收藏 分享(赏)

基于afm 的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究.pdf

上传人:weiwoduzun 文档编号:1761459 上传时间:2018-08-22 格式:PDF 页数:4 大小:211.47KB
下载 相关 举报
基于afm 的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究.pdf_第1页
第1页 / 共4页
基于afm 的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究.pdf_第2页
第2页 / 共4页
基于afm 的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究.pdf_第3页
第3页 / 共4页
基于afm 的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究.pdf_第4页
第4页 / 共4页
亲,该文档总共4页,全部预览完了,如果喜欢就下载吧!
资源描述

1、收稿日期 :2004 - 04 - 09基金项目 : 国家自然科学基金重点项目 ( 10335070 , 30200051 ,29579293 和 10304011) ;国家自然科学基金项目 (30270762) ;中国科学院知识创新工程项目 ( KJ 9512A12603 , KJ 9512A12409 , KJ 9522J12469 ,KJCX 1206 ,KSCX I206) ;中国科学院特别支持项目 (STZ200207) ;上海市科委纳米专项 (0114NM070 ,00XD14029 ,0352NM118) ;国家科技部项目 (2002CCA00600 ,2003BA310A02)

2、作者简介 :郭云昌 (1975 - ) ,男 ,四川仁寿人 ,博士研究生 ,研究方向为纳米生物学 .3 通讯联系人文章编号 :1671 - 1629 (2004) 04 - 0008 - 04基于 AFM 的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究郭云昌 1 , 刘钟栋 2 3 ,安宏杰 3 , 陈肇锬 2 , 胡 钧 1 ,3(1. 中科院上海应用物理研究所 ,中国科学院研究生院 纳米生物医药研究室 ,上海 201800 ;2. 河南工业大学 粮油食品学院 ,河南 郑州 450052 ;3. 上海交通大学 Bio2X中心 ,上海 200030)摘要 :借助原子力显微镜 ,研究了玉米醇溶蛋白在纳米层次的结构

3、 . 研究发现 :在乙醇溶液里 ,醇溶蛋白以球状颗粒结构存在 ,在云母表面醇溶蛋白形成了比较均匀的网状结构 ,显示出良好的成膜特性 . 对玉米醇溶蛋白成膜特性的形成机制进行了探讨 .关键词 :玉米醇溶蛋白 ;原子力显微镜 ;成膜特性中图分类号 :TS201. 2 文献标识码 :B0 前言玉米醇溶蛋白疏水性强 ,不溶于水 ,约 80 %溶于乙醇 ,其氨基酸组成极其丰富 ,在众多的氨基酸组成中 ,大部分是疏水氨基酸和含硫氨基酸 1 .因此玉米醇溶蛋白有覆膜形成性、黏结性、凝胶化性等外观特征 ,可作为多功能食品材料与添加剂 .玉米醇溶蛋白的性质不仅依赖于它的氨基酸组成 ,而且与玉米醇溶蛋白的单体聚集

4、程度和结构密切相关 .玉米醇溶蛋白一直是学术界和工业界比较感兴趣的研究内容之一 . 长期以来 ,人们使用的研究手段都依赖于常规的物理化学方法 ,如超滤、双折射以及圆二色谱等研究玉米醇溶蛋白的结构性质 .Tatham 等人 2研究发现 ,玉米醇溶蛋白具有棒状或扁长椭球体结构 ,分子轴径比为 28 1 或 7 1. 但是 ,它的精细结构还未被人们所直接观察到 .原子力显微镜 (atomic force microscopy ,AFM)由 G. Binnig , C. Quate 和 C. Gerber 于 1986 年发明 3 ,现已成为一种观测细胞和生物大分子形态结构的强有力的工具 . AFM

