基於生物探針膜的貝殼基質礦化功能蛋白質識別

《基於生物探針膜的貝殼基質礦化功能蛋白質識別》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由劉志明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於生物探針膜的貝殼基質礦化功能蛋白質識別
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉志明
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

貝殼等生物礦化材料具有輕質、高強、生物相容性好等諸多優點，相關性能顯著優於人工製備的各種材料。在貝殼的碳酸鈣礦化產物形成過程中，蛋白質等生物大分子與鈣離子的相互作用發揮了至關重要的作用。然而，當前對生物礦化功能蛋白質的識別研究中，過多關注於礦化產物，忽視了礦化產物的形成過程，因而難以系統地獲取與鈣離子有著較強相互作用、並誘導其礦化的主要貝殼基質礦化功能蛋白質。針對這一現狀，本項目擬基於高生物相容性的金納米粒子/再生纖維素雜化膜體系，製備一種貝殼基質蛋白質生物探針膜，通過生物探針膜與鈣離子相互作用的電化學信號識別出礦化功能蛋白質，並通過生物探針膜與自由礦化功能蛋白質誘導下的碳酸鈣結晶實驗對其礦化功能進行驗證和研究，從而建立一種新型的生物礦化功能蛋白質識別方法。該方法可用於系統化、高通量地識別生物礦化功能蛋白質，將有效推進生物礦化機理與材料的相關研究進展。

結題摘要

貝殼珍珠層是在珍珠層蛋白質的指導下通過生物礦化作用形成的。研究珍珠層蛋白質對掌握珍珠和貝殼的形成過程，乃至了解全部生物礦化機理都有著重要意義。本項目從珍珠層蛋白質的提取分離、蛋白質種類和新蛋白質的鑑定、特定蛋白質的異源表達，以及負載於納米金雜化再生纖維素膜的珍珠層蛋白質與鈣離子的相互作用等方面進行了研究。使用酸溶法提取馬氏珍珠貝貝殼珍珠層蛋白質。通過蛋白質電泳、質譜對其進行檢測，研究結果表明，提取的珍珠層蛋白質主要成分與已經發現的馬氏珍珠貝蛋白質一致，主要為Nacrein及其同源蛋白質；其餘為與其他有殼類軟體生物同源的蛋白質，並通過質譜鑑定發現了三種新蛋白質。開展了Nacrein和N16蛋白質在大腸桿菌體系內的表達和純化工作。Nacrein在低溫表達後產生包涵體、表達量低，經變性後使用親和層析純化，並通過Western Blot進行了鑑定。N16表達產生部分可溶性蛋白質，通過親和層析即可將其純化，可用於進一步表征與分析。製備了多種參數的納米金雜化再生纖維素膜，研究了雜化膜的電極化處理以及雜化膜面積對其電化學性質的影響，通過循環伏安和交流阻抗方法對雜化膜作為電化學電極的可行性進行了驗證。以雜化膜為電化學電極材料，開展了相關蛋白質與鈣離子的相互作用研究。首先，在雜化膜上分別負載BSA和CaM，通過交流阻抗方法對BSA在雜化膜上的負載情況和CaM與鈣離子的相互作用情況進行了研究。然後，將酸溶性珍珠層蛋白質和N16分別負載於雜化膜上，發現在與鈣離子相互作用後，負載珍珠層蛋白質的雜化膜的高頻阻抗顯著增大，表明珍珠層蛋白質與鈣離子確實存在較強相互作用，並且可以通過交流阻抗方法進行檢測。上述研究成果為通過生物探針膜與鈣離子相互作用的電化學信號識別礦化功能蛋白質的提供了技術基礎，對簡化礦化功能蛋白質的識別方法具有重要意義。