蛛丝蛋白研究进展

丝必将会被越来越多地用来 为人类服务 。
（ 通讯 作 者 ）
主 要 参 考文 献 ［ ］ ｌ ｋ ｄｅＴ Ｈ ｙｓｉ Ｙ． ０ ６ Ｓｌｅ ｌｉ ： ｉ ｅａｉｓ ｆ １ Ｂａ ｌ ｇ Ａ， ａａｈ Ｃ ２０ ． ｉ ｎｔ ｋｔ Ｂｏ ｈｎｃ ｃｅ ｋ ｏ ｓ ｍｅ ｏ
ｓｌ ｂ ｒ ｐ ｎ ｂ ｈ ｒ ｂｓ ｉｅ ｇｏ ｅａｇ ｎａａ．Ｊｕ ｎ ｌｏ ｉ ｆ ｅｓｓｕ ｙｔｅ ｏｂ ｗｅ ｐｄ ｒＡｒｉｐ ｒｅｔｔ ｋｉ ｏ ｒａ ｆ
学 方 式 培 养 了 学 生 综合 分 析 问题 的能 力 。
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８・
生物 学教学 ２１年（ ６ 第２ ０１ 第３ 卷） 期
基因相结合 ， 而产生出转基 因山羊 ， 从 该羊的羊奶 中含 与蛛丝相似的高蛋 白。另 外 ， 国外有科学 家用显微 注 射的方法将蛛丝 基 因导人 猪 的早期胚胎 ， 成熟猪表 从 达产生的精液 中分离蛛丝蛋 白。中国农业 大学李 宁教 授 Ｊ 领导的课题组 已经克 隆出 ３个“ 生物钢 ” 白基 蛋 因并且成功将“ 生物钢 ” 白基 因转移到老 鼠身上 ， 蛋 培 育出第 一批 携带 “ 物钢 ” 白基 因 的转 基 因老 鼠 。 生 蛋
解 不 了而 打 上 心 结望 而生 畏 ， 当 引 变式 训 练 于 教 学 ， 适
有时也会收到意想不 到的效果 。例 如对 “ 性状 遗传有
一
论， 对发挥学生主体性具有得天独厚 的优势 ， 是应试教
定规律性” 可这样设计 ： 有酒窝是 显性性状 ， Ａ控 由
制； 无酒窝是隐性性 状 ， ａ 由 控制 ， 分析 ： 试 ①基 因型都
认识 。 ５ 设 计 开 放 性 问题 。 养 学 生 综 合 能 力 培 数 学开放题 是 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 出 现 的 一 种 题 型 ，
将此题 引入课 堂 ， 生想 出了许多方案 ， 就各种 学 还
方 案 展 开 讨论 、 行 辩 论 ， 选 出 了最 佳 方 案 。这 种 教 进 并
此外蛛丝的延伸性 能非 常好 ， 用来 制作 防弹背 心
的凯 夫 拉 纤 维 的 断 裂 伸 长 率 不 足 ５ ， 蛛 丝 的 断 裂 ％ 而
伸长率达到 ２ ％ 。虽然蛛丝 的强度小 于凯 夫拉 纤维 ， ７ 但是由于蛛 丝富有 弹性 ， 以更好地 缓 冲子 弹 的冲击 可 力， 因此可成 为更理想 的防弹材料 。几年前 ， 国科 学 美 家已成功利用蛛丝来制造 防弹背心 。
蛛丝不溶于稀酸 、 稀碱 ， 只溶于 浓硫酸 、 溴化 钾或 甲酸 等 ， 且 对 大 部 分 水 解 蛋 白 酶 都 有 很 好 的 抗 并
性［ 。
等优点 ， 是包括蚕丝在 内 的天 然纤维 和合 成纤维 所无
法 比拟 的 ｊ 近 年 来 ， 国 、 拿 大 、 。 美 加 日本 、 国 以 及 德
因。 日本信州 大学 中垣 雅雄教 授【Ｊ ８ 将蚕 的丝 素基 因
的外显子的一 部分用蛛丝基因插入或大部分用蛛丝基
因代替 ， 通过筛选 ， 获得 了能够生产 出蛛丝 的家蚕 。孵
化 出来的蚕所 吐的丝 中含有 １％蛛丝成分 ， 种丝的 ０ 这 坚韧 、 柔软程度是普通丝 的 ２倍Ｏ 目前 日本 奈 良县 冈
