帽贝齿舌矿化过程中蛋白质组学及功能研究
发布时间：2022-02-09 04:29
帽贝是生活在潮间带的海洋软体动物,依靠矿化牙齿刮取岩石上的藻类为食。齿舌上的矿化牙齿是目前自然界中已知的最硬和最强的生物材料之一,具有重要的仿生学意义。然而,目前大多数研究只关注其牙齿的超微结构和化学成分,对其矿化过程分子机理方面的研究非常缺乏,这限制了我们对这种独特和基本的生物矿化过程的理解与认识。在本论文研究了帽贝花笠螺（Cellana toreuma）牙齿的微观结构,蛋白质组学和矿化相关蛋白Ct CBP-1。微观结构研究发现帽贝齿舌是由三尖齿和单尖齿交替组成的。牙齿的超微结构显示,在牙齿的尖端和前缘区域矿针尺寸较小,排列密集无序;相反,在牙齿的后缘和中部矿针排列松散有序且矿针尺寸较大,与化学合成针铁矿更加类似。首次通过蛋白质组学鉴定齿舌总蛋白质,发现铁蛋白、过氧化物酶、精氨酸激酶、GTPase-Rabs蛋白和网格蛋白等具有重要功能的蛋白。不同矿化程度部位的质谱结果发现,完全矿化部位的特有蛋白含量较少,包括EGF结构域蛋白和几丁质结合结构域蛋白;在不完全矿化部位,存在大量的氧化还原相关蛋白;而未矿化部位蛋白质种类更加复杂多样。针铁矿结合蛋白质组学和RNA-seq结果筛选出六种几丁质...
【文章来源】：清华大学北京市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物矿化的两种类型(Konhauser,1998)
第1章前言8晶体的尺寸和形态决定晶体总是形成稳定单磁畴，每个晶体颗粒都是永磁体。磁小体由细胞组织排列，通常形成链状结构，链中的颗粒沿着易磁化轴排列，易磁化轴对应细胞的长轴(Krnigetal.,2014)。细菌将几个磁性粒子连续组装而形成的典型纳米级亚细胞结构，并利用该结构使菌体沿着地球磁场线被动对齐(Bennetetal.,2014;Blakemore,1975;Frankeletal.,1997;Lefevreetal.,2014)。目前假设认为磁小体具有的趋磁性能帮助细胞寻找到合适的无氧环境和微好氧环境(Bennetetal.,2014;Lefevreetal.,2014)，还有利于调节体内的Eh值和pH值。图1.2不同类型的趋磁细菌的透射电子显微镜照片中国北方和南方九个地区的代表性趋磁细菌的透射电子显微镜照片，（a）-（c）来自盐水环境的趋磁细菌，包括红树林，河口和潮间带；（d）-（i）来自淡水湖泊的趋磁细菌；标尺为500nm。趋磁细菌一帮会合成铁氧化物磁铁矿FeIIFeIII2O4(Frankeletal.,1979)或铁硫化物硫复铁矿FeIIFeIII2S4(Farinaetal.,1990;Mannetal.,1990)，一些细胞也能同时形成两种化合物(Bazylinskietal.,1993;Lefèvreetal.,2011)。大多数的生物矿化机理研究集中在细菌的磁铁矿的矿化过程，直到最近研究人员在实验室纯培养获得了硫复铁矿的菌株(Lefèvreetal.,2011)，才对细菌硫复铁的矿化过程展开研究。如上所述，对于所有生物矿化微生物来说，细胞必须从其周围环境中吸收矿物形成所必需的元素。合成磁铁矿的反应所需要的氧气来源于水(Mandernacketal.,1999)，铁元素可以作为FeII或FeIII铁化合物穿过外膜进入细胞(Faivreetal.,2007;SchülerandBaeuerlein,1996)，然后通过不同的调控形成不同的前体最终形成磁铁矿。目前
第1章前言9研究人员已经提出了类水铁矿、赤铁矿和高自旋FeII复合物中间体的磁铁矿合成机制，这些前体定位在细胞内或者直接定位于磁小体内(Faivreetal.,2007;Frankeletal.,1979;Stanilandetal.,2007)。最近因为观测技术上的进步，科学家对于该机制有了一定共识（图1.3）。图1.3趋磁细菌磁铁矿生物矿化的潜在反应途径(FaivreandGodec,2015)铁元素以FeII或FeIII铁化合物进入细胞，通过瞬时纳米级羟基氧化铁（III）中间体，从高度无序的富含磷酸铁（III）氢化物相形成磁铁矿。在该途径中，通过瞬时纳米级羟基氧化铁（III）中间体，从高度无序的富含磷酸铁（III）氢化物相形成磁铁矿，这与原核铁蛋白一致。特别是Baumgartner等人发现铁蛋白样前体（水铁矿包埋在铁蛋白中）位于磁小体囊泡外，水铁矿样中间体（纯无机材料）位于囊泡内部(Baumgartneretal.,2013)。Fdez-Gubieda等人表明，铁蛋白样物质是磁铁矿合成途径中的前体相，而不仅是作为单独铁源存在(Fdez-Gubiedaetal.,2013)。最后我们可以排除赤铁矿的存在，之前检测到的赤铁矿可能与电子束下铁蛋白样物质的演变有关(Panetal.,2009;Quintanaetal.,2004)。在DesulfovibrimagneticusRS-1中，发现了与磁小体不同的富含铁和磷的细胞器，这种细胞器不仅与磁小体空间上分离，而且纳米SIMS也表明该细胞器不是作为磁铁矿形成的铁源(Carvalloetal.,2009;Faivreetal.,2010;Faivreetal.,2008)，因此该细胞器的功能仍不清楚。
【参考文献】：
博士论文
[1]磁铁矿、菱铁矿和四方纤铁矿的合成及其生物矿化意义[D]. 曲晓飞.中国科学技术大学 2011
本文编号：3616373
【文章来源】：清华大学北京市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物矿化的两种类型(Konhauser,1998)
第1章前言8晶体的尺寸和形态决定晶体总是形成稳定单磁畴，每个晶体颗粒都是永磁体。磁小体由细胞组织排列，通常形成链状结构，链中的颗粒沿着易磁化轴排列，易磁化轴对应细胞的长轴(Krnigetal.,2014)。细菌将几个磁性粒子连续组装而形成的典型纳米级亚细胞结构，并利用该结构使菌体沿着地球磁场线被动对齐(Bennetetal.,2014;Blakemore,1975;Frankeletal.,1997;Lefevreetal.,2014)。目前假设认为磁小体具有的趋磁性能帮助细胞寻找到合适的无氧环境和微好氧环境(Bennetetal.,2014;Lefevreetal.,2014)，还有利于调节体内的Eh值和pH值。图1.2不同类型的趋磁细菌的透射电子显微镜照片中国北方和南方九个地区的代表性趋磁细菌的透射电子显微镜照片，（a）-（c）来自盐水环境的趋磁细菌，包括红树林，河口和潮间带；（d）-（i）来自淡水湖泊的趋磁细菌；标尺为500nm。趋磁细菌一帮会合成铁氧化物磁铁矿FeIIFeIII2O4(Frankeletal.,1979)或铁硫化物硫复铁矿FeIIFeIII2S4(Farinaetal.,1990;Mannetal.,1990)，一些细胞也能同时形成两种化合物(Bazylinskietal.,1993;Lefèvreetal.,2011)。大多数的生物矿化机理研究集中在细菌的磁铁矿的矿化过程，直到最近研究人员在实验室纯培养获得了硫复铁矿的菌株(Lefèvreetal.,2011)，才对细菌硫复铁的矿化过程展开研究。如上所述，对于所有生物矿化微生物来说，细胞必须从其周围环境中吸收矿物形成所必需的元素。合成磁铁矿的反应所需要的氧气来源于水(Mandernacketal.,1999)，铁元素可以作为FeII或FeIII铁化合物穿过外膜进入细胞(Faivreetal.,2007;SchülerandBaeuerlein,1996)，然后通过不同的调控形成不同的前体最终形成磁铁矿。目前
第1章前言9研究人员已经提出了类水铁矿、赤铁矿和高自旋FeII复合物中间体的磁铁矿合成机制，这些前体定位在细胞内或者直接定位于磁小体内(Faivreetal.,2007;Frankeletal.,1979;Stanilandetal.,2007)。最近因为观测技术上的进步，科学家对于该机制有了一定共识（图1.3）。图1.3趋磁细菌磁铁矿生物矿化的潜在反应途径(FaivreandGodec,2015)铁元素以FeII或FeIII铁化合物进入细胞，通过瞬时纳米级羟基氧化铁（III）中间体，从高度无序的富含磷酸铁（III）氢化物相形成磁铁矿。在该途径中，通过瞬时纳米级羟基氧化铁（III）中间体，从高度无序的富含磷酸铁（III）氢化物相形成磁铁矿，这与原核铁蛋白一致。特别是Baumgartner等人发现铁蛋白样前体（水铁矿包埋在铁蛋白中）位于磁小体囊泡外，水铁矿样中间体（纯无机材料）位于囊泡内部(Baumgartneretal.,2013)。Fdez-Gubieda等人表明，铁蛋白样物质是磁铁矿合成途径中的前体相，而不仅是作为单独铁源存在(Fdez-Gubiedaetal.,2013)。最后我们可以排除赤铁矿的存在，之前检测到的赤铁矿可能与电子束下铁蛋白样物质的演变有关(Panetal.,2009;Quintanaetal.,2004)。在DesulfovibrimagneticusRS-1中，发现了与磁小体不同的富含铁和磷的细胞器，这种细胞器不仅与磁小体空间上分离，而且纳米SIMS也表明该细胞器不是作为磁铁矿形成的铁源(Carvalloetal.,2009;Faivreetal.,2010;Faivreetal.,2008)，因此该细胞器的功能仍不清楚。
【参考文献】：
博士论文
[1]磁铁矿、菱铁矿和四方纤铁矿的合成及其生物矿化意义[D]. 曲晓飞.中国科学技术大学 2011
本文编号：3616373
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