蛛丝蛋白研究进展
蜘蛛丝的研究进展及应用
收稿日期:20041209作者简介:袁小红(1981),女,陕西省人。
西安工程科技学院纺织与材料学院03级研究生,专攻纺织材料与纺织品设计专业。
产品开发蜘蛛丝的研究进展及应用袁小红(西安工程科技学院,西安 710048)摘 要:介绍了蜘蛛丝的概况及研究历史,概述了蜘蛛丝的物理、化学及机械方面的性能,综述了国内外利用生物技术人工生产蜘蛛丝研究的状况及进展,同时也分析了蜘蛛丝在纺织制衣、军事、医疗、高强度材料等方面的应用。
关键词:蜘蛛丝;性能;人工生产;应用中图分类号:TS1021512 文献标识码:B 文章编号:10023348(2005)05003003 随着科学技术的发展,人们对于高强度、高韧性纤维的研究也越来越深入,无论从科学角度还是从使用角度来看,探索高强度、高韧性纤维材料的极限,检测影响材料兼具强度和韧性的因素都是很有意义的。
蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维,是天然的高分子纤维和生物材料。
它具有特殊的机械(力学)性能(如很高的强度、弹性、柔韧性、伸长度和抗断裂性能等等),以及比重小、较耐紫外线、生物可降解等优点,其优异的综合性能是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的。
蜘蛛丝以其优良的性能引起了世界各国科学家的兴趣和关注。
近年来美国、加拿大以及欧洲一些大学和实验室运用生物学、遗传学、高分子技术等知识对蜘蛛丝进行了全面研究,利用基因和蛋白质测定技术揭开了蜘蛛丝的奥秘,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。
1 蜘蛛丝的概况及研究历史蜘蛛和蚕一样,都属于节肢动物,但蚕是六条腿的昆虫幼体,而蜘蛛是八条腿的蛛形纲成虫。
蚕丝的功能是形成保护性的蚕茧来包裹着幼虫以利于它继续成长,而蜘蛛丝的功能是提供支撑作用。
因此,它比蚕丝更结实,并且可长达一英里。
蜘蛛的种类多得惊人,可能有7万多种。
对于蜘蛛的研究,报道最多的是对金黄色圆网蜘蛛、十字圆蛛和大腹圆蛛丝的研究。
人们所见的蜘蛛并非由一种蜘蛛丝组成,而是由几种分别来自体内7个不同腺体的丝组成,其氨基酸组成不同,性能不同,用途也不同。
蛛丝蛋白PySp用于静电纺纤维膜的研究
蛛丝蛋白PySp用于静电纺纤维膜的研究沈庆春;米俊鹏;田露阳;莫秀梅;孟清【摘要】蛛丝纤维具有强度高、柔韧性及生物相容性好等材料学特性,因而蛛丝蛋白在人造血管、神经导管及药物载体等方面有潜在巨大价值.将本课题组前期得到的大腹圆蛛梨状腺丝的一个重复区(Rp)进行原核表达,得到蛛丝蛋白作为实验材料.通过探究静电纺丝条件,将该蛋白纺成纳米纤维膜.SEM观察显示该膜形成的纤维均匀一致;ATR-FTIR测试表明,经过75％乙醇交联的静电纺纳米纤维的二级结构主要为β 折叠;接触角证明,纳米纤维膜是亲水的.为蛛丝蛋白应用于组织工程提供了一种良好的纤维材料,对蛛丝蛋白的进一步应用奠定了基础.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】4页(P16-19)【关键词】蛛丝蛋白;静电纺丝;纤维膜;性能表征【作者】沈庆春;米俊鹏;田露阳;莫秀梅;孟清【作者单位】东华大学生物科学与技术研究所,上海 201620;东华大学生物科学与技术研究所,上海 201620;东华大学生物科学与技术研究所,上海 201620;东华大学生物科学与技术研究所,上海 201620;东华大学生物科学与技术研究所,上海201620【正文语种】中文【中图分类】Q51蜘蛛丝有着强度高、柔韧性好、质地轻、可降解、高温耐受性及生物相容性好等特性，综合性能远超桑蚕丝，KEVLAR及目前最好的纤维制品，在材料、军工、纺织和建筑等领域有着巨大的潜在应用价值和商业价值[1-4]。
