3D打印仿贻贝足丝结构的黏附性能

贻贝足丝是一种自然界存在的高性能生物黏附器,能够在不同环境下提供贻贝⁃固体表面之间的黏附作用.近年来,许多研究者开始关注贻贝足丝的组成和宏微观结构对其黏附性能的定量影响,为仿生黏附器件的设计寻找思路.该文结合3D打印技术、脱黏实验和有限元方法,系统研究了形状和几何参数对仿贻贝足丝结构脱黏模式和黏附性能的影响机制.该文结果揭示了贻贝足丝的脱黏机理,发现贻贝足丝存在最优的足丝方向角,使其黏附性能最佳,探究了同一角度下足丝线⁃斑块连接位置和斑块底部形状对其黏附性能的影响.最后,模拟了束状仿贻贝足丝结构在竖直拉力作用下的完整脱黏过程,所获得的锯齿状脱黏曲线表明束状结构具有相对稳定的抗脱黏能力.这些研究结果有助于理解自然界贻贝足丝的脱黏行为,可为仿生黏附器件的优化设计提供基础和参考.

厚壳贻贝Mytilus coruscus足丝盘及足丝的多巴分析(英文)

多巴(3,4-l-dihydroxyphenylalanine,DOPA)是贻贝足丝粘附蛋白中的一种特殊的氨基酸,由酪氨酸经羟化后生成,与贻贝足丝粘附蛋白的强粘附性能具有直接联系.目前,已鉴定的多种贻贝足丝蛋白序列中均发现有不同含量的DOPA存在.蛋白中DOPA的定量检测对于了解DOPA在蛋白粘附中的作用以及粘附蛋白的粘附机理具有重要意义.为了解厚壳贻贝足丝盘和足丝纤维中DOPA的含量以及DOPA与厚壳贻贝足丝蛋白的粘附性能之间的关系,利用氮蓝四唑(nitrobluetetrazolium,NBT)对DOPA的特异染色原理,结合蛋白质电泳、组织化学染色以及玻璃包被实验,分析和比较了厚壳贻贝足丝不同部位的DOPA含量、蛋白组成特点以及粘附能力.NBT可以在不水解蛋白质的情况下进行DOPA的定量分析,且与DOPA的氧化状态无关.研究结果表明,厚壳贻贝足丝盘中蛋白的DOPA含量明显高于足丝,两者DOPA含量相差2.33倍;蛋白质电泳结果表明,厚壳贻贝足丝盘和足丝纤维的蛋白质组成差异较大,足丝盘中的蛋白质分子量范围明显低于足丝纤维;玻璃包被实验结合POQuest软件半定量分析表明,厚壳贻贝足丝盘蛋白的粘附能力明显高于足丝纤维,且蛋白在玻璃表面的吸附能力与DOPA含量具有相关性.通过以上研究,建立了一种蛋白中DOPA的定量分析方法并初步了解了厚壳贻贝足丝盘和足丝纤维的蛋白组成、DOPA含量以及粘附性能之间的关系,为深入了解贻贝足丝的粘附性能、粘附机制以及开发新型生物粘合剂奠定了基础.

企鹅珍珠贝足丝蛋白3基因的克隆及其表达分析

为探明企鹅珍珠贝足丝黏附的分子机理,基于企鹅珍珠贝转录组序列,应用RACE-PCR技术获得足丝蛋白3(BP3)基因的cDNA全长序列,通过实时荧光定量PCR技术分析BP3基因在有足丝企鹅珍珠贝各组织及有/无足丝个体足中的表达情况。结果显示,企鹅珍珠贝BP3基因cDNA全长为601 bp,开放阅读框长453 bp,共编码150个氨基酸,该基因5′端非编码区为71 bp, 3′端非编码区为77 bp。蛋白质分子质量为16.81 ku,等电点为7.33,是一种亲水性稳定膜外蛋白,主要定位于细胞外基质。氨基酸序列比对表明,企鹅珍珠贝足丝蛋白3与厚壳贻贝同源性最高,为30.34%。实时荧光定量PCR结果显示,各组织中均有BP3基因mRNA表达,表达量在外套膜组织中最高,与足、闭壳肌、珍珠状袋存在显著差异(P<0.05),而与鳃、唇瓣差异不显著(P>0.05),且在有足丝企鹅珍珠贝个体足中的表达量显著高于无足丝个体足(P<0.05)。本试验结果可为进一步探究企鹅珍珠贝足丝黏附的分子机理提供基础。

翡翠贻贝足丝器的组织结构观察

用光镜和电镜技术初步探讨了翡翠贻贝Ｐｅｒｎａｖｉｒｉｄｉｓ足丝器（Ｂｙｓｓａｌａｐｐｒａｔｕｓ）的三大组成部分之间的空间结构关系，着重观察足丝柄部发生器（ＢＳＧ）的片层结构，揭示小片具有典型的胶原原纤维电镜特征。此外，通过足丝丝部的表面结构观察，发现可用众多的突起来解释足丝表面对放射性碘的强机械吸附作用；利用足丝丝部横切片，计算出其长径约１０５μｍ，短径约４０μｍ。

原水管道中淡水壳菜足丝的溶解性能研究

淡水壳菜依靠足丝附着在管道内壁,并快速大量繁殖,会导致管道、阀门等堵塞。研究了足丝在强酸、强碱、水处理氧化剂中的溶解性能。结果表明:除次氯酸钠外,其他试验药剂都不能溶解淡水壳菜的足丝。导致足丝溶解的有效成分是次氯酸根。水中余氯达到1mg/L的次氯酸钠溶液,可在36h内完全溶解分泌24h后的足丝,127h内完全溶解老化的足丝。因此,可以通过投加次氯酸钠降低足丝的附着能力,从而去除管道中的贝壳。

厚壳贻贝(Mytilus coruscus)足丝蛋白mcofp3和mcofp6的cDNA克隆及序列分析

通过设计特异性引物,采用PCR扩增的方法对厚壳贻贝足腺细胞cDNA文库进行筛选,共克隆得到14条厚壳贻贝mcofp3的cDNA序列和8条mcofp6的cDNA序列,并对其基因序列及推导的氨基酸序列进行了序列比对和变异位点初步分析。结果表明,14条mcofp3cDNA序列分属于厚壳贻贝mcofp3家族的两个亚家族,其成熟肽序列变异相对活跃;而8条mcofp6 cDNA序列并无明显的亚家族划分,序列相对保守。本次实验所获得的mcofp cDNA序列初步显示了厚壳贻贝足丝蛋白家族基因的分子多样性,为将来深入了解厚壳贻贝足丝蛋白的分子多样性机制以及在此基础上开发相关的新型生物黏附剂奠定了基础。

厚壳贻贝足丝黏附蛋白mfp-3重组表达及黏附功能分析

厚壳贻贝(Mytilus coruscus)中富含各种黏附蛋白分子,其中贻贝足丝蛋白3(mussel footprotein-3,mfp-3)是贻贝用以与外界基质进行黏附的主要蛋白分子.贻贝足丝中天然的mfp-3的含量低,水溶性差,因此纯化困难.本文以厚壳贻贝足丝蛋白mfp-3的cDNA序列为目的基因,用PCR法扩增Mfp-3基因,并成功构建含有多聚组氨酸标签的重组mfp-3原核表达载体pET-21a/Mfp-3.经IPTG(isopropylthio-β-D-galactoside)诱导表达出重组蛋白,利用亲和层析和反相高效液相色谱分离纯化,获得分子量为9.18 kD的重组蛋白.经酪氨酸酶催化、玻璃包被和石英晶体微天平(quartzcrystal microbalance,QCM)分析.结果表明,重组厚壳贻贝mfp-3蛋白经酪氨酸酶催化后,L-3,4-二羟基苯丙氨酸(即多巴,L-3,4-dihydroxyphenylalanine,DOPA)含量较高并且具有较好的黏附性能.上述研究为开发以mfp-3黏附蛋白为来源的生物粘合剂奠定了良好的基础.

