稀土作用於辣根細胞膜的若干生物無機化學行為研究

《稀土作用於辣根細胞膜的若干生物無機化學行為研究》是依託南京師範大學，由黃曉華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：稀土作用於辣根細胞膜的若干生物無機化學行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃曉華
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

選擇出口經濟作物（植物）辣根細胞為研究對象；以探討稀土離子（Ln3+）作用於植物細胞膜所導致的若干生物無機化學行為及其機理為研究目的；以細胞化學（稀土放射自顯影技術）、細胞生物學技術（螢光顯微鏡、細胞樣品CO2臨界點乾燥、冷凍斷裂和冷凍蝕刻等技術）與物理化學方法（原子力顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、計算機模擬、膜片鉗、細胞中非電活性離子檢測新方法及核磁共振等多種譜學技術）的最佳化組合為研究手段；以Ln3+在辣根細胞膜上的分布及其形態－膜上示蹤分子（膜脂或膜蛋白等）微結構－膜電位（離子通道）－細胞內礦質元素含量變化的微觀化學過程為研究內容；揭示Ln3+作用於植物細胞膜的位點、細胞膜結構、細胞膜功能與細胞內礦質元素含量變化的機理，為從細胞及分子層次系統闡明稀土作用於植物的機理及其植物食品安全提供借鑑。

結題摘要

低濃度Ln(III)作用辣根後發現：① Ln(III)被錨定在質膜上，胞壁和胞內均無。 ②細胞可優選質膜上含有羧基分子(如纖連蛋白)與Ln(III)鍵合而成納米(尺度)配合物，而被錨。③被錨Ln(III)活化了質膜胞吞作用，植物細胞胞吞水平均很低，適度活化卻為質膜回收及物質交換提供了幫助。④質膜胞吞作用的活化令膜上分子產生由外到內回響，如膜外甘露糖基表達增、膜外K+和Ca2+含量降、膜中不飽和脂肪酸、胞內信號分子、營養元素和DNA量增等，利於細胞生長。 高濃度Ln(III)處理辣根後發現：①細胞提供更多Ln(III)結合點而生成更多的Ln(III)納米（尺度）配合物，損傷生物分子結構與功能。②胞吞活性更高，且Ln(III)生物分子納米配合物進細胞。因細胞壁阻礙示蹤分子通過質膜而了解植物胞吞途徑艱難，專家們就其胞吞模型達兩種路徑共識。伴隨同位素Ln(III)處理辣根後，首次直觀到該正常胞吞模型的途徑II。③同觀察到異常胞吞現象：胞吞泡與溶解酶泡融合後變形且表面凹陷起伏（酶溶泡內pH 2.5，融合令Ln(III)從配合物中解離並熵增其無規運動擊膜）；變形的融合泡破碎，釋放出Ln(III)至細胞質中;胞質中Ln(III)再形成新的Ln(III)生物分子納米配合物；該配合物在胞質中自組裝成不同尺寸的Ln(III) 納米(團)簇。④一些Ln(III)納米簇被埋在胞質中不隨時遷移而殘留活體（植物細胞遇高量金屬時，金屬離子在液泡中區室化是耐受損傷機理之一，胞質中 Ln(III)納米簇其功能會類似區室化減損傷待深究）。⑤多數Ln(III)納米簇隨時間，從細胞葉-莖-根並少量殘留後遷移到土壤中。⑥Ln(III)從膜到胞內誘導了系列回響，糖基表達和質膜Ca2+降、K+增及K+通道功能降、酶和DNA合成降低等。⑦不同Ln(III)（La 、Ce、Tb）作用於細胞的靶點有差異。⑧不同Ln(III)（Ce、Tb）在細胞中氧化為Ln (IV)且情況不一。 上述發現為Ln(III)作用於植物細胞機理提供了新洞察，但Ln(III)與哪些膜分子鍵合？如何活化胞吞作用等待深究。