縊蟶(Sinonovacula constricta)重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白的性質(zhì)解析*

明庭紅 初雙雙 蘇 倡 劉 艷 司開學(xué) 張迪駿王朝陽 周 君 蘆晨陽 蘇秀榕①

(1.寧波大學(xué)海洋學(xué)院 寧波 315211;2.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 寧波 315800)

縊蟶(Sinonovacula constricta)重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白的性質(zhì)解析*

明庭紅1初雙雙1蘇 倡2劉 艷2司開學(xué)1張迪駿1王朝陽1周 君1蘆晨陽1蘇秀榕1①

(1.寧波大學(xué)海洋學(xué)院 寧波 315211;2.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 寧波 315800)

利用縊蟶(Sinonovacula constricta)重組鐵蛋白富集 Fe3+和Mn2+制備重組 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白,通過掃描電鏡、X射線能量色散能譜儀(EDS)和MALDI TOF/TOF質(zhì)譜系統(tǒng)測(cè)定蛋白的表面形貌變化、金屬元素的能量變化和肽段分子量。利用綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)測(cè)定蛋白納米顆粒在室溫300K,外加磁場(chǎng)3T下的磁學(xué)性質(zhì)變化。結(jié)果顯示,重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白與空白相比,表面形貌發(fā)生明顯變化,Fe-鐵蛋白仍為小球狀,Mn-鐵蛋白聚集體呈片層花球狀,Cd-鐵蛋白聚集體呈小圓球狀,Mn-鐵蛋白富集Cd2+后呈片層花瓣散落狀。Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白分別檢測(cè)出相應(yīng)金屬元素且都有其特征能量態(tài)。兩種重組蛋白的肽譜圖與空白組相比,除鐵蛋白保守肽段外還出現(xiàn)各自的特征肽段,推測(cè)與鐵蛋白對(duì)Fe3+和Mn2+的富集功能密切相關(guān)。Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白納米顆粒磁滯回線形狀與鐵蛋白空白組基本相同,呈順磁性特征,磁性強(qiáng)度隨 Fe3+和Mn2+富集量的增加而增大。通過比較 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白與空白組在富集 Hg2+、AsO43–和Cd2+三種重金屬離子方面能力的差異,發(fā)現(xiàn)Fe-鐵蛋白對(duì)Hg2+、AsO43–和Cd2+三種重金屬的富集能力是空白組的2.4倍、1.7倍和3.7倍。Mn-鐵蛋白對(duì) Hg2+、AsO43–和Cd2+三種重金屬離子在相同條件下的富集能力也有明顯提高,分別為鐵蛋白空白組的1.8倍、3.0倍和4.6倍。本研究結(jié)果為Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白在重金屬污染治理方面的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)參考。

縊蟶;重組Fe-鐵蛋白;重組Mn-鐵蛋白;表面形貌;磁學(xué)性質(zhì);富集能力

縊蟶(Sinonovacula constricta)俗稱蟶子、海蟶,屬軟體動(dòng)物門(Mollusca)、雙殼綱(Bivalvia)、異齒亞綱(Heterodonta)、簾蛤目(Veneroida)、竹蟶科(Solcnidoe)、縊蟶屬(Sinonovacula)廣泛分布于中國、日本和朝鮮等國的沿海地區(qū)?？O蟶營養(yǎng)豐富,味道鮮美,是一種高蛋白、低脂肪、低熱量的海洋健康水產(chǎn)品(Liet al,2011;Niuet al,2012;Tranet al,2015)。同時(shí),其對(duì)重金屬污染的耐受能力也得到廣泛關(guān)注,研究表明這與其體內(nèi)的鐵結(jié)合蛋白密切相關(guān)(Andrewset al,1992)。

鐵結(jié)合蛋白(ferritin)簡稱鐵蛋白,最早于1937年從脊椎動(dòng)物馬的脾臟中純化分離出來,是一類廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物中,由 24個(gè)亞基組成的450kDa巨大復(fù)合體(杜莉利等,2008;賀靜靜等,2009)。外形結(jié)構(gòu)呈籠子狀球形,由蛋白殼和鐵核兩部分組成(Crichtonet al,2010),具有耐稀酸(pH 2.1)、耐稀堿(pH 12.1)和較高溫度(70—75℃)不變性等特點(diǎn)(王群力等,2004)。

