利用雙縮脲試劑檢驗蜘蛛絲成分的探索

朱秀燕 胡東升

（北京市順義牛欄山第一中學 北京 101301）

蜘蛛絲是蜘蛛為了取食而結成的輕、柔軟且結實的網(wǎng)狀結構。人們利用多種技術手段和精密儀器了解蜘蛛絲的物理機械性能、蜘蛛絲蛋白的氨基酸成分、蜘蛛絲蛋白基因序列及蜘蛛絲蛋白的空間構型等多方面內(nèi)容。天然或人工蜘蛛絲已被廣泛應用。古希臘人用蜘蛛網(wǎng)為傷口止血，第二次世界大戰(zhàn)時蜘蛛絲曾被用作望遠鏡、槍炮的瞄準系統(tǒng)中光學裝置的十字準線，目前在航空航天（例如飛機和人造衛(wèi)星的結構材料、復合材料、宇航服裝）、軍事（例如坦克裝甲、防彈衣、降落傘）、建筑（例如橋梁和高層建筑的結構材料）、醫(yī)學（例如眼科及顯微手術繃帶、手術縫合線、人造韌帶、血管支架）等領域均表現(xiàn)出廣闊的應用前景［1］。

蜘蛛絲是由氨基酸（約42%甘氨酸、約25%丙氨酸及少量谷氨酸、酪氨酸、亮氨酸、絲氨酸等體積較大的氨基酸）組成的天然蛋白質［2］?？蒲腥藛T通過高科技手段及一些精密儀器（電鏡技術）等對其進行測定和研究。筆者嘗試指導學生利用雙縮脲試劑顯色法對其進行初步鑒定，從而使學生了解“檢測生物組織中的蛋白質實驗”不僅是單純的驗證實驗，而是利用所學知識解釋生活現(xiàn)象，從而達到學以致用的目的。

1 實驗原理

雙縮脲試劑是由雙縮脲試劑A（NaOH）和雙縮脲試劑B（CuSO4）2種試劑組成，雙縮脲試劑用來檢測雙縮脲，因蛋白質中有肽鍵（-CO-NH-），所以也可用于蛋白質檢驗，與蛋白質接觸后的顏色呈紫色。

2 實驗儀器和試劑

1）儀器：廣口瓶，鑷子，玻璃棒，剪刀，酒精燈，三腳架，火柴，試管，玻璃棒，燒杯，石棉網(wǎng)，滴管。照相器材：華為榮耀6手機（1 300萬像素）。

2）試劑：蒸餾水，10%的氯化鈣溶液，雙縮脲試劑（0.1 g/mL氫氧化鈉水溶液和0.01 g/mL硫酸銅水溶液），雞蛋白溶液。

3 實驗過程

3.1 蜘蛛絲的采集

3.1.1 野外采集 采集地點盡量選擇人們活動少的地方；采集時間選擇傍晚或晚上，該時間段是蜘蛛結網(wǎng)捕食的時間；由于漏斗蛛的網(wǎng)結成時間較長，上面灰塵和蚊蟲的殘體較多，盡量不采集，金蛛和大腹園蛛的網(wǎng)不僅大［3］，而且都是當天結成或補織，便于采集，另外雜質少對檢驗實驗的顯色反應干擾較少。

本實驗蜘蛛絲采集環(huán)境分別選取在北京市順義區(qū)潮白河河畔的灌木叢、居民小區(qū)的綠化帶及學校校園圍墻下，采集漏斗蛛剛結成的新網(wǎng)和園蛛結的圓網(wǎng)。

3.1.2 飼養(yǎng)蜘蛛絲采集 由于不能長時間到野外采集，且野外采集的蜘蛛絲上面灰塵和雜質較多，干擾實驗現(xiàn)象觀察，所以捕捉蜘蛛后在室內(nèi)飼養(yǎng)，再提取其蜘蛛絲，以提供較為純凈的實驗材料。

本實驗選擇一只個體較大的大腹園蛛進行飼養(yǎng)，飼養(yǎng)環(huán)境是50 cm×40 cm紙箱（上面遮蓋透明塑料布，便于觀察結網(wǎng)情況），每天喂食蒼蠅、瓢蟲等活體昆蟲，第2天早晨用玻璃棒纏繞、采集蜘蛛絲。連續(xù)采集10 d，將蜘蛛絲收集在一起待用。

