生活中的分子

硅蛋白 silaffin

概要

Silaffin是从硅藻中分离出的一种小分子肽,具有 硅酸沉淀的作用。硅藻肽中的肽键被赖氨酸残基烷基化、被丝氨酸残基氧化磷酸化等高度装饰后,其构造会表现出分子的两性离子性质。硅蛋白的肽能析出最低限度的硅酸的部分是与胺相连的部分,有提高硅蛋白的氧化磷酸化活性的作用.

最初,由硅藻壳通过氢氟酸处理后的到的硅藻肽被证实在试管内具有促进硅酸沉淀的作用[1]。此后,通过温和的条件将硅藻肽加以提取后,发现其通过氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)后活性增强的事实[2]对其进行的基因解读、利用DNA微阵列(DNA microarray又称DNA阵列或DNA芯片)解析了基因组表达确定了成为模板硅藻的地位[4]。通过Thalassiosira pseudonana 的研究表明,硅藻肽的氧化磷酸化是通过分布在细胞小胞体内的硅藻特有的一种酶被催化的。

 

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转自论文1

硅藻是一种具有硅酸壳类的单细胞藻类,其特点之一是硅藻细胞外覆硅质(主要是二氧化硅)的细胞壁。由于硅酸外壳呈现的花纹的多样性,可按照不同种分类。

从进化的角度来讲,由于硅藻身披外壳使其显得与众不同。硅藻是可以进行光合作用的自养型生物,和教科书中介绍的具有细胞壁的植物类似这一点是其他藻类所没有的特点。通常的植物可以看成是蓝藻类进化模式,叶绿体是双膜结构。但是硅藻确实红藻类进化模式,叶绿体是四层膜结构。通常的植物细胞壁的主要成分是纤维素,不过,硅藻的外壳成分由来却有所不同。硅藻类进化模式主要是由硅酸来形成外壳。

在硅藻的培养液中加入二氧化硅,与二氧化锗(GeO2)混合的话,会抑制硅藻的繁殖。即便是对其他硅藻几乎毫无影响的稀二氧化锗溶液,也会抑制硅藻的繁殖。在硅蛋白的影响下硅藻外壳误将锗摄入,使得外壳原本的机能特性难以维持,是导致繁殖被抑制的原因之一。从地球化学(使用化学原理和工具来解释主要地质系统,如地壳及其海洋背后机制的科学。)理论上看,可将锗与硅同置于环境中,达到抑制硅藻繁殖的作用[6]。

硅酸还是玻璃、半导体材料的重要元素。变形硅蛋白在大肠杆菌中也被发现过[7],通过化学合成的类似物放入电子液体中试用的话还可以得到新材料[8],生物硅胶的研究也在继续中。

 


参考文献

[1] 通过氢氟酸分离硅蛋白

“Polycationic Peptides from Diatom Biosilica That Direct Silica Nanosphere Formation” Nils Kroger et al. Science 1999 DOI: 10.1126/science.286.5442.1129

[2] 硅蛋白原本是通过氧化磷酸化形成的

“Self-Assembly of Highly Phosphorylated Silaf?ns and Their Function in Biosilica Morphogenesis” Nils Kroger et al. Science 2002 DOI: 10.1126/science.1076221

[3]硅藻Thalassiosira pseudonana的基因解读

“The Genome of the Diatom Thalassiosira pseudonana: Ecology, Evolution, and Metabolism” E. Virginia Armbrust et al. Science 2004 DOI: 10.1126/science.1101156

[4] 硅藻Thalassiosira pseudonana基因发现过程

“Whole-genome expression profiling of the marine diatom Thalassiosira pseudonana identifies genes involved in silicon bioprocesses” Thomas Mock et al. PNAS 2008 DOI: 10.1073/pnas.0707946105

[5] 将硅蛋白氧化磷酸化的酶

“Characterization of an Endoplasmic Reticulum-associated Silaffin Kinase from the Diatom Thalassiosira pseudonana” Vonda Sheppard et al. JBC 2009 DOI: 10.1074/jbc.M109.039529

[6] 地球化学观点将Ge与硅同置于环境中

“The Marine Geochemistry of Germanium: Ekasilicon” Philip N. Froelich et al. Science 1981 DOI: 10.1126/science.213.4504.205

[7]

“Cationic Amino Acids Specific Biomimetic Silicification in Ionic Liquid: A Quest to Understand the Formation of 3-D Structures in Diatoms” Rajesh Ramanathan et al. PLoS ONE 2011 DOI: 10.1371/journal.pone.0017707 

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