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蜘蛛丝蛋白基因的合成及其串联体的重组表达

摘要

蜘蛛丝蛋白作为一种天然高分子材料，在生物医学工程、纺织品制

造等多个领域具有广泛的应用价值。为了实现对蜘蛛丝蛋白的可控合成

和改良，基因工程技术被广泛应用于研究该蛋白的合成及重组表达。本

文概述了蜘蛛丝蛋白基因的合成及重组表达方法，并对不同表达技术的

优缺点进行了分析与比较。

关键词：蜘蛛丝蛋白；基因合成；重组表达；串联体

引言

蜘蛛丝蛋白是一种天然高分子材料，由许多不同的蛋白质组成，具

有优异的力学性能和环境适应性，被广泛应用于生物医学工程、纺织

制造等多个领域。传统的蜘蛛丝蛋白提取方法效率低下、生产成本高，

难以实现对其结构与功能的精确调控。为此，利用基因工程技术可以实

现对蜘蛛丝蛋白的可控合成和改良，是制备高性能蛋白材料的有效手段。

蜘蛛丝蛋白基因的合成

蜘蛛丝蛋白基因存在于某些蜘蛛的腹部，编码了一系列的蛋白质单

元，包括结构域和功能域。其中，蛋白质单元的序列和排列影响了蜘蛛

丝蛋白的力学性能和生物活性。蜘蛛丝蛋白的基因合成一般包括两个步

骤，即传统的PCR扩增和基因合成。PCR扩增是通过酶催化，将蜘蛛丝

蛋白基因从蜘蛛体内提取，增加其复制数量。此外，基因合成还可以通

过人工合成DNA纳米线来实现，相对于PCR扩增，基因合成时可避免因

PCR扩增过程中的酶耐热性而引入的错误。

蜘蛛丝蛋白串联体的重组表达

蜘蛛丝蛋白串联体的重组表达是指将编码蜘蛛丝蛋白基因的DNA序

列植入到细胞中，使其表达该蛋白。细胞内表达的蜘蛛丝蛋白通过融合

与其他蛋白或化学结构材料，可以形成不同的功能性高分子复合材料。

根据表达载体的不同，表达分为质粒表达、病毒载体表达和细胞外表达

等多种形式。

质粒表达是将蜘蛛丝蛋白基因导入到质粒载体中，利用质粒的复制

和转录特性，将基因在靶细胞内表达。这种方法的优点是实验操作相对

容易，重组表达效率较高，但不同质粒表达载体之间的稳定性存在差异，

且表达产物中可能存在未被正确折叠的蛋白，影响表达产物的利用价值。

病毒载体表达是通过载体病毒感染细胞，实现目的蛋白的重组表达。

这种方法的优点是可以实现高效率、选择性地将基因植入到目标细胞内，

并可较好地抑制干扰性蛋白的表达。但由于操控病毒表达存在一定的危

害性，同时病毒载体的稳定性也受到限制，因此病毒载体表达方式难以

广泛应用。

细胞外表达是将蜘蛛丝蛋白基因导入到表达细胞外的系统中，在无

细胞系统中进行表达。无细胞系统中通常无需担心蛋白折叠问题，分子

量限制也减小，相对应用于多功能尺寸较大的聚合物结构折叠应力较大

的时候。细胞外系统表达的效率较低，但其避免了外源性因子干扰和细

胞毒性，更适合于直接制备蛋白复合材料的应用。

结论

蜘蛛丝蛋白是一种天然高分子材料，具有优异的力学性能和环境适

应性，是制备高性能蛋白材料的理想来源。基因工程技术的应用可以实

现对蜘蛛丝蛋白的可控合成和改良，为其广泛应用提供了技术支撑。同

时，表达载体的选择、折叠问题等限制了蜘蛛丝蛋白的实际应用效果，

尚需进一步的研究和改进。