近年來,鑒于鐵蛋白具有良好的抗逆性,目前對(duì)其應(yīng)用的研究也越來越多,包括抗腫瘤、磁性材料、電化學(xué)傳感器、環(huán)境治理等多個(gè)方面。Martin等(2008)研究發(fā)現(xiàn),腦組織和腫瘤組織內(nèi)鐵蛋白等含鐵磁性物質(zhì)的變化是腫瘤和神經(jīng)性疾病的重要診斷標(biāo)記。Guertin等(2007)對(duì)馬脾鐵蛋白的磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了深入研究,為其在磁共振成像方面的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。Abbaspour等(2012)利用去鐵鐵蛋白構(gòu)建了一種檢測(cè)單核苷酸多態(tài)性的電化學(xué)傳感器。王群力等(2004)利用鐵蛋白建立了一系列捕獲環(huán)境中有機(jī)磷農(nóng)藥的系統(tǒng)。Li等(2012)的研究發(fā)現(xiàn)浙江枝吻紐蟲的重組鐵結(jié)合蛋白具有富集二價(jià)重金屬離子Cd2+、Pb2+和Fe2+的能力。本研究通過縊蟶重組鐵蛋白富集Fe3+和Mn2+制得Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白,利用掃描電鏡和X射線能量色散能譜儀研究鐵蛋白形貌和金屬元素能量的變化,并結(jié)合 MALDI TOF/TOF對(duì) Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白肽段進(jìn)行了肽譜分析,通過綜合物性測(cè)量系統(tǒng)探究了兩種重組蛋白納米顆粒的磁學(xué)性質(zhì)。最后比較了 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白與空白組在富集 Hg2+、AsO43–和Cd2+三種重金屬離子方面能力的差異。

1 材料與方法

1.1 材料

縊蟶重組鐵蛋白(Sinonovacula constrictaferritin,ScFER),通過體外表達(dá)、純化方法制備(0.1mg/mL)。氯化鐵(FeCl3)、氯化錳(MnCl2)、氯化鎘(CdCl2)、氯化汞(HgCl2)、砷酸鈉(Na3AsO4)均為分析純,購于國藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑有限公司。BCA總蛋白濃度測(cè)定試劑盒購于南京建成有限公司。

1.2 方法

1.2.1 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白的制備 將復(fù)性后的縊蟶重組鐵蛋白利用透析裝置分別在濃度為1mmol/L的FeCl3、MnCl2和CdCl2溶液中透析12h,然后分別在0.1mol/L的PBS溶液中透析12h,以除去未被吸附的 Fe3+、Mn2+和Cd2+。反應(yīng)過程中磁力攪拌,并每隔 4h更換一次溶液。富集處理完成后置于4oC保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 蛋白表面形貌觀察及能譜檢測(cè) 取富集Fe3+、Mn2+和Cd2+的鐵蛋白溶液 10μL,分別滴在干凈的云母片上,自然干燥后用導(dǎo)電膠將一面粘牢在樣品臺(tái)上,放入真空蒸發(fā)儀中噴金處理,置于掃描電子顯微鏡和X射線能量色散能譜儀(S-3400N,SU-70,東京,日本)對(duì)各處理組蛋白的結(jié)構(gòu)和元素進(jìn)行定性分析。能譜儀采用 Si(Li)固體探頭,探頭距離40mm,樣品傾斜30°,工作距離21mm,分析時(shí)間100s。

1.2.3 蛋白肽分子量的測(cè)定 取20μL蛋白溶液,用終濃度10mmol/L二硫蘇糖醇(DTT),37℃反應(yīng)1h,終濃度 25mmol/L吲哚-3-乙酸(IAA),37℃避光反應(yīng)0.5h,按酶:蛋白為1︰50比例加入胰蛋白酶酶,酶解過夜,C18除鹽凍干。樣品用200μL 50%乙腈,0.1%三氟乙酸(TFA)溶解,取出 10μL,加 30μL 50%乙腈,0.1% TFA。取 1μL 點(diǎn)樣在靶板上,再點(diǎn) 1μL α-氰基-4-羥基肉桂酸(CHCA)基質(zhì)。利用MALDI-TOF-TOF(AB SCIEX)儀器通過肽質(zhì)量指紋法(Peptide Mass Fingerprint,PMF)和肽碎片離子鑒定法對(duì)肽分子量進(jìn)行測(cè)定(楊倩等,2015)。