至今国内外尚未有一家科研单位可以仿生接近天然蛛丝性能的人造蛛丝纤维，严重阻碍了这种新型优良材料的产业化应用。
大腹圆蛛是我国的主要蜘蛛品种，拥有7种丝腺，相应的能产生7种不同特性的纤维及蛛丝相关蛋白，各具有不同的生物学和材料学功能[2]。
在大腹圆蛛的7种丝腺中，梨状腺体产生梨状腺丝蛋白(PySp)，是一种强力胶，用于固定蛛丝，确保蛛丝与靶子稳定连接，在蜘蛛获取猎物时也至关重要[5]。
蜘蛛丝的研究进展及展望
等 国的一些 实验室先后对蜘蛛 丝做 了
深入 的研究 ， 利 用基 因和蛋 白质 测 在
然界产 丝和用 丝 的“ 家” 它们一 生 专 ， 都离 不开丝 。 蜘蛛 生产性 能最 优异 的
定技术 解开 蜘蛛 丝奥 妙 的同时 ， 蜘 在 蛛丝人工生产 方面也取得 了突破 性进
展。
丝 线 ， 用这 种 丝 线织 成蛛 丝 网 ， 并 用
世纪９ 年 代初 ， 国首先 报道 了源于 ０ 美 棒 络新妇蛛拖 丝蛋白两种序列不相 同 的部分ＤＮＡ， 由此揭开 了蜘蛛丝蛋 白 基 因与结 构研 究的 序幕 。 ９ ５ ， １ ９ 年 在 解决 了重复 序列 片断 的构建 困难 后 ， 利用丝蛋 白部分ｃ ＮＡ片 断和人工合 Ｄ 成丝蛋 白部分基 因 ， 分别在大肠杆菌 、
网或者 人工从 蜘蛛 的丝腺 抽丝 ， 产 但
～ ～ ０ 率 非常低 ， 不能满足实 际应用 的需要 。
研 究 蚕 丝 蛋 白 质 化 学 的 著 名 学 者
Ｌ ｃ ｃ 早在 １ ６ 年就在Ｄｉｃ ｖ ｒ 杂 ｕａ， ４ ９ ｓｏ ｅｙ 志上 提 出像养蚕 一样 养蜘蛛从而大量 获 取蜘 蛛丝 的想法 ， 蜘蛛 属 肉食 性 但 动物， 不喜欢群居 ， 当几 只蜘蛛被放在
一
起时 ， 它们之 间往往 会相互撕 咬， 所
以难 以大量饲 养蜘 蛛 ， 极大地 制 约了 蜘 蛛丝在 各个 领域 内的广 泛应用 。 近
图 １ 蜘蛛 丝蛋 白结 构 图 表１
材 料
年 来 ， 国的广 西南宁 等地开 始 出现 我 了以获取蜘蛛丝 为 目的的人工养殖企
蜘 蛛丝 与其他材 料 的力学性 能 比较
丝在 内的天然纤维 和合成纤维 不能比
三种蜘蛛丝蛋白基因结构及仿生蛛丝的性能研究
三种蜘蛛丝蛋白基因结构及仿生蛛丝的性能研究摘要：蜘蛛丝是一种自然纤维材料，具有出色的力学性能和生物相容性。
在过去几十年中，蜘蛛丝研究的发展引起了越来越多工程学及生命学领域的注意。
因此，本文将结合三种蜘蛛丝蛋白基因的结构及仿生蛛丝的性能展开研究探讨。
引言：蜘蛛丝是一种生物材料，其功效是在自然演化过程中形成的，其力学，生物相容性和可纺性是众所周知。
近年来，仿生学研究也向蜘蛛丝方向聚焦。
许多科学家利用生物技术，开发出新型的人造蜘蛛丝文件，增强材料性能是其研究热点。
在这篇文章中，我们就来介绍三种蜘蛛丝蛋白基因的结构及仿生蛛丝的性能的研究情况。
正文：1. 常见的蜘蛛丝蛋白基因类型现阶段对蜘蛛用来构造蛛丝的基因综合了多个蛋白质。
