聚合物及其改性表面與蛋白質的相互作用研究.pdf

1、蛋白質分子是生命體的一種重要組成單元，在生物體內及體外研究中都具有重要的意義。由于結構精確的特點，將蛋白質作為一種功能性生物活性分子進行應用時往往會受到環(huán)境因素的限制。為改善蛋白質在應用中的不足，提高其利用范圍，各種結構復雜、功能多樣的聚合物被人們應用在蛋白質生物活性領域，實現(xiàn)蛋白質在應用中的生物活性及穩(wěn)定性的改善。因此，研究蛋白質與聚合物及其改性表面的相互作用具有及其重要的意義。
　　為改善蛋白質分子在應用時存在的不足，本論文分

2、別制備了嵌段聚合物改性生物活性表面及聚合物改性蛋白質偶聯(lián)物，并基于這兩種體系對蛋白質和聚合物的相互作用進行研究，以期擴展蛋白質的應用范圍，提高其利用效率。具體研究內容如下：
　　首先，通過表面引發(fā)電子活化再生原子轉移自由基聚合方法在聚（甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯）改性基材表面嵌段聚合聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（POEGMA-b-PGMA），制備了能夠調控表面性能的生物活性表面，進行蛋白質和聚合物改性表面相互作用的研究。利用靜態(tài)水接觸角、傅

3、里葉變換紅外光譜儀及橢圓偏振儀等表征手段對表面改性的過程進行表征。蛋白質結合/洗脫測試及溶菌酶活性測定結果表明改性表面結合的蛋白質分子的數(shù)量及活性能夠通過聚合物層厚度的變化而調控，原子力顯微鏡結果表明不同聚合物層厚度時材料的表面構象各不相同。蛋白質分子特異性結合實驗結果表明聚合物改性表面能夠選擇性地與蛋白質分子相互作用，在有效排斥非特異性蛋白質結合的同時實現(xiàn)目標蛋白質分子的特異性結合。蛋白質圖案化實驗表明這種改性生物活性表面能夠非常便捷

4、地實現(xiàn)蛋白質的共價圖案化。通過這種嵌段共聚改性的方法，我們得到了性能可調控的生物活性表面，研究了表面改性聚合物構象對材料結合的蛋白質分子數(shù)量及活性的影響，總結了蛋白質生物分子與聚合物改性表面的相互作用規(guī)律。
　　其次，合成了馬來酰亞胺功能化的鏈轉移劑及水溶性光引發(fā)劑，并成功實現(xiàn)了N-異丙基丙烯酰胺（NIPAm）單體的水相光引發(fā)可逆加成斷裂鏈轉移（RAFT）聚合。核磁共振波譜、凝膠滲透色譜及液相色譜質譜聯(lián)表征證實了功能化鏈轉移劑分子

5、及光引發(fā)劑分子的成功合成。光聚合得到的聚合物的分子量能夠隨著聚合時間的增加而線性增長，且分子量分布窄，證明了合成的光引發(fā)劑的引發(fā)能力及馬來酰亞胺化鏈轉移劑在聚合中的調控能力。隨后，以牛血清白蛋白（BSA）為模型蛋白質分子，利用邁克爾加成反應將馬來酰亞胺功能化鏈轉移劑分子引入蛋白質表面的巰基位置，利用快速光聚合體系成功實現(xiàn)了蛋白質-聚合物偶聯(lián)物的制備。自由巰基測定結果表明功能化的鏈轉移劑分子幾乎全部占據(jù)了蛋白質表面的巰基，核磁共振氫譜及十

6、二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳結果表明聚 N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAm）被成功引入蛋白質上。偶聯(lián)物雖然具有溫度響應性特性，但是并不影響B(tài)SA的酯酶活性。這種水相光引發(fā)RAFT聚合方法能夠在蛋白質表面的巰基位置定點引發(fā)單體的快速活性聚合，該聚合過程具有快速高效的特點，是一種新的制備高活性蛋白質-偶聯(lián)物的方法。
　　最后，我們利用分子生物學技術對無機焦磷酸水解酶（PPase）進行突變，得到了蛋白質活性中心附近及遠離活性中心位置半

7、胱氨酸突變的蛋白質，通過“grafting from”方法利用鏈轉移劑分子的引入及單體 NIPAm的光聚合得到了不同位點聚合物改性的蛋白質-聚合物偶聯(lián)物。聚丙烯酰胺凝膠電泳結果顯示光照在聚合中具有重要作用，除了在聚合開始時活化引發(fā)劑形成自由基“開啟”聚合外，還可以控制聚合反應的過程。蛋白質活性測試結果表明聚合物的引入位點能夠對蛋白質的活性產生影響：在蛋白質遠離活性中心位置引入聚合物時并不直接影響蛋白質的活性；在蛋白質活性中心附近引入聚合

8、物時最低臨界溫度上下蛋白質的活性差異顯著，PNIPAm呈現(xiàn)“活性開關”的效果。除此之外，聚合物的分子量也對蛋白質的活性具有一定的影響。通過PPase不同位點的快速聚合，我們研究了聚合物改性蛋白質時兩者的相互作用及聚合物在蛋白質分子上的偶聯(lián)位點對蛋白質活性的影響，實現(xiàn)了蛋白質活性的調控，為制備活性較高的蛋白質偶聯(lián)物提供了可能。
　　總之，本論文以聚合物改性生物活性表面為基礎，通過改變表面聚合物構象研究了聚合物改性表面與蛋白質的相互作