利用蛋白质组学手段鉴定新型贻贝足丝蛋白

贻贝通过足腺分泌特有的足丝并以此粘附于水下各种基质表面.贻贝足丝中富含各种粘附蛋白,其优异的水下粘附性能使其成为开发新型生物粘合剂的候选分子.厚壳贻贝足丝粘附能力强,本文采用尿素及盐酸胍抽提结合二维双向电泳技术(two-dimensional electrophoresis,2-DE),分别对厚壳贻贝足丝纤维和足丝盘的蛋白质进行分离及染色;采用串联质谱技术结合常规搜库和表达序列标签(EST)数据库搜索,对分离获得的蛋白质点进行鉴定,从中获得了mfp-3、mfp-6、胶原蛋白以及3种未曾报道过的新型贻贝足丝蛋白成分.上述研究为深入了解厚壳贻贝足丝蛋白的分子多样性、探讨其粘附机理以及从中筛选具有应用前景的贻贝足丝蛋白奠定了基础.

不同光-暗周期对企鹅珍珠贝足丝分泌的影响

企鹅珍珠贝(Pteria penguin)是生产附壳珍珠的大型海水经济贝类,依靠强壮的足丝将自身固定在硬质基质上,抵抗水流的冲击和抵御被捕食。足丝分泌和形状易受环境影响,本实验研究了三种光-暗周期(全黑暗组、6 h光-暗组、12 h光-暗组)对企鹅珍珠贝足丝分泌、足丝直径和足丝拉力的影响。结果表明:光照条件下6 h光-暗组和12 h光-暗组企鹅珍珠贝足丝首次附着率和足丝分泌数量显著低于全黑暗组(P<0.05);光照条件下几乎不分泌足丝,光照严重抑制了足丝分泌,抑制率最高可达100%,恢复黑暗条件后企鹅珍珠贝重新分泌足丝,且分泌数量增加,最多每小时增加(1.94±1.00)根;不同光-暗周期条件下企鹅珍珠贝0~24 h、24~48 h、48~72 h期间足丝首次附着率和足丝分泌数量无显著性差异(P>0.05)。全黑暗条件下足丝远端直径(0.45±0.09)mm和近端直径(0.38±0.09)mm存在显著性差异(P<0.05),足丝直径发生改变;但不同光-暗周期条件下,企鹅珍珠贝足丝远端、中端和近端直径无显著性差异(P>0.05)。全黑暗组、6 h光-暗组、12 h光-暗组中,企鹅珍珠贝单根足丝拉力分别为(3.40±2.76)N、(2.68±1.10)N、(3.86±2.05)N,三种光-暗周期条件下足丝的拉力无显著性差异(P>0.05)。综上,光照会显著抑制企鹅珍珠贝足丝的分泌,但一旦恢复黑暗条件,企鹅珍珠贝可重新分泌足丝,新足丝的拉力和直径不受影响;不同光-暗周期不会对企鹅珍珠贝的足丝附着、足丝直径和足丝拉力造成显著性影响。研究结果可以为企鹅珍珠贝的野外吊养和游离珠生产提供基础资料。

厚壳贻贝低分子量足丝蛋白的初步鉴定(英文)