来自蜘蛛腺体中的蜘蛛肌提供能量来产生拉伸力，而蛛丝的加工和变形则由不同类型的蛋白质来完成。
这三种基因分别为MaSp1，MaSp2和AcSp1，以下分别介绍：(1) MaSp1蛋白质MaSp1是蜘蛛基因组中最长的蛋白质之一，约有600至800个氨基酸残留。
MaSp1包含6个与泛素相似的重复序列，其各自长度大概为120至135个氨基酸。
(2) MaSp2蛋白质MaSp2是一种较短的蛋白质，长度大约为200个氨基酸。
MaSp2与MaSp1不同，在其氨末端和羧末端都有富含谷氨酸和精氨酸的序列，成为一种反复出现的单元。
此外，它还包括两个直接重复序列，并伸展到N 端和 C 端。
(3) AcSp1蛋白质AcSp1是一种不同于MaSp1和MaSp2的蛋白质。
AcSp1蛋白质的长度大约在110 ~ 140个氨基酸之间。
相比于MaSp蛋白，AcSp1存在着更多的极性和带电氨基酸，几乎没有互相重叠的序列，这可能对Fib X（Fib发生素X，是造成蜘蛛蛛丝固化的酶）的发生和Nox（NADPH氧化酶）的抑制具有重要作用。
2. 蛛丝纤维的力学性能由于蜘蛛丝是迄今为止地球上发现的最强的天然纤维，因此从它身上吸取技能值是非FAQ的。
蜘蛛丝特性及利用生物工程技术生产蛛丝蛋白的研究
蜘蛛丝特性及利用生物工程技术生产蛛丝蛋白的研究作者：裴灿来源：《中国科技博览》2017年第09期[摘要]蜘蛛丝由于其复杂的结构组成而具有优异性质，作为一种天然材料在众多领域都具有巨大的应用潜力。
但由于蜘蛛难以大规模养殖、蛛丝生产量小等问题，蛛丝纤维无法进行大批量生产。
许多科学家开始着眼于通过植物、动物、微生物等载体，运用生物工程技术，进行蛛丝纤维的大规模生产。
本文对蛛丝纤维的理化特性及生物工程制备蛛丝的研究进行简要阐述。
[关键词]蛛丝蛋白；生物工程；家蚕；大肠杆菌中图分类号：Q81 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0296-021.蜘蛛丝的特性与应用1.1 蜘蛛丝的组成与结构蜘蛛丝是由蜘蛛的蜘蛛丝腺体所分泌的一种高分子蛋白纤维，具有许多优良的机械性能。
蜘蛛丝具有光滑的外表，呈现金色光泽；其内部结构透明致密，横截面近似圆形。
蛛丝纤维的芯层含有伸展状微管，这些微管对其物理性质具有重要影响。
蜘蛛丝主要由蛋白质构成。
蛛丝蛋白含大约7种氨基酸，分别是甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、丝氨酸、亮氨酸和精氨酸，这7种氨基酸的总含量约占氨基酸总量的90%[1]，具体含量因蜘蛛种类差异而有所不同。
结晶状态部分和非结晶状态部分是蛛丝蛋白的主要组成部分。
结晶状态区域主要由丙氨酸链组成，这些多聚丙氨酸链形成有序的β—折叠片层，β-折叠片层反向平行排列，层与层以氢键结合，形成了复杂的多层结构。
片层之间的区域为非结晶状态的蛛丝蛋白。
非结晶状态的部分富含由甘氨酸形成的α—螺旋结构，将结晶区连接起来。
结晶区片层之间的氢键使得各层之间的结合十分紧密。
由于结晶区β—片层在纤维轴线方向上有序排列，使得蛛丝在受力时，外力均匀分散在众多丙氨酸链上[2]，因而蜘蛛丝的韧性较好。
1.2 蛛丝蛋白的应用蜘蛛丝的成分与结构决定了其具有优秀的特性，如轻便，强度大，弹性好，不易断裂，耐干耐潮等等。
此外，由于可降解，蜘蛛丝还是一种对环境友好的材料。