5、具有独特的操作方式 ,可以在纳米单分子层次上研究生物系统一般形态结构 ;可使细胞及生物大分子在生理溶液的条件下成像 . AFM 对生物系统的成像分析比光学显微镜具有更高的分辨率 (其横向分辨率为 0. 1nm ,纵向分辨率为 0. 01 nm) ,比电子显微镜观测所需的样品处理更接近生理条件 ,比通常需要从大量光谱信号中间接推导结构信息的光谱学技术更直观 ,且不需要依赖于晶体样品 ,十分有利于研究天然状态下的生物样品 . 我们曾利用 AFM 研究了淀粉的一些微观结构 ,见文献 4 ,5 .本文利用AFM观察了玉米醇溶蛋白的拓朴结构 ,在微观层次得到了玉米醇溶蛋白的稳定结构 . 为玉米醇溶蛋白的

6、工业利用奠定了很好的理论基础 ,并为它的工业应用提供可能的方向 .1 材料与方法1. 1 主要材料玉米醇溶蛋白 :按文献 6 制备 ,蛋白质含量大于 97 %.1. 2 主要实验仪器原子力显微镜 AFM (NanoScope a SPM 系统 ,美国 DI/ 维易科公司 ) .1. 3 实验方法准确称取 0. 000 3 g 样品 ,装入水解管 ,加入第 25 卷第 4 期 郑州工程学院学报 Vol. 25 ,No. 42004 年 12 月 Journal of Zhengzhou Institute of Technology Dec. 20043. 00 mL 70 %乙醇后加盖在康氏振

7、荡器上振荡 3min ,在 100 水浴上加热 2 min ,吸取 0. 01 mL 醇溶蛋白溶液趁热滴于新解离的云母表面上 ,用吸耳球吹干表面放于原子力显微镜的样品台上 ,用轻敲模式 ,在 20 25 ,空气湿度为 20 % 30 %的工作条件下观察研究 .2 结果与分析玉米醇溶蛋白在很多条件下都认为是一种球形蛋白 . Yamada 等人 7 用扫描电镜研究发现 ,在酒精溶液里面玉米醇溶蛋白聚集形成一个个小球 . 在本研究之中 ,我们用 70 %的乙醇溶液处理醇溶蛋白 ,AFM 观察发现玉米醇溶蛋白小球 ,如图 1 所示 . 从图 1 中 ,我们可以看到经过乙醇溶解并加热后的醇溶蛋白在云母衬

8、底表面出现不是很均匀一致的球状结构 ,这些小球的大小主要集中在 50 150 nm ,这与 Yamada 等人的研究结果也是非常吻合的 . 很明显这些球体不是醇溶蛋白单体 ,而是很多蛋白单体聚集而成的 . 它们大小的不均匀性可能是由于聚集程度的不同造成的 . 为了得到醇溶蛋白的单体结构 ,本研究将醇溶蛋白的浓度进行稀释 , 然后再进行研究 . 在浓度稀释到到 1 g/ mL 时 ,我们通过 AFM 发现了分散性极好 ,而且大小均匀一致的蛋白结构 ,如图 2 所示 ,它们的大小集中在 15 50 nm 之间 . 为什么会有这些均匀的小球存在呢 ? 我们认为 ,在 70 %乙醇溶液里 ,浓度极低的

9、醇溶蛋白可能会以某一聚集度稳定存在 . McMaster 在用 AFM 研究小麦醇溶蛋白的时候也发现了均匀一致的小球 8 ,这说明在 70 %乙醇溶液里 ,玉米醇溶蛋白是可能以均匀小球存在的 .图 1 玉米醇溶蛋白颗粒 (扫描范围为 4. 00 m 4. 00 m)图 2 分散均匀的玉米醇溶蛋白颗粒 (扫描范围为 4. 00 m 4. 00 m)但是本研究以及 Yamada 等人发现的球状蛋白颗粒却完全不同于 Lawton9 在研究玉米醇溶蛋白 - 淀粉系统发现的纤维状结构完全不同 . 玉米醇溶蛋白膜的现代形态学研究 10 发现 ,从乙醇溶液里快速提取出来的醇溶蛋白颗粒会结合在一起 ,从而形成