足丝蛋白是贻贝科(Mytilidae)所特有一种在水环境中也能表现出强黏附功能的蛋白,也是目前开发新型生物黏附剂的主要候选分子。厚壳贻贝(Mytilus coruscus)广泛分布于我国东部沿海,是我国具有重要经济价值的贻贝,其足丝粗硬,黏附力强,关于厚壳贻贝的足丝蛋白的研究目前尚未见报道。通过醋酸抽提结合反相高效液相色谱分离,从厚壳贻贝足丝盘中分离纯化到数种低分子量足丝蛋白,经质谱鉴定和氨基酸序列测定,其中三种足丝蛋白(分子量6 kD左右)属于贻贝足丝蛋白-3(mytilus foot protein-3,mfp-3)家族,且序列中富含DOPA,另有三种足丝蛋白为未知新型足丝蛋白。石英晶体微天平分析表明,厚壳贻贝低分子量足丝蛋白在金表面有较强的吸附能力,这与其黏附功能是直接相关的。以上工作为深入了解厚壳贻贝低分子量足丝蛋白的分子多样性以及黏附机制奠定了基础。

贻贝科3种贝类的足结构与足丝分泌能力

为探讨贻贝足的结构与足丝的发生特征,以紫贻贝、条纹隔贻贝和偏顶蛤为实验材料,比较了不同盐度(20,22,24,26,28,30)下3种贻贝足丝分泌速率,详细描述了3种贻贝足组织学结构及足丝分泌过程,探讨了足结构与足丝分泌的关系。结果显示:(1)3种贻贝自足丝剪断2 h后开始分泌新足丝,24 h内3种贻贝的足丝分泌能力存在显著差异,偏顶蛤平均分泌足丝数量为(28.45±6.14)根,紫贻贝和条纹隔贻贝分泌足丝分别为(15.43±2.9)和(6.87±1.67)根;(2)盐度对3种贻贝的足丝分泌有显著影响,偏顶蛤和紫贻贝在盐度20~30下均能分泌足丝,并以盐度22时分泌足丝数量最多,条纹隔贻贝则在盐度高于28时不再分泌足丝;(3)切片显示,贻贝足表面覆有细密的纤毛,腹面有足沟,足沟上有微绒毛;内部由腺体、肌肉和空腔组成,存在黏液腺体、胶原腺体、酚腺体、酶腺体4种不同腺体;3种贻贝足的肌肉组织分布和空腔的大小有所区别,导致足的致密性不同。研究表明,偏顶蛤足丝分泌速率快,分泌足丝数量多,对环境的适应性能力强于紫贻贝和条纹隔贻贝。

厚壳贻贝足丝盘黏附蛋白mcofp-3的重组真核表达

厚壳贻贝(Mytilus coruscus)黏附蛋白分子mcofp-3(M.coruscusfoot protein-3)主要分布于贻贝足丝盘,贻贝在水环境下的黏附过程中起到关键作用,但因其难溶于水且在贻贝足丝盘中含量极低,故妨碍了对其进行深入研究。为建立厚壳贻贝足丝蛋白mcofp-3的真核表达体系,并获得足够的mcofp-3黏附蛋白进行后续研究,采用酵母表达体系对mcofp-3进行了重组表达。通过PCR方法克隆厚壳贻贝的mcofp-3基因,构建mcofp-3的酵母真核表达载体pVT102U/α/mcofp-3,鉴定结果表明,重组表达质粒pVT102U/α/mcofp-3由真核载体pVT102U/α和mcofp-3的成熟肽DNA片段组成,插入的mcofp-3成熟肽DNA片段与预期序列完全一致;采用LiAC转化法将重组表达质粒转化到S78酿酒酵母中,经过RT-PCR分析以及1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测,结果表明,重组的mcofp-3得到了成功的转录;发酵菌液经阳离子交换柱及高效液相色谱分离,以及Tris-Tricine-SDS-PAGE检测,结果表明,重组的厚壳贻贝黏附蛋白分子mcofp-3得到了成功表达,表达产物分子量约为6kD,与预期分子量一致。

利用质谱技术结合EST库搜索鉴定厚壳贻贝新型足丝蛋白(英文)