3.2 蜘蛛絲蛋白質成分的檢驗

1）制取蜘蛛絲混濁液：將野外采集的蜘蛛絲用剪刀剪成碎末，置于50 mL的燒杯中，加入少量蒸餾水，酒精燈煮沸0.5 h形成混濁液，冷卻后待用。

2）實驗步驟：用膠頭滴管取蛛絲蛋白混濁液約1 mL置于試管中，取另一支試管加入1 mL雞蛋白溶液作為對照組。分別滴加雙縮脲試劑（先加入0.1 g/mL的氫氧化鈉水溶液約1 mL，再加入4～5滴0.01 g/mL的硫酸銅水溶液），充分振蕩后觀察現(xiàn)象。

3）實驗結果：對照組出現(xiàn)明顯的紫色，蛛絲蛋白組沒有出現(xiàn)明顯的紫色。

4）實驗現(xiàn)象分析：①蜘蛛絲可能沒有充分溶解，溶液中蛋白質濃度低；②野外采集的蜘蛛絲雜質較多，蜘蛛絲渾濁液較黑，干擾實驗現(xiàn)象的觀察；③蜘蛛絲蛋白質結構的破壞不夠充分。

查閱資料后得知蛛絲纖維蛋白極其不容易溶解［4－5］，只能溶于高濃度的鹽溶液如溴化鋰、硫氰酸鋰、氯化鈣等，另外高濃度的丙酸和鹽酸混合物及甲酸也能溶解蛛絲。

5）根據(jù)以上分析，將實驗改進為：①取材：室內(nèi)飼養(yǎng)蜘蛛的蜘蛛絲，保證蜘蛛絲混濁液的顏色盡量為無色；②實驗方法：將蜘蛛絲剪碎后，置于研缽中，加入石英砂和氯化鈣溶液充分研磨。靜置后取上清液進行雙縮脲試劑檢測實驗；③實驗結果：蜘蛛絲混濁溶液加入雙縮脲試劑后顯示紫色；④實驗結論：蜘蛛絲的主要成分是蛋白質。

4 實驗反思

學生通過對蜘蛛絲成分的研究，不僅對蜘蛛絲的蛋白質成分有了更清晰的認識，同時也將所學知識很好地應用于實踐。在實驗過程和實驗改進中提高了分析問題和解決問題的能力。

5 實驗創(chuàng)新點

1）蜘蛛絲蛋白質成分的研究一般在高校和科研機構進行，需要借助一些先進的和大的設備完成。本研究的方法和手段完全是基于高中生物學研究方法，學生能夠將所學內(nèi)容直接用于實踐檢驗，簡單易行，現(xiàn)象明顯。

2）高中生物學教學中檢驗蛋白質所用到的材料都是雞蛋白溶液（其成分更多的是球蛋白，便于溶解配成溶液），利用教材所學到的方法應用于生活中其他蛋白質的檢驗（本實驗是對蜘蛛絲蛋白質的檢驗），更好體現(xiàn)學以致用的理念，培養(yǎng)學生的探究能力。

3）查閱的資料中對于蜘蛛絲蛋白質（其成分主要是絲蛋白）的溶解是研究中的一個難點，本實驗借助于研缽、石英砂和氯化鈣溶液溶解蜘蛛絲蛋白是一個大膽的嘗試。

主要參考文獻

［1］張野妹.天然蜘蛛絲蛋白的分子構象轉變特征.蘇州:蘇州大學碩士學位論文，2014.

［2］IIT Kharagpur，Rahul，G Asai.蜘蛛絲研究與應用概述.纖維技術，2006(7)：26.

［3］王建南，白倫.蜘蛛絲蛋白及其基因工程研究.絲綢，2008(6)：53.

［4］許菁，潘志娟.蜘蛛絲蛋白的人工合成及人造蛛絲.蘇州大學學報（工科版），2005，25（1）:48.

［5］宋大祥，周開亞，潘鴻春.蜘蛛絲蛋白研究進展.蛛形學報，2006，15（1）：52.