浅谈蜘蛛丝的研究进展情况
同 ， 使得产生 的蜘蛛丝有很大差异 。蜘蛛丝共同 的特点 是含高度重 也 复氨基酸基序组 成的天然高聚物 ， 并且富含丙氨酸 和甘氨酸 。科学 家 们还 发现 ， 氨酸 的蛋白分 子能够排列成 紧密 的折皱结构 ， 含丙 并且呈 晶
科技信息
高校 理科研 究
浅谈蜘蝾丝硇砜 穷进 展啊况
沈阳师范大学化学与生命科学学院 朱亚楠
［ 摘 要］ 蜘蛛丝 纤维的来源与组成、 性能 ， 医疗、 在 军事、 纺织制衣 的应 用， 综述 了国 内外利用生物技术和基 因工程对蜘蛛丝 的研 究
性能 应用
进展 。
［ 关键词 ］ 蜘蛛丝 结构
目 为止 ， 学家们共发 现了 ７ 前 科 种类 型的分泌腺 ， 常见的有葡 萄腺 、 梨
状腺 、 壶状腺 、 叶状腺 、 合腺等” 集 蛛丝的平均直径非 常小 ， 。蜘 大约是 蚕丝 的一半 ， 人用 肉眼几乎是感觉不 到它 的宽度 ， 但是蜘蛛丝 的体积质 量 和蚕丝却差不 多。蜘蛛的种类特别 多 ， 所产生的蜘蛛丝 的组成也会
４基 因工 程 方 面 的 应 用 ．
可 以构 成一种高分子化合 物 ， 叫做微原纤 ， 由多个微原纤组合 在一起 ， 就构成 了原纤 ， 而原纤 的纤维束又最终组成 了蜘蛛丝 。研究表明 ， 蜘蛛
丝产生 于蜘蛛体 内特殊 的分泌腺 ， 同的腺体可以分识到了蜘蛛丝的特殊性能 ， 科学家们 已逐渐认识到基
蜘蛛丝 。
５结 语 ．
温 ， 在２ ０Ｃ 它 ０ ｃ 以下对热反应表现为稳定性 ，０ ℃以上才开始变黄 。蜘 ３０ 蛛丝还能 耐低温 ， 下好几 十度 时仍然具 有弹性 ， 在零 只有在极低 的温度 下 才会变硬。蜘蛛丝具 有特别优 异的力学性 能 ， 如强度 高 ， 断裂伸 长值 大 ， 裂功高 。用 蜘蛛丝 制造 的弹性 丝纤维 ， 断 其强度 甚至优 于钢 的强 度 。这些独 特的性能 使蜘蛛丝能 承受外界 极大的冲击力， 以在有 昆 所 虫飞撞 到蜘蛛 网上时 ， 网不会破 裂 ， 而能把食 物紧紧地 粘在蛛 网 蛛 反 上 。蜘蛛丝还具有较 高的剪切强度 以及扭转稳定性 ， 这就保证 了当蛛 网上的 昆虫剧烈挣扎 时 ， 即使蛛 网被颠倒 了 １０ ， ８ 度 也会安 然无恙 的。 德 国马克斯 ・ 朗克微结构物理学研 究所研究员李升 奠（ 普 音译 ） 同事 和 做 了一个 实验 ， 他们向一段蜘蛛丝里添加锌 、 钛或者铝能让 丝变得更 加
丝蛋白在生物医学领域中应用的研究进展
４９
６ ２００５ 年 S I L K 第 期
２．３ 药物缓释载体 由于丝素膜本身具有特殊多孔性网状膜结构，使其
具有优良的吸附及缓释功能，因此丝素可成为很好的药 物缓释剂。作为药物缓释载体应满足以下要求：一是开 始能较快地释放药物，使释药浓度超过该药物的最低有 效浓度而尽快达到疗效；二是能持续地释放药物，使体内 保持恒定的药物浓度，药物的药理活性持久，这样可降 低用药剂量，避免频繁进药，降低毒副作用，提高疗效。 张幼珠等 ［１２］实验表明施有药物的再生丝素膜能根据环境ｐＨ 值的变化控制药物的释放，可用作对人体特定部位进行 定向治疗的智能化药物控制释放载体。 ２．４ 组织工．１．１ 丝素
蚕丝是由丝素蛋白和丝胶两部分组成，丝胶包在丝
收稿日期：２ ０ ０ ４ － ０４ － ０ ９ 基金项目：国家自然科学基金项目（５ ０ ３ ７ ３ ０ ３ １ ） 作者简介：曹惠，女，１ ９ ８ １ 年生，在读研究生，专业为 纤维材料成型及其结构性能。