蛛 丝 可 降解 且 韧 性 高 ， 以可 用 作 外 科 手 术 中 的缝 合 所
线； 在高强度材 料方面 ， 蛛丝可代替混凝土 中的钢筋用
度的部分 ， 而在家蚕基 因重链 中产生 了部分 蛛丝基 从
于建筑工程 ； 日常生 活中蛛丝还可 以制成环保型 可 在 降解 的塑料袋 与垃圾袋 ， 也可 以制成渔 民捕鱼 的渔 网 等工具。总之 ， 结构决 定功能 ， 能决定用 途， 来蛛 功 未
蛛 丝何 以成 为 弹 性 和韧 性 最 高 的 天 然 纤 维 ，０ ０ ２ １
示的用蛛丝织成 的长筒袜 和手套 。此外 ， 在第 二 次世
界 大 战 期 间 ， 丝 曾被 用 作 显 微 镜 、 远 镜 、 炮 的 瞄 蛛 望 枪
准系统 中光学装置 的十字准线 ， 这可 以说是 蛛丝第 一
本 制 袜 公 司正 在 用 这 种 材 料 研 制 一 种 更 坚 韧 、 有 弹 更
性的“ 蜘蛛 丝” 短袜 。另外 ， 利用类 似 的方法 ， 中科 院
Ｅ ｐｒ ｅｔ ｉｌ ｙ ２９ （ ｔ ３ ： ４２－ １ ｘｅ ｍ ｎ Ｂｏｏ ，０ Ｐ ） ２ ５ ６ ｉ ｌ ａ ｇ １
上海生命科学研究院在国际上首次将绿色荧光蛋 白与
一
性 ， 过 ３０ 才 会 黄 变， 与其 密 度 相近 的 蚕 丝在 超 ０℃ 而
】Ｏ 以 下表 现 热稳 定 性 ， 过 １０Ｃ 开 始 变 黄 。 Ｉ℃ 超 ４ｏ就
种 蛛 丝 ， 种 蛛 丝都 行 使 特 定 的功 能 。 例 如 ， 金 蛛 每 银
（ ｒｉ ｅａ ｅｔ ａ 可产 生 ５种 类 型 的 蛛 丝 ， 种 蛛 丝 Ａｇｏ ｒ ｎａ ） ｐ ｇ ｔ 每 的功 能 各 不 相 同 ｕｊ 。蛛 丝 具 有 很 高 的 强 度 、 性 、 弹 柔 韧 性 和 伸 长 度 ， 显 示 出轻 盈 、 紫 外 线 、 物 可 降 解 并 耐 生
次 被应 用 于 军 事 上 。此 后 ， 国 生 物 学 家 阿 西 雷 发 现 英
用蛛丝 制成 的防弹背心 能挡住 高速 子弹 ， 至能 够承 甚 受一辆 汽车的冲击。２ ０世纪 ７ ０年代 ， 科学家开始对蛛
丝 的理 化 性 质 进 行 深 入研 究 ， 一 直持 续 到今 天 。 并
取什么措施？②用 温室大棚生产蔬菜 ， 为了提高产量 ，
你认 为 王 大 爷 可在 大 棚 内 采取 什 么 措 施 ？③ 王 大 爷 家 今 年 大 丰 收 ， 认 为 贮 藏 粮 食 的最 佳 环 境 条 件 应 该 是 你 什么？
酒窝是显性性状 ？采用变式训练 ， 比讲 解 ， 对 使学生对 这部分较难理解 的 内容 有一个 较深 刻、 系统 而全 面的
我 国的科学家都对 蜘蛛丝 蛋 白进行 了深 入 的研 究 ， 取
得 了一 系 列 的 研 究成 果 。 １ 蛛 丝 的 研 究 历史
蛛丝强度大、 弹性好 ， 这一特点激发 了科 学家们 的
研 究 兴 趣 。早 在 ｌ ８世 纪 就 有 一 些 种 类 的 蛛 丝 被 应 用 到 纺 织 品 中 ， 具 代 表 性 的 是 １１ 最 ７０年在 巴 黎 科 学 院 展
ｄ ａ， ｎ ｉ ．Ｐ ｏ ｅ ｄｉｇ ｆ ｔｅＮａ ｏ ａ Ａｃ ｄ ｍｙｏ Ｓ ｉｎ ｅ ｆ ｔｅ ｒ ｇ ｉｅ ｓｌ ｌ ｋ ｒｃ ｅ ｎ ｓｏ ｈ ｉ ｌ ｔｎ ａ ｅ ｆ ｃｅ ｃ ｓｏ ｈ
