利用双缩脲试剂检验蜘蛛丝成分的探索

朱秀燕 胡东升

（北京市顺义牛栏山第一中学 北京 101301）

蜘蛛丝是蜘蛛为了取食而结成的轻、柔软且结实的网状结构。人们利用多种技术手段和精密仪器了解蜘蛛丝的物理机械性能、蜘蛛丝蛋白的氨基酸成分、蜘蛛丝蛋白基因序列及蜘蛛丝蛋白的空间构型等多方面内容。天然或人工蜘蛛丝已被广泛应用。古希腊人用蜘蛛网为伤口止血，第二次世界大战时蜘蛛丝曾被用作望远镜、枪炮的瞄准系统中光学装置的十字准线，目前在航空航天（例如飞机和人造卫星的结构材料、复合材料、宇航服装）、军事（例如坦克装甲、防弹衣、降落伞）、建筑（例如桥梁和高层建筑的结构材料）、医学（例如眼科及显微手术绷带、手术缝合线、人造韧带、血管支架）等领域均表现出广阔的应用前景［1］。

蜘蛛丝是由氨基酸（约42%甘氨酸、约25%丙氨酸及少量谷氨酸、酪氨酸、亮氨酸、丝氨酸等体积较大的氨基酸）组成的天然蛋白质［2］。科研人员通过高科技手段及一些精密仪器（电镜技术）等对其进行测定和研究。笔者尝试指导学生利用双缩脲试剂显色法对其进行初步鉴定，从而使学生了解“检测生物组织中的蛋白质实验”不仅是单纯的验证实验，而是利用所学知识解释生活现象，从而达到学以致用的目的。

1 实验原理

双缩脲试剂是由双缩脲试剂A（NaOH）和双缩脲试剂B（CuSO4）2种试剂组成，双缩脲试剂用来检测双缩脲，因蛋白质中有肽键（-CO-NH-），所以也可用于蛋白质检验，与蛋白质接触后的颜色呈紫色。

2 实验仪器和试剂

1）仪器：广口瓶，镊子，玻璃棒，剪刀，酒精灯，三脚架，火柴，试管，玻璃棒，烧杯，石棉网，滴管。照相器材：华为荣耀6手机（1 300万像素）。

2）试剂：蒸馏水，10%的氯化钙溶液，双缩脲试剂（0.1 g/mL氢氧化钠水溶液和0.01 g/mL硫酸铜水溶液），鸡蛋白溶液。

3 实验过程

3.1 蜘蛛丝的采集

3.1.1 野外采集 采集地点尽量选择人们活动少的地方；采集时间选择傍晚或晚上，该时间段是蜘蛛结网捕食的时间；由于漏斗蛛的网结成时间较长，上面灰尘和蚊虫的残体较多，尽量不采集，金蛛和大腹园蛛的网不仅大［3］，而且都是当天结成或补织，便于采集，另外杂质少对检验实验的显色反应干扰较少。

本实验蜘蛛丝采集环境分别选取在北京市顺义区潮白河河畔的灌木丛、居民小区的绿化带及学校校园围墙下，采集漏斗蛛刚结成的新网和园蛛结的圆网。

3.1.2 饲养蜘蛛丝采集 由于不能长时间到野外采集，且野外采集的蜘蛛丝上面灰尘和杂质较多，干扰实验现象观察，所以捕捉蜘蛛后在室内饲养，再提取其蜘蛛丝，以提供较为纯净的实验材料。

本实验选择一只个体较大的大腹园蛛进行饲养，饲养环境是50 cm×40 cm纸箱（上面遮盖透明塑料布，便于观察结网情况），每天喂食苍蝇、瓢虫等活体昆虫，第2天早晨用玻璃棒缠绕、采集蜘蛛丝。连续采集10 d，将蜘蛛丝收集在一起待用。

3.2 蜘蛛丝蛋白质成分的检验

1）制取蜘蛛丝混浊液：将野外采集的蜘蛛丝用剪刀剪成碎末，置于50 mL的烧杯中，加入少量蒸馏水，酒精灯煮沸0.5 h形成混浊液，冷却后待用。

2）实验步骤：用胶头滴管取蛛丝蛋白混浊液约1 mL置于试管中，取另一支试管加入1 mL鸡蛋白溶液作为对照组。分别滴加双缩脲试剂（先加入0.1 g/mL的氢氧化钠水溶液约1 mL，再加入4～5滴0.01 g/mL的硫酸铜水溶液），充分振荡后观察现象。

3）实验结果：对照组出现明显的紫色，蛛丝蛋白组没有出现明显的紫色。

4）实验现象分析：①蜘蛛丝可能没有充分溶解，溶液中蛋白质浓度低；②野外采集的蜘蛛丝杂质较多，蜘蛛丝浑浊液较黑，干扰实验现象的观察；③蜘蛛丝蛋白质结构的破坏不够充分。

查阅资料后得知蛛丝纤维蛋白极其不容易溶解［4－5］，只能溶于高浓度的盐溶液如溴化锂、硫氰酸锂、氯化钙等，另外高浓度的丙酸和盐酸混合物及甲酸也能溶解蛛丝。

5）根据以上分析，将实验改进为：①取材：室内饲养蜘蛛的蜘蛛丝，保证蜘蛛丝混浊液的颜色尽量为无色；②实验方法：将蜘蛛丝剪碎后，置于研钵中，加入石英砂和氯化钙溶液充分研磨。静置后取上清液进行双缩脲试剂检测实验；③实验结果：蜘蛛丝混浊溶液加入双缩脲试剂后显示紫色；④实验结论：蜘蛛丝的主要成分是蛋白质。

4 实验反思

学生通过对蜘蛛丝成分的研究，不仅对蜘蛛丝的蛋白质成分有了更清晰的认识，同时也将所学知识很好地应用于实践。在实验过程和实验改进中提高了分析问题和解决问题的能力。

5 实验创新点

1）蜘蛛丝蛋白质成分的研究一般在高校和科研机构进行，需要借助一些先进的和大的设备完成。本研究的方法和手段完全是基于高中生物学研究方法，学生能够将所学内容直接用于实践检验，简单易行，现象明显。

2）高中生物学教学中检验蛋白质所用到的材料都是鸡蛋白溶液（其成分更多的是球蛋白，便于溶解配成溶液），利用教材所学到的方法应用于生活中其他蛋白质的检验（本实验是对蜘蛛丝蛋白质的检验），更好体现学以致用的理念，培养学生的探究能力。

3）查阅的资料中对于蜘蛛丝蛋白质（其成分主要是丝蛋白）的溶解是研究中的一个难点，本实验借助于研钵、石英砂和氯化钙溶液溶解蜘蛛丝蛋白是一个大胆的尝试。

主要参考文献

［1］张野妹.天然蜘蛛丝蛋白的分子构象转变特征.苏州:苏州大学硕士学位论文，2014.

［2］IIT Kharagpur，Rahul，G Asai.蜘蛛丝研究与应用概述.纤维技术，2006(7)：26.

［3］王建南，白伦.蜘蛛丝蛋白及其基因工程研究.丝绸，2008(6)：53.

［4］许菁，潘志娟.蜘蛛丝蛋白的人工合成及人造蛛丝.苏州大学学报（工科版），2005，25（1）:48.

［5］宋大祥，周开亚，潘鸿春.蜘蛛丝蛋白研究进展.蛛形学报，2006，15（1）：52.