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通过从牡蛎壳内结晶蛋白质控制碳酸钙多晶形的研究 摘要：这个研究的目的是确定晶体内蛋白质的哪个组分对控制骨架 碳酸盐多晶形起主要作用。在实验室的实验中，实验结果说明矿物 型蛋白质决定沉积在牡蛎壳中的CaC03多晶形的类型。 关键词：方解石，霰石，内结晶蛋白质 1． 序言 最普遍的生物CaCO，多晶形是方解石和霰石，其单一粒度，形 状和强度与它们的非生物型沉淀物截然不同。Jamieson[1]指出在 环境温度和压力下方解石的热力学稳定性比霰石强。霰石在60℃以 上时容易生成，在有机体内的沉淀矿物质中容易发现它，但找不到 它和方解石的混合物。 Hare E2]提出有机基体蛋白质可能决定沉积在软体动物壳内的多 晶类型。Weiner[3]提出大多数骨架元素通过生物矿化的“有机基 体传递”过程形成，在这个过程中晶体在预制的网状结构中成长。 然而，Belcher[4]提出某种蛋白质和无机离子的相互作用控制沉积矿 物质的状态，并指出矿物质化不是总需要预组织有机基体的。到目 前为止，通过贝壳蛋白质和牡蛎壳内矿物质的联合影响碳酸钙多晶 形成的精确条件还没有被确定。所以我们将通过检测牡蛎中的方解 石骨架层和霰石骨架层中的可溶性蛋白质成分来理解控制这些相互 作用的原理。 2． 材料和方法 采集新鲜的牡蛎壳，浸泡在5％的KOH内，轻微擦洗，在室温下 干燥，待完全干燥后，用研磨机精细研磨。 在50mg矿物粉末中加入蒸馏水调成浆状，在渗析管中用10L2％ 分离出来。可溶蛋白质用二次蒸馏水在4C时经四轮渗析，历时两 天，然后冷冻干燥。 在一个干燥器中，把(NH。)：c0；蒸汽缓慢通入盛有 玻片放在盘的底部。通过将适当量的各层蛋白质加入到CaCL，溶液 中检验每层蛋白质对晶体多晶化的影响。 3． 结果和讨论 牡蛎壳被分成四层。由方解石构成的外层，中心和内层和由霰 石构成的myostracum在结构和形态上是不～样的。图1展示了每 a=B=900，y=1200)，霰石骨架层是菱形晶系 多晶用XRD确定，结果列于表l中。 有机基体的成分明显地富含Asp。方解石层主要由富含 Asp／G1y的蛋白质组成。相反，霰石层主要由富含G1y的蛋白质 组成。在图2中，钙离子存在时，富含Asp的蛋白质采用p—Sheet 构型。红外光谱图表明富含Asp的蛋白质采用B-sheet构型，这 种构型是钙凝结在蛋白质羧酸基上。 它表明形态和结构的不同是由于内晶形蛋白质进入层内。注意 到外层和内层组成相似且有相似的形态和晶胞体积。中心层的组成 不同且形态和晶胞体积与外层和内层不同。方解石的晶胞体积为 有35．5％的富含G1y的蛋白质和32．2％ASp蛋白质。 实验室分析表明，蛋自质与钙离子结合好象更容易引起热力学 更稳定的方解石成核。但从方解石骨架层和霰石骨架层得到的酸性 蛋白质分别引起方解石和霰石成核，这是因为在形成多晶时需要～ 些特殊的蛋白质。 没有可溶性蛋白质时，生长的晶体是菱形方解石，在从方解石 层中提取的富含ASp的蛋白质中成长的全部晶体都是方解石。在从 霰石层中提取的富含Asp的蛋白质中成长的晶体是霰石。霰石晶体 有一个不同的形态：球形针状型，如图3所示。 使用方解石骨架层和霰石骨架层中壳蛋白质的凝胶过滤色谱， n和70mi 我们注意到停留时间在30m1 n之间的色谱图存在着明显 n一70mi 的不同。特别是在60m1 续下降。它意味着由霰石构成的壳蛋白质从myostractm到外层逐 渐变性。从霰石层得到的蛋白质生成～些霰石晶体，而使用霰石类 蛋白质(停留时间是60—70min)生成的大部分晶体是霰石。所以 我们认为霰石层中壳蛋白质的变性引起碳酸钙多晶形的改变。 我们研究了从方解石到霰石的连续改变。霰石类蛋白质完成这 种改变。菱形方解石晶体首先从方解石蛋白质中的方解石溶液中生 成。然后这个溶液被拿走，并换上一个新鲜的含霰石类蛋白质的溶 液。从霰石层中得到的全部蛋白质产生10％的转变。而使用霰石类 蛋白质(停留时间60一70min)，大部分方解石晶体转变成霰石。 注意到霰石类蛋白质的添加足够引起方解石