蛛丝融合基因在家蚕丝基 因中插入 ， 并获得 了高级绿
色环 保 材 料荧 光 茧 。 ３ ３ 利 用 转基 因植 物 合 成蛛 丝 蛋 白 将 蛛 丝 蛋 白基 ．
［ ］ ｉｇＸｕ ｅ ｉ Ｒ ．９ ０ Ｓｒｅ ｒ ｆ ｒｅｎｓｐｒｂｒ ｐｄｒ ２ Ｍ ｎ ，Ｌｗｓ Ｖ １９ ．ｔ ｔｅ ｏ ｐｏ ｉ ｕ ｆ ：Ｓｉｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｅｉ ｅ
２ ２ 蛛 丝的韧性和 弹性 ．
研究发现 ， 蛛丝 比我们现在
已知的任何天然丝 或人 造丝 的强度都要 大 ， 当于 同 相 体积钢丝 的 ５倍 ； 在重 量 方 面 蛛 丝 比化 学 合 成 丝 轻 ２ ％ ， 弹性却 可延 伸到原 长 的 １ ５ 但 ０倍 ＿Ｊ ４ 。因此 ， 蛛丝 可以说是 自然界产 生的最好 的结构材料之一。
人们寻求另外 的途径 生产蛛丝蛋 白来 满足研究 、 开发 和应用的需要。国内外学者 已借助于 Ｅ益 发展的生物 ｔ 技术 ， 采用基因合成等方法人工合成蛛丝蛋 白。 ３ １ 利用微生物表达蛛 丝蛋白 将蛛 丝基 因转移 到 ． 微生物 中， 通过 微 生物发 酵 的方法来 获 得蛛丝 蛋 白。 再把这种蛋白质从微 孔中挤 出， 就可得到极细 的丝线 。 美国的 Ｐｉ ｅ ｌ 在 大肠杆 菌 中表 达 了与络新 妇属 ｒｃ等 ６ ｎ Ｊ 蛛蛛的蛛丝蛋 白同源序列 ， 获得 了与天 然蛛丝一样 的 蛋 白质。美 国怀俄明大学的 Ｔ ｅ 等 ｌ 给科研 人员提 ｕｌ ６ Ｊ 供 了一个非常成熟的利用细菌表达蛛丝 蛋白的方案。 ３ ２ 蚕吐蛛 丝 ． 将蛛 丝基 因通过 “ 电穿孔” 的方法 注
目前研 究 小 组 已 成 功 地 从 小 白 鼠 的 乳 汁 中获 得 了 “ 生 物钢” 白。 蛋 ４ 蛛 丝 蛋 白的 应用 前 景 展 望
定； 而不 发 生链 接 的 区 域 可 以让 蛛 丝 纤 维 拥 有 很 高 的 弹性 ［ ｊ ５。
３ 蛛 丝 的 人工 合 成
由于 蜘蛛 独 居 和 肉食 的生 活 习性 以 及 相 互 残 杀 的 特点 ， 使人 工 饲 养 非 常 困 难 ， 法 大 量 采 集 ， 就 迫 使 无 这
为Ａ Ａ的夫妇 ， 其子 女性 状表现 的比例是— — ； ② 基 因型别为 Ａ Ａ Ａ、 ａ的夫妇 ， 其子女性 状表现 的 比例是
。
— —ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
③ 基 因型 分 别 为 Ａ ａ 夫妇 呢 ？④ 基 因 型 Ａ、 ａ的
都 为 Ａ 或 基 因 型为 ａ 夫妇 又 如 何 呢 ？⑤ 孩 子 有 酒 ａ ａ的 窝 ， 亲 也有 酒 窝 ， 父 亲 无 酒 窝 ， 此 ， 否 能 判 断 有 母 但 仅 是
２ 蛛 丝 蛋 白的 理 化 性 质
年德国的科 学家在 ５月 １ ３日出版 的《 自然》 志上 揭 杂 示 了这个秘 密。蛛 丝包 含很 多蛋 白分 子 ， 这些 蛋 白分 子是 由数千个氨基酸组成 的长链 。ｘ射 线结构分析显 示， 在蛛丝纤维 中的某些 区域 ， 个蛋 白长链通过稳定 几 的物理链接相互绞合在一起 ， 而让蛛 丝纤 维 非 常稳 从
本 文 对 蛛 丝 蛋 白 的理 化 性 质 及 人 工 合 成 研 究 进展 作 了综 述 。