1.2.4 蛋白磁性強(qiáng)度的測(cè)定 取重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白10mL分裝于離心管中,封口后放入冷凍干燥機(jī)(ALPHA 1-2LD plus,Christ,Osterode,德國)內(nèi)凍干。取凍干的蛋白粉末1mg左右放入綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS,Quantum Design,San Diego,美國),設(shè)定外加磁場(chǎng)為3T,溫度為300K進(jìn)行磁性強(qiáng)度測(cè)量。

1.2.5 蛋白富集重金屬能力的測(cè)定 將重組 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白利用透析裝置分別在濃度為1mM的CdCl2溶液、HgCl2溶液和Na3AsO4溶液中透析 12h,然后分別在0.1mol/L的 PBS溶液中透析12h,以除去未被吸附的 Cd2+、Hg2+和AsO43–,并設(shè)置縊蟶重組鐵蛋白為對(duì)照組。反應(yīng)過程中磁力攪拌器,并每隔4h更換一次溶液。富集處理完成后各取0.1mL,加入 5%的稀硝酸,搖動(dòng)使樣品分散,然后裝入微波消解系統(tǒng)(MARS,CEM,Boston,美國)中進(jìn)行微波消解,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(X SeriesⅡ,Thermo Fisher scientific,New York,中國)分析測(cè)定富集的重金屬含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白形貌特征

從圖1(S1)可以看出實(shí)驗(yàn)制備得到的縊蟶重組鐵蛋白聚集體為球狀,蛋白團(tuán)之間相互分離,聚集體直徑在1μm左右,與標(biāo)準(zhǔn)馬脾鐵蛋白形狀和大小相似。Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白富集 Cd2+之后,蛋白聚集體的表面形貌發(fā)生了明顯變化。Fe-鐵蛋白與空白組相比,蛋白球體直徑增加,且球體之間出現(xiàn)粘連(圖1,S2)。Mn-鐵蛋白組表面形貌變化更加明顯,由原來的蛋白球體變?yōu)榛▓F(tuán)狀,且直徑明顯增大(圖1,S3)。富集 Cd2+后基本為小圓球狀單體或聚集體(圖1,S4)。Fe-鐵蛋白富集 Cd2+后蛋白聚集體表現(xiàn)為小圓球聚集體(圖1,S5)。Mn-鐵蛋白Cd2+富集組呈現(xiàn)出花團(tuán)狀球體花瓣散落,中間還夾雜著數(shù)個(gè)小圓球的狀態(tài)(圖1,S6)。

Fe-鐵蛋白富集 Cd2+后蛋白聚集體由原來均勻分散的小圓球變?yōu)榫奂啥训膱A球體。推測(cè) Fe-鐵蛋白在富集 Cd2+的同時(shí)也受到了 Cd2+的影響,蛋白之間發(fā)生聚集。Mn-鐵蛋白富集Cd2+后抑制了Mn-鐵蛋白聚集體形成花球,使局部產(chǎn)生片層花瓣。小圓球聚集體邊緣模糊,呈粘連狀。不同金屬離子對(duì)鐵蛋白的折疊具有不同的作用,從而產(chǎn)生不同的表面形貌。

圖1 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白的掃描電鏡圖Fig.1 SEM images of different ferritin treatment groups

2.2 蛋白的能譜分析

利用X射線色散能譜儀(EDS)檢測(cè)發(fā)現(xiàn):空白組檢測(cè)出Si、Na、K、Cl、C、N、O、P等8種元素(圖2,S1)。其中Si、Na、K、Cl等元素可能來自于云母片;C、N、O、P等元素可能來自于鐵蛋白,這四種元素是蛋白質(zhì)的重要組成元素,未檢測(cè)出鐵、錳和鎘三種金屬元素。Fe-鐵蛋白、Mