蛋白質在生物礦化中的影響
我們對生物礦化的研究已經從比較簡單的現象向比較復雜的現象方面轉變了，其中我們發現生物的蛋白質含量在生物礦化中表現出比較重要的作用，也是大家關注的熱點。研究其蛋白質的額含量對我們了解生物的礦化起到了一定的作用，使得了解變得更加的深入。對其中的蛋白質含量我們經常是用全自動定氮儀來測定的，這樣就避免了很多人力的浪費，而且測量的準確度也是比較高的，減少了人為測定的誤差。但是,關于蛋白質作用的研究仍然處在模擬階段,許多結論還缺乏實驗數據和理論支持,一方面是由于生物礦化現象的復雜性,另一方面還在于蛋白質結構的復雜多樣性.因此,研究蛋白質作用的一般規律,就顯得尤為必要.
在生物礦化過程中,蛋白質等有機大分子,通過自組裝和自組織等方式形成超分子結構,生物體系再以超分子結構為模板對生物礦物的形成起重要的調控作用,其中蛋白質超分子模板通過蛋白質構象的變化來適應生物體的需要,如從蛋白質的A-螺旋構象到蛋白質的B-折疊構象,從蛋白質的無規卷曲構象到蛋白質的A-螺旋構象和B-折疊構象等。在生物膜中蛋白質以鑲嵌蛋白和外層膜蛋白等形式存在,而在生命體中進行的礦化過程則多發生在膜的界面處,因而用蛋白質作為生物膜的簡單模型和生物體的半流動性模型就具有一定的相似性.
作為生物蛋白,膜蛋白質參與了生物礦化的過程;另外一類蛋白質就是處在血漿和體液中的可溶蛋白,該類蛋白質可以通過自身結構的變化從而在生物礦化過程中扮演著極為重要的角色,其作用形式也比較復雜.上面兩類參與生物礦化過程的蛋白合稱為模板蛋白或基質蛋白,簡稱為蛋白質模板,而在該模板作用下的礦化過程則通常稱為蛋白質模板調制的礦化過程。
生物礦化是一個復雜的過程,蛋白質作為該過程的重要參與者引起了人們的極大關注.目前研究蛋白質和生物礦物之間相互作用的方法有以下兩種:一是以從生物礦物中提取的蛋白質為基質模板來研究蛋
白質對無機礦物結晶的影響,我們稱之為模板法;二是以該類蛋白質作為一種無機溶液添加劑,加入到某溶液中來研究蛋白質參與下對無機物結晶的影響,我們稱之為混溶法.其中模板法有利于對生物礦化機制的研究,但是表征手段相對困難;而混溶法有利于仿生礦化合成的研究,表征手段也相對多樣,但不利于開展對生物礦化機制的模擬研究.
在生物礦化中,蛋白質通過分子識別來影響生物礦物的成核和生長.通常認為蛋白質在調控晶體生長時,通過一級結構中的氨基酸以及氫鍵和晶體發生靜電相互作用,導致二級結構的改變,然后通過重組來
滿足幾何匹配和空間立體化學互補.而且蛋白質在結合不同的晶體時會采取不同的二級結構,也說明了蛋白質的二級結構在生物礦化過程中起著重要的作用.蛋白質模板和晶體之間的作用機制,也可以用抗原與抗體之間的相互作用機制來解釋,即蛋白質作為抗體,晶體作為抗原,蛋白質對晶體的生長有識別作用,可以識別晶體生長面并為晶體的生長提供位點.
蛋白質的兩種作用
目前為止,有關蛋白質作用的研究主要集中在以下兩點:在生物礦物成核過程中的作用和在生物礦物生長過程中的作用.蛋白質在生物礦物的成核和生長過程中扮演著不同的角色,一方面蛋白質吸附在晶核
表面對晶體的成核起抑制作用,進而影響晶體的臨界成核尺寸,同時由于吸附晶體不同方向的生長速度受到抑制,從而調控晶體的形貌,此時蛋白質就具有晶體成核和生長抑制劑的作用;另一方面,當蛋白質吸附在基質或基底的表面時,導致晶體成核能降低,使成核變得更加容易,此時蛋白質就可以作為晶體成核的位點.一般認為,蛋白質的作用與蛋白質的濃度、蛋白質的構像、蛋白質的純度、蛋白質的來源、蛋白質的組合系統、蛋白質存在的環境和蛋白質表面所帶的電荷有關.中國糧油儀器網 http://www.yoshikomatsuura.com/
