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合浦珠母贝贝壳珍珠层形成机理的研究

闫振广  
【摘要】: 合浦珠母贝(Pinctada fucata)贝壳由外向内依次由角质层、棱柱层、珍珠层及贝壳内层膜构成。珍珠层在本质上与珍珠相同,二者都具备优良的材料学性能,因此研究珍珠层的形成机理,对于了解珍珠的形成机制,促进我国珍珠产业和相关学科的发展具有重要意义。本研究从贝壳结构(贝壳内层膜)、珍珠层基质蛋白和外套膜矿化相关蛋白等多个角度对珍珠层形成机理进行了研究。 研究发现,珍珠层内表面各区域的内层膜形貌和结构都不均一,外套线外区的贝壳内层膜间或具有双层结构。贝壳内层膜的蛋白组成较单一,主要为贝壳框架蛋白。碳酸钙结晶实验显示,贝壳内层膜蛋白可以抑制方解石结晶和加快碳酸钙沉积速度,推测可能以此方式促进文石(珍珠层)沉积。 利用分离的贝壳内层膜作为结晶底质尝试建立了新型矿化体系,新体系可以使合浦珠母贝珍珠层总蛋白的矿化功能发生改变,由抑制方解石生长转变为诱导扁球型文石的沉积,推测珍珠层蛋白可以与贝壳内层膜共同诱导文石的沉积并且调控新生文石的生长取向,以此调控珍珠层的生长。 利用超纯水溶解和阳离子交换层析法从合浦珠母贝珍珠层中提纯出一种新型的非酸性基质蛋白N40,N40含Gly和Ala丰富,可能属于贝壳丝状蛋白。碳酸钙结晶实验显示,N40可以在方解石结晶溶液中高效率地诱导文石产生,推测以此促进珍珠层沉积。N40的功能是对现行珍珠层有机基质模型的有益补充。 以重组的合浦珠母贝钙调素类似蛋白(calmodulin-like protein, CaLP)为探针在珍珠层蛋白中检测到一种可能的CaLP结合蛋白。实验表明,CaLP可以与其结合蛋白共同诱导文石的产生。贝壳原位免疫实验显示,CaLP可能分布在贝壳棱柱层的棱柱周围以及棱柱层和珍珠层之间的有机夹层中。推测CaLP在贝壳形成过程中具有多重作用:分布在棱柱周围的CaLP可以调控棱柱(方解石)的生长,而分布在有机夹层中的CaLP则可能结合在偏碱性的贝壳框架蛋白上,与珍珠层中其结合蛋白共同参与珍珠层沉积的起始。


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