香蕉(Musa spp.)针晶体内蛋白n-末端短肽促进草酸钙结晶的动力学研究

摘要

草酸钙晶体普遍存在于各种高等植物体内。不同的植物草酸钙晶体呈现出方晶、柱晶、和针晶等不同的特定形态，说明草酸钙晶体的形成是受到生物大分子的调控。研究发现香蕉植物体内的草酸钙针晶体内存在14kDa蛋白，它自组装形成纳米丝，模板诱导草酸钙针晶体的形成。本研究通过体外合成针内14kDa蛋白N-末端的含11个氨基酸短肽（MENLTASEIAG）片段(11-mer MG)，结合体相成核和原位原子力显微镜(AFM)下草酸钙表面生长动力学的研究，系统调查了N-末端短肽对一水合草酸钙(COM)晶体体相成核及表面生长的影响，主要结果如下:
　　(1)为研究COM表面生长，首先借助凝胶法（硅酸钠水凝胶和膨润土胶两种介质）合成了适合在AFM下观察的COM晶体。结果表明，用硅酸钠水凝胶合成了簇状透明晶体。在实验温度为50℃，反应物K2C2O4和Ca(NO3)2浓度均为0.75 mol·L-1，培养30 d条件下，生长出了较大的(010)面（长约为1000μm，宽约为137μm）。但AFM实验表明，晶体表面生长紊乱且无法找到用于表面生长的螺旋，因此不适合用于AFM下表面动力学实验。而膨润土胶中合成的晶体，呈现不透明的灰色。在实验温度为62℃，反应物K2C2O4和CaCl2浓度均为0.75mol·L-1，培养60 d后，COM晶体的(010)面长约为522μm，宽约为250μm。在同样的实验体系中，添加20 g NaCl到膨润土胶中，COM晶体的(-101)面较大（长约为815μm，宽约为268μm）。AFM实验表明，膨润土胶中合成晶体均能在(010)面和(-101)面找到适用于表面生长的螺旋。
　　(2)在NaCl和KCl两种背景电解质存在时，研究了11-mer MG肽段对COM体相成核的影响，实验结果表明:无论何种背景电解质，加入不同浓度11-mer MG肽段均能促进COM成核，但不同多肽浓度间无显著差异。NaCl为背景电解质下成核诱导时间显著高于KCl体系，最终COM晶体呈规则的六边形。而在KCl体系中，形成的COM晶体呈现菱形，表明存在KCl和11-mer MG对COM成核具有明显的促进作用。
　　(3)借助原位AFM在纳米尺度下，研究了11-mer MG肽段对COM表面生长的影响，结果表明，在不同过饱和度下（σ=0.266，σ=0.508，σ=0.816），不同浓度的11-mer MG肽段，均促进了(010)面和(-101)面台阶的移动速度，其中在(010)面，σ=0.266，短肽浓度为1nM时，促进效果最强，表现为[0-2-1]方向台阶移动速度增加了1.8倍，[100]方向台阶移动速度增加了1倍，表明在低过饱和度下，低浓度的11-mer MG肽段对COM表面生长促进效果更明显，而这种现象的产生可能是由于吸附在台阶上的11-mer MG肽段使台阶局部过饱和度升高，晶体表面去溶剂化度提高或溶质离子粘附到晶格上的活化能降低等，从而提高了台阶生长速度。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 植物体内草酸钙晶体的形成

1．1．1 植物体内草酸和钙的来源及转运

1．1．2 草酸钙晶体的形成、分布、形态及功能

1．2 体外草酸钙晶体的合成

1．2．1 晶体的合成方法

1．2．2 凝胶体系合成晶体

1．2．3 凝胶体系中合成一水合草酸钙

1．3 草酸钙晶体成核动力学

1．3．1 溶液中草酸钙成核动力学

1．3．2 溶液中草酸钙生长动力学

1．3．3 生物分子对草酸钙晶体生长的影响

2 研究内容及技术路线

2．1 研究内容

2．1．1 凝胶体系中合成一水合草酸钙

2．1．2 11-mer MG肽段对草酸钙溶液成核的影响

2．1．3 11-mer MG肽段对草酸钙昌体表面生长的影响

2．2 拟解决关键性问题

2．3 技术路线

3．凝胶体系中合成一水合草酸钙晶体

3．1 引言

3．2 实验试剂和实验仪器

3．3 实验方法

3．4 结果与分析

3．4．1 不同实验条件下对合成COM形貌影响

3．4．2 不同实验条件下对合成COM晶相影响

3．5 讨论

3．6 小结

4．11-mer MG肽段对草酸钙溶液成核的影响

4．1 引言

4．2 实验试剂和实验仪器

4．3 实验方法

4．4 结果与分析

4．4．1 11-mer MG肽段对草酸钙成棱诱导时间的影响

4．4．2 11-mer MG肽段对草酸钙形貌的影响

4．4．3 11-mer MG肽段对草酸钙晶体晶相的影响

4．4．4 11-mer MG肽段对草酸钙晶体结构的影响

4．5 讨论

4．6 小缩

5．11-mer MG肽段对草酸钙晶体表面生长的影响

5．1 引言

5．2 实验试剂和实验仪器

5．3 实验方法

5．4 结果分析

5．4．1 11-mer MG肽段对COM(010)面生长影响

5．4．2 11-mer MG肽段对COM(-101)面生长影响

5．5 讨论

5．6 小结

6．结论

参考文献

致谢