1.2 從文獻回顧中來了解蠶絲蛋白質，先對蠶絲蛋白質的成份認識說
圖1.1 蠶絲絲囊的分段方式
圖1.2 分段絲囊的2D膠結果
圖1.3 被成功標認出的93個蠶絲蛋白質點
表格 1.4-1 被標認出的93個蠶絲蛋白質點的資訊
表格1.4-2 被標認出的93個蠶絲蛋白質點的資訊
表格1.4-3 被標認出的93個蠶絲蛋白質點的資訊
表格1.4-4 被標認出的93個蠶絲蛋白質點的資訊
1.3 就蛋白質的結構分析而言，在參考文獻28中有實驗設計是利用高解 的進步，例如：使用高解析度的原子力顯微鏡 (atomic force microscopy
AFM)10，將類似蜘蛛絲蛋白的成分和結構的單分子結構合成類蜘蛛絲蛋白 作掃描分析，此結構由兩種單分子聚合而成，為SPI和SPII序列，SPI序列 為poly(A)[poly-(alanine)]和poly(GA)[poly-(glycy-alanine)]所組成的16個胺 基酸排列，側鍊再加上22個胺基酸所組成的富含glycine的GGX單體，SPII 序列則為12個胺基酸所構成的2個GPGGX單體，之後藉由基因選植表現之 後，蛋白質組成結果為[(SPI)4 + SPII]4的重複排列結構，可以形成奈米纖維 狀的結構，作者將此結構稱為pS(4+1)，結果的如下圖所示：
圖 1.5-1 pS(4+1)蛋白質結構示意圖
之後將此合成的類蜘蛛絲蛋白質結構進行AFM掃描，可發現結構的結 果跟蛋白質排列示意圖中所描述的幾乎相近，蛋白質結構掃描後的AFM 圖：
圖 1.5-2 類蜘蛛絲合成蛋白自組裝結構之AFM圖
圖 1.5-3 類蜘蛛絲合成蛋白自組裝之結構分析
從圖中，我們可以明顯發現結構的形狀是螺旋狀以及摺板狀一起組成 的，呈現整齊而且重複出現的奈米纖維結構，與之前預測的原始蜘蛛絲蛋 白質的二級結構35非常相類似(如下圖所示)。
圖 1.5-4 液體狀態蜘蛛絲蛋白質之二級結構預測圖
此研究團隊也利用了AFM的探針對奈米纖維作細微的機械性質量 測，而且有實驗顯示蠶絲蛋白質與蜘蛛絲蛋白質性質相近，所以相信這些 方法都值得去學習跟利用。
對於蠶絲蛋白質二級結構的認識非常重要，因為我們可以預測當蠶絲 蛋白質作自組裝結構之後，所會形成的形狀，我們預測會形成奈米纖維狀 或者是管狀的形式。同樣的，可以參考不同種類蛋白質會形成自組裝結構 的方式以及應用。
候，隨時間改變的結構變化情形，藉由AFM作為觀測的工具，觀察每個時 間點的介穩定狀態結構，實驗方法為先將KFE8溶解在穩定的保存溶液當 中，讓保存溶液能夠在室溫中作保存，並且藉由控制保存溶液的濃度和酸 鹼值(pH值)，來避免因為溶液中的離子不穩定而造成有析出物產生，接著 將這個含有KFE8的溶液在雲母片上形成自組裝結構，並且設定觀測的時間 點來看介穩定的結構狀態，實驗結果如下圖：
圖 1.6 KFE8在保存溶液中形成自組裝結構的介穩定狀態(AFM)
時，用電子顯微鏡觀察到的結果；ｂ.35分鐘之後的結果；ｃ.2小時後的結 果；ｄ.30小時後的結果，由此可見，自組裝結構會隨時間慢慢轉變成更複 雜的結構，了解蛋白質形成自組裝結構的機制是非常重要的，這有助於作 蠶絲蛋白質的自組裝結構的條件設定。
除了了解自組裝的機制之外，自組裝結構的應用變得更令人感興趣 了，例如：使用利用有機胜肽鍵所形成的自組裝結構來辨認奈米金粒子12， 用diphenylalanine做自組裝，最後會形成共軸的奈米管狀結構，第二步是加 入銀離子，讓銀離子填滿奈米管的中空部份，並且將銀離子做還原，第三 步再將奈米管接合含有硫氫鍵(-SH)的diphenylalanine，接著第四步就是加 入金粒子，這樣金粒子就會被奈米管表面的硫氫鍵接合。實驗的流程圖如 下：
圖 1.7-1 自組裝結構奈米管辨認金粒子實驗流程
圖 1.7-2 金粒子與自組裝奈米管接合的TEM圖
從上圖的結果可以清楚看出，自組裝奈米管的表面有修飾硫氫鍵跟沒 有硫氫鍵，對於金粒子在表面上的接合，會有很明顯的差異，在上圖的左 圖當中，c圖表示奈米結構表面無修飾硫氫鍵，所以幾乎沒有金粒子接合上 去，而d圖表示結構表面有修飾硫氫鍵，所以就很容易與金粒子接合，上 圖的右圖是d圖放大的結果，從圖中更可以明顯的看出，金粒子也會隨著 表面修飾的硫氫鍵做具有方向性的接合。
1.5 在選作此實驗之前，搜尋到幾篇的相關研究論文，其中的一篇11是 將選用的鞭毛狀蛋白質做自組裝的奈米結構成型，並且針對這種特殊形狀 的奈米結構作分析，利用螢光顯微鏡、transmission electron microscopy (TEM)以及光學性質的量測，希望藉由此種新式的奈米結構，讓它發展成 為具功能性的蛋白質，而本實驗將學習這些觀念並朝著此方向來做。
主要原因有二，一. 蠶絲蛋白質可藉由一定程度的培養，來獲得較大量而 且品質較佳的蠶絲蛋白質，這對於實驗的進行相當有利，可排除掉很多的 失敗因素，第二. 截至目前為止，大家對蠶絲蛋白質的研究僅停留在分析 其組成成分和探討其分子量大小的地步，並未做更進一步深入探討和發 展，而在本實驗中除了做成分分析以及分子量定量之外，將朝著在上面所 論述的方向來進行研究，以更微觀的角度，再結合生物分子自組裝的觀念 和模式導入實驗方法，讓蠶絲蛋白質形成奈米結構構型，分析其在奈米尺 度中所具有的量子物性行為、光學性質、導電性和熱傳度等，讓蠶絲蛋白 的應用更多元且更加強化其功能性。