10、纤维状结构 . 这种纤维状结构也许就9第 4 期 郭云昌等 :基于 AFM的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究 是醇溶蛋白膜结构的结构基础 . 早在 1973 年人们就已经认识到了玉米醇溶蛋白的成膜特性 11 ,现在已经广泛地应用到工业生产之中了 . 但是玉米醇溶蛋白的成膜特性的机制现在正在探讨之中 .我们知道 ,在玉米醇溶蛋白中 ,有很多的含硫氨基酸 ,这些氨基酸可以形成很强的分子内二硫键 ,它们和分子之间的疏水键一起构成了玉米醇溶蛋白成膜特性的分子基础 . 在玉米醇溶蛋白的成膜特性的研究中 ,我们应用了一项新的制样技术 “分子梳”方法 . 分子梳技术广泛的应用在 AFM 的制样技术之中 12 ,1

11、3 . 在这些实验中 ,我们观察到大小在 8 nm 左右的棒状结构 ,这些结构与纤维状结构非常相似 . 这些棒状结构呈现出不同的介观形态 :棒状、哑铃状分叉等结构形态 (见图 3 (A) ) .图 3 (A)中 ,一些棒状结构已经环绕形成圆环结构(见图中圆圈标识 ) ,还有一些游离球状蛋白颗粒分散其中 (见图中箭头所指 ) . 这些游离的球状蛋白颗粒大小和棒状结构的径向大小差不多 . 这些蜿蜒的棒状结构相互缠绕形成一张非常精致的大网结构 . 这些网状结构也许就是玉米醇溶蛋白良好成膜特性的结构基础 . 我们尝试对玉米醇溶蛋白良好成膜特性的机制进行探索 . 当玉米醇溶蛋白溶液沉积在云母片上时 ,随

12、着液体的蒸发 ,醇溶蛋白溶液浓度增大 ,当这个浓度达到一定程度时 ,单体醇溶蛋白会逐渐团聚在一起 ,蛋白之间、蛋白内部的氢键、二硫键和疏水键会逐步形成并且得到加强 ,这些键相互交错 ,维系着一种网状结构 ,并最终导致膜结构的形成 . 前面已经介绍 ,棒状结构的径向大小和分散的蛋白颗粒大小差不多 ,这些棒状结构也许是由这些分散的球形蛋白颗粒通过某种作用力 ,如氢键、二硫键等形成的 . 图 3 (A)中可以明显的看到棒状结构的末端高于棒状结构的其他部位 ,而且有收缩的痕迹 . 我们认为 ,和其他蛋白一样 14 ,玉米醇溶蛋白在轴向上也具有弹性 . 当外力撤销时 ,棒状末端会发生收缩 ,末端会明显的

13、高于其他部位 . 我们的推测很快得到证实 ,但我们减小“分子梳”的速度 ,即减小外加作用力时 ,这些棒状结构形成更多的环形结构 (图中只指出其中的几个环形结构 ) ,说明被外力打断的结构越少 . 从图 3 (B) 中可以明显地看出 ,网状结构也更加紧凑 . 网状结构的网孔在 50 100 nm 之间 .这些良好的网状结构 ,加上醇溶蛋白本身富含疏水氨基酸 ,玉米醇溶蛋白膜必将具有显示出良好的透气防水性能 . 这些研究结果的发现 ,必将增大玉米醇溶蛋白工业利用前景 ,特别是应用在可降解塑料工业之中 .图 3 玉米醇溶蛋白的网状结构 (扫描范围 4. 00 m 4. 00 m)3 结论借助原子力显

14、微镜 ,我们研究了玉米醇溶蛋白在纳米层次的结构 . 研究发现 :在乙醇溶液里 ,醇溶蛋白以球状颗粒结构存在 ,颗粒大小在 50150 nm 之间 ,在云母表面醇溶蛋白形成了比较均匀的网状结构 ,显示出良好的成膜特性 . 本文对玉米醇溶蛋白成膜特性的形成机制进行了探讨 ,认为这种良好的网状结构是醇溶蛋白成膜的结构基础 .参考文献 :1 Buthuy Khoi. The protein and the amino acidcomposition of some rice and maize varietiesgrown in north vietnam J . J Sci Food Agri ,1