素蛋白的外部约占重量的 ２５％，蚕丝中还有 ５％ 左右的杂 质，丝素蛋白是蚕丝中的主要组成部分，约占重量的 ７ ０ ％ 。丝素蛋白中包含 １ ８ 种氨基酸，以甘氨酸、丙氨 酸和丝氨酸为主，由于与人体的皮肤和头发的角朊极为 相近，丝素可应用于人工皮肤。丝素经进一步处理可得 到小分子水解产物丝肽［ １ ］，丝素及丝肽具有易被皮肤、 毛发吸收的特点，目前作为新型高级化妆品原料，备受 青睐 。
蜘蛛丝蛋白在纺织和医学领域中的应用研究
蜘蛛丝蛋白在纺织和医学领域中的应用研究随着科技的不断发展，人类对材料的要求也越来越高。
传统材料在使用过程中存在一定的局限性，例如材料的强度、耐久性、柔韧性等问题。
因此，研究新型材料成为了当前科技界一个重要的课题。
其中，蜘蛛丝蛋白成为了一种备受关注的新型材料。
蜘蛛丝蛋白的特点在于它的强度、柔韧性、稳定性和生物相容性非常优良，具备在纺织和医学领域广泛应用的潜力。
因此，蜘蛛丝蛋白的研究已经成为了当前科技界研究的热点之一。
纺织领域中的应用蜘蛛丝蛋白的优秀性能使其成为了一种新型的优良纤维材料。
在纺织领域中，蜘蛛丝蛋白被广泛研究和应用。
相比于传统的天然及合成纤维，蜘蛛丝蛋白具有更好的抗拉强度和柔韧性，可以制造更加稳定和轻便的纤维产品。
同时，蜘蛛丝蛋白也可以用于制造高性能的生物纺织品，例如人造人体骨骼、皮肤和瓣膜。
这些生物纺织品具备生物相容性，可以在医学领域中用于修复骨折、皮肤烧伤和心脏瓣膜等领域。
医学领域中的应用蜘蛛丝蛋白在医学领域中的研究也备受关注。
由于其与天然蛋白质相似，蜘蛛丝蛋白可以应用于生物材料的制备中。
利用蜘蛛丝蛋白制备的生物材料可以在医学领域中广泛应用，例如制作人工血管和人工骨骼等器械，还可以用于人工关节等疾病的治疗和修复。
此外，利用蜘蛛丝蛋白也可以制作用于治疗眼科疾病的角膜片。
传统的角膜片材料往往存在不适合人体的问题，而利用蜘蛛丝蛋白制作的角膜片则具有较好的生物相容性和透明性，可以更好地适应人体的需要。
未来的研究方向蜘蛛丝蛋白在纺织和医学领域中的应用前景广阔，但是目前还存在一些研究难题。
例如，蜘蛛丝蛋白的提取和纤维制造等方面的技术难点需要解决。
此外，目前的研究主要集中在蜘蛛丝蛋白材料的制备和组织培养等方面，但是对于蜘蛛丝蛋白材料在临床应用方面的研究还较少。
因此，未来的研究方向应该致力于解决蜘蛛丝蛋白的制造和应用问题，同时加强对于蜘蛛丝蛋白材料在医学领域中的临床应用方面的研究。
只有不断深入地挖掘其潜力和优势，才能更好地应用蜘蛛丝蛋白为人类服务。
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蛛丝蛋白研究进展
作者：张玉晴， 马黄如， 程诗萌， Zhang Yuqing， Ma Huangru， Cheng Shimeng
作者单位：张玉晴,程诗萌,Zhang Yuqing,Cheng Shimeng(华东师范大学生命科学学院,上海,200241)， 马黄如,Ma Huangru(上海市莘庄中学,上海,201100)
刊名：
生物学教学
英文刊名：BIOLOGY TEACHING
年，卷(期)：2011,36(2)
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本文链接：/Periodical_swxjx201102004.aspx。