的絲腺與山羊乳腺的細胞在解剖上有某種相似性,因而在差異極大的兩種動物中的柱狀上皮細胞都可以大量製造水溶性的複雜的蛋白質大分子。原則上可以用乳牛實現。Nexia的技術,但是山羊生長更快、更容易。至2002年6月,Nexia和美國軍方合作,已經繁殖出150頭轉基因山羊,飼養在紐約州P1attsbtlrgh的一個前空軍基地,並正加速發展。對牛乳和羊乳採用環境友好的加工,可以生產出極高性能的纖維,這在10年前均認爲只是一種幻想,今天,人造蜘蛛絲已經問世,成爲當代材料科學的一大奇蹟。 美國、中國等國家分別採用奶牛、倉鼠作爲表達體也進行了此方面的研究。2.3 蠶吐蜘蛛絲 此法利用轉基因技術中“電穿孔”的方法,將蜘蛛牽引絲部分的基因注入只有半粒芝麻大的蠶卵中,使培育出來的家蠶分泌出含有牽引絲蛋白的蜘蛛絲。上海生化研究所的科技人員用此法歷經數年攻關解決了轉基因蠶基因導入、活性基因鑑定及傳代育種等一系列技術難題,此研究被列爲國家“863”計劃重點項目,目前正在進行。3 蜘蛛絲的應用 蜘蛛絲因其特殊而優良的性能,在許多領域有着重要的應用。3.1 軍事 蜘蛛絲強度大、彈性好、柔軟、質輕,尤其是具有吸收巨大能量的能力,非常適合防彈衣的製造,用蜘蛛絲做的防彈背心比用芳綸做的性能還好。也可以用於製造坦克和飛機的裝甲,以及軍事建築物的“防彈衣”等。蜘蛛絲還可用於織造降落傘綢,這種降落傘重量輕、防纏繞、展開力強大、抗風性能佳,堅牢耐用。3.2 航空航天 可用於結構材料、複合材料和宇航服裝等高強度材料。3.3 醫療衛生 在醫學和保健方面,尤其有廣泛用途。由於蜘蛛絲是天然產品,又由蛋白質組成,和人體有良好的相容性,因而可用作高性能的生物材料,製成傷口封閉材料和生理組織工程材料,如人工關節、人造肌腱、韌帶、假肢、組織修復、神經外科及眼科等手術中的可降解超細傷口縫線等產品,具有韌性好、可降解等特性。3.4 建築 可用做結構材料和複合材料,應用於橋樑、高層建築和民用建築等。4 結語 200多年來,人們對應用蜘蛛絲一直興趣甚濃,然而科學家卻在近十幾年間,利用基因和蛋白質測定等新技術,才使蜘蛛絲的奧祕得以破譯。人造蜘蛛絲的問世,是人類向大自然學習的結果,也是當代材料科學的一大奇蹟。隨着現代科技的飛速發展,蜘蛛絲人工製造與工業化應用研究在不斷深入和擴展,其產業化生產技術也日趨成熟,使蜘蛛絲無法象蠶絲那樣大量生產的歷史宣告結束,蜘蛛絲將廣泛應用於紡織服裝業、軍事、醫療、航空航天、建築與汽車工業等各個領域,成爲新一代高級生物材料。

我找的 呵呵 不過沒有提到分子結構