15、987 ,39 :137 143.2 Tatham A S , Field J M ,Morris ,et al. Solution01 郑州工程学院学报 第 25 卷conformational analysis of the alpha2zein pro2teins of maize J . J Biol Chem , 1993 , 268 :26253 26259.3 Binnig G,Quate C F , Gerber C. Atomic gorcemicroscopyJ . Phys Rev Lett ,1986 ,56 :930933.4 Liu Z , Chen S ,Ouya

16、ng Z , et al. Study on thechain structure of starch molecules by atomicforce microscopy J . J Vac Sci Technol B ,2001 ,19 (1) :111 114.5 刘钟栋 ,郭云昌 ,李振兴 ,等 . 谷物淀粉糊化过程中形态变化的显微研究 J .电子显微学报 ,2003 ,22 (2) :131 135.6 陈复生 ,刘景顺 . 新型天然营养保鲜剂玉米醇溶蛋白 (CASP)的研制 J .郑州粮食学院学报 ,1992 , (3) :1 14.7 Yamada K, Takahashi H

17、 ,Noguchi A. Improvedwater resistance inedible zein films and compos2ites for biodegradable food packagingJ . Int JFood Sci Technol ,1995 ,30 :599 608.8 McMaster T J ,Miles M J , Wannerberger L , etal. Identification of microphases in mixed alpha2and omega2gliadin protein films investigated byatomic

18、 force microscopyJ . Journal of Agricul2tural and Food Chemistry , 1999 , 47 : 5093 5099.9 Lawton J W ,Viscoelasticity of zein2starch doughsJ . Cereal Chem ,1992 ,69 :351 355.10 Huey2min L , Graciela W P. Properties and mi2crostructure of plasticized zein filmsJ . CerealChem , 1997 ,74 (6) :771 775.

19、11 Reiners R A ,Wall J S , Inglett G E. Corn pro2teins : potential for their industrial use A .Pomeranz Y. Industrial uses of cereals C. St.Paul ,MN :Am Assoc Cereal Chem ,1973 ,285302.12 Hu J ,Wang M ,Weier H2U G, et al. Imaging ofsingle extended DNA molecules on flat (Amino2propyl) triethoxysilane

20、2mica by atomic force mi2croscopyJ . Langmuir , 1996 , 12(7) : 16971700.13 Zhang Y,Chen S F ,Ouyang Z Q ,et al. Stretch2ing and imaging studies of single DNAmoleculesJ . Chinese Science Bulletin ,2000 ,45 (15) :1365 1368.14 Wang K,Forbes J G,Albert J J . Single moleculemeasurements of titin elastici

21、tyJ . Progress inBiophysics 2 The Faculty of Food Science and Engineering , Henan University of Technology , Zhengzhou 450052 , China ;3 Bio2X Life Sciences Research Center at Jiaotong University , Shanghai 200030 , China)Abstract : The structures of maize zein were studied on nano scale by AFM. The

22、 maize zein in globular particleswere found in aqueous ethanol solution (70 %) . And on mica surface ,the uniform reticular structure was formed ,which demonstrated that zein had good property of film2forming. The study also discussed the mechanism of film2forming.Key words :maize zein ; atomic force microscopy ; property of film2forming11第 4 期 郭云昌等 :基于 AFM的玉米醇溶蛋白的纳米结构研究

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 学术论文 > 期刊/会议论文

本站链接:文库   一言   我酷   合作


客服QQ:2549714901微博号:道客多多官方知乎号:道客多多

经营许可证编号: 粤ICP备2021046453号世界地图

道客多多©版权所有2020-2025营业执照举报