基于合成苯并三唑结构的蛋白质侧基修饰及其光稳定化作用

蛋白质中的一些氨基酸残基会吸收日光中的紫外线，发生光化学反应而导致蛋白质降解；而苯并三唑类紫外线吸收剂吸收紫外线后，会通过分子内质子转移，将能量释放出去，起到保护基质材料的作用。本申请项目拟从酪氨酸模拟物着手，研究采用邻硝基芳胺重氮盐对蛋白质酪氨酸残基中对羟基苯亚甲基侧基进行偶氮化修饰，并进一步还原形成苯并三唑结构，探明影响这一蛋白质修饰新方法的因素和调控规律，阐明苯并三唑结构修饰酪氨酸、蛋白质的紫外可见光吸收特性；研究经苯并三唑结构修饰的蛋白质受紫外线可见光照射的降解产物、降解速率，探明苯并三唑结构修饰酪氨酸、蛋白质的光降解特性，揭示其分子内质子转移的形成及能量转化机制，阐明苯并三唑结构修饰丝素蛋白质的光稳定化作用及其机理，为通过化学修饰对蛋白质材料进行定向改造，特别是为进一步研究开发抗泛黄、低脆损、高耐光色牢度蚕丝制品的加工技术，提供科学依据。

本项目针对蚕丝纤维耐光稳定性差的问题，将蚕丝蛋白质酪氨酸残基作为修饰位点，通过偶合、还原闭环等手段，研究蚕丝蛋白质酪氨酸残基化学修饰形成苯并三唑结构及其对改善蚕丝耐光稳定性的作用。项目在建立蚕丝织物耐紫外光照性能及酪氨酸成分定量分析的基础上，首先以酪氨酸作为蚕丝蛋白质酪氨酸残基模拟物，探明了以邻硝基苯胺重氮盐与酪氨酸上对羟基苯亚甲基发生偶合反应生成偶氮中间体，再采用二氧化硫脲对偶氮中间体进行还原闭环反应合成酪氨酸的苯并三唑结构修饰产物的影响因素及其规律性，揭示了该苯并三唑结构修饰酪氨酸显著的紫外线吸收特性。然后，参照酪氨酸化学修饰方法对脱胶蚕丝进行化学修饰，并对修饰后蚕丝水解液成分进行HPLC、质谱、紫外光谱等的测试与表征，证实了水解液中含有与苯并三唑结构修饰酪氨酸产物相同的成分，从而证明了在蚕丝纤维上成功实现合成苯并三唑结构的酪氨酸残基修饰产物。对合成苯并三唑结构的酪氨酸修饰产物的光降解性分析表明，修饰后的酪氨酸耐光稳定性明显提高，并且当苯并三唑结构修饰的酪氨酸与未修饰酪氨酸及蚕丝中其它主要氨基酸混合时，具有降低未修饰酪氨酸及其它氨基酸光降解的光稳定化作用。同时，将蛋白质偶合修饰方法应用到带芳伯胺基紫外线吸收剂对蚕丝的偶合修饰接枝中，以及带芳伯胺基染料对蚕丝的偶合修饰生成共轭双键发色体显色，充分证明了蚕丝酪氨酸残基的高反应活性。从研究的结果来看，能参与偶合修饰反应的酪氨酸残基约为蚕丝蛋白质酪氨酸残基总量的50%，而最终能合成苯并三唑结构修饰的酪氨酸残基约占蚕丝蛋白质酪氨酸残基总量的22%。形成苯并三唑结构的修饰使蚕丝织物具备了紫外线吸收剂的作用，但偶合、还原两步修饰反应的碱性条件导致了蚕丝纤维的损伤，加上合成的苯并三唑结构具有短波长可见光吸收特性等原因，使修饰后蚕丝织物的强力和白度有所降低。为此，本项目将研究拓展到设计合成结构更合理的高效紫外线吸收剂、开展温和反应条件的蚕丝蛋白质三组分Mannich反应修饰等方面工作，已经取得了一定的进展，并将进一步开展下去。本项目首次实现了对酪氨酸和蚕丝蛋白质合成苯并三唑结构的化学修饰，揭示了其光稳定化作用及其规律性，该成果对蚕丝蛋白质的化学修饰及其功能化改造具有重要的科学意义。