贻贝利用足丝粘附于水下各种基质表面.作为一种具有优异粘附性能的生物材料,贻贝足丝蛋白在新型水下粘附剂及表面保护涂层的研制与开发中具有重要的仿生学意义.目前,已报道的贻贝足丝蛋白分子达11种,但是仍然有更多的足丝蛋白分子不为人知.为进一步探讨贻贝足丝蛋白的分子多样性,并从中筛选具有特殊生物学功能的足丝蛋白分子,本文采用鸟枪法-液相色谱-质谱/质谱技术(shotgun-LC-MS/MS)对厚壳贻贝足丝蛋白进行了蛋白质组学分析.将厚壳贻贝足丝分为足丝纤维和足丝盘两部分,每一部分均采用醋酸-尿素溶液,以及醋酸-盐酸胍溶液进行蛋白质抽提;抽提后的足丝蛋白经胰蛋白酶酶解,利用线性离子阱四级杆质谱(LTQ)进行鸟枪法质谱分析.二级质谱图(MS/MS)用以搜索公共数据库中的贻贝表达序列标签(expressed sequence tag,EST)数据库.采用上述方法,获得14种贻贝新型足丝蛋白的高可信度结果及其所匹配的部分或全长cDNA序列;经结构域分析,发现上述新型贻贝足丝蛋白分子的序列中多数包含各种类型的结构域,包括胶原蛋白结构域、C1Q结构域、C1Q结合结构域、微管蛋白辅助折叠结构域、蛋白酶拮抗结构域、VWA结构域、几丁质酶结构域等.在此基础上,对上述新型足丝蛋白在贻贝足丝形成以及粘附方面的功能进行了推测.上述结果对进一步了解贻贝足丝的分子组成以及粘附机理奠定了基础.

揭秘细小贻贝足丝的超强黏附作用

介绍海洋生物贻贝黏附在礁石等固体表面的原理,内容涉及多巴与超强黏附作用的关系,黏蛋白与无机和有机底材表面结合的原理,以及足丝的固化原理,供一线教师选用于高中化学教学.

翡翠贻贝足丝的氨基酸含量分析

翡翠贻贝(Perna viridis)足丝中氨基酸含量约占其干重的82%左右,足丝中酪氨酸、苯丙氨酸含量低;含量最高的是甘氨酸,约占氮基酸总量的17%。推论足丝丝部甘氨酸组成约为33%,具有胶原蛋白特征。

翡翠贻贝足丝对125Ⅰ的积累与洗脱作用的研究

通过翡翠贻贝（Ｐｅｒｎａｖｉｒｉｄｉｓ）足丝对１２５Ⅰ的积累与洗脱实验，初步探讨了１２５Ⅰ在足丝中积累的代谢机理．实验结果表明，活体贻贝的足丝对１２５Ⅰ的浓缩因子为离体足丝的４～５倍，说明足丝对１２５Ⅰ的吸收存在一个主动运输的过程．离体以后，经过变性处理（烘干或三氯乙酸浸泡）的足丝比不经处理的足丝的浓缩因子高２～３倍，可能是由于变性处理导致足丝表面结构的改变，从而使机械吸附作用增强．４种洗脱液（０５％ＥＤＴＡ－Ｎａ，１％ＫＩ，０１ｍｏｌ／ＬＮａ２Ｓ２Ｏ３和海水）对洗脱百分率的影响存在着显著差异，其中以１％ＫＩ对足丝积累的１２５Ⅰ的洗脱率最高，其余三者相近，由此推断，１２５Ⅰ以离子形式进入足丝后。

翡翠贻贝足丝对^(125)Ⅰ的积累与洗脱作用的研究

本文通过翡翠贻贝(Perna viridis)足丝对^(123)I的积累与洗脱实验,初步探讨了^(123)I在足丝中积累的代谢机理。实验结果表明,活体贻贝的足丝对^(123)I的浓缩因子为离体足丝的4～5倍,说明足丝对^(123)I的吸收存在一个主动运输的过程,离体以后,经过变性处理(烘干或三氯乙酸浸泡)的足丝比不经处理的足丝的浓缩因子高2～3倍,可能是由于变性处理导致足丝表面结构的改变,从而使机械吸附作用增强。四种洗脱液(0.5%EDAT—Na,1%KI,0.1N Na_2S_2O_3和海水)对洗脱百分率的影响存在着显著差异,其中以1%KI对足丝积累的^(123)I的洗脱率最高。其余三者相近,由此推断^(123)I以离子形式进入足丝后。与足丝中某些蛋白质相结合而成为化合物状态。

紫贻贝足丝蛋白与活性肽的开发应用研究进展

我国是世界上最大的贻贝生产国,养殖面积高达3.5万公顷,年产量超过90万t。紫贻贝味道鲜美,营养丰富,干基中蛋白含量高达60%,是一种优质的海洋蛋白质资源,可作为生物功能蛋白和活性肽等生物活性物质资源的重要来源。国内紫贻贝主要以鲜销为主,腐蚀性高、销量少、效益低,提高紫贻贝的高值化利用是目前亟需解决的主要问题。研发紫贻贝蛋白资源利用的新途径,既可以开发紫贻贝的潜在市场,扩大紫贻贝的应用领域,又能带来显著的经济效益。紫贻贝蛋白的研究主要集中在贻贝足丝蛋白和活性肽2个方面,本文系统收集国内外相关研究报道,对其研究与应用现状进行综述,旨在为紫贻贝足丝蛋白及其活性肽相关生物制品、功能性食品等产品的进一步研发提供参考。

紫贻贝体尺性状和体质量性状对足丝性状的影响分析

为研究紫贻贝(Mytilus galloprovincialis)体尺性状和体质量性状对足丝性状的影响,作者选取山东省青岛市即墨养殖区的紫贻贝为研究对象,分别测量壳长、壳宽、壳高等3个体尺性状,全湿质量、软体质量2个体质量性状以及足丝直径和足丝茎直径2个足丝性状,通过相关性分析、多元回归分析和通径分析等方法分别研究了体尺性状和体质量性状对足丝性状的影响。结果显示:所有性状间相关系数为0.678~0.892,性状间相关性达到极显著水平(P<0.01);多元回归和通径分析结果显示,壳高和全湿质量分别对足丝性状的影响最大,壳高对足丝性状通径系数分别为0.515和0.508,全湿质量对足丝性状分别为0.417和0.520;建立了体尺性状、体质量性状对足丝直径和足丝茎直径的回归方程。

贻贝足丝蛋白的汞、镉抗性及富集机制

为探究贻贝足丝蛋白黏附重金属的机理及分子机制,对翡翠贻贝足丝蛋白进行转录组测序分析,使用Trinity软件从头组装,获得73 571个UniGenes.翡翠贻贝足部的UniGenes注释到基因本体(gene ontology,GO)数据库,共获得9 466个注释结果,通过基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)数据库注释后,发现有955个UniGenes被注释到关于黏着斑蛋白的通路中,推测足丝蛋白吸附重金属的功能与其密切相关.由于Pvfp6半胱氨酸、组氨酸和酪氨酸含量高,该蛋白可能对重金属有结合作用。将 pvfp6 基因克隆到pET-30a表达载体,转到大肠杆菌BL21 (DE3)表达。结果表明,含有pET-30a-pvfp6 质粒的宿主具有一定的抗汞和抗镉能力,能分别在含Hg^2+质量浓度为5mg/L,或者含Cd^2+质量浓度为160 mg/L的培养基中生长;重组菌对Hg^2+和Cd^2+的平衡富集量均高于对照组pET-30a,分别为109.89 mg/g和19.27mg/g.研究表明,足丝蛋白Pvfp6赋予了重组菌具有一定的抗汞和抗镉的能力,且富集能力增强.该研究可为海洋环境中重金属污染的生物治理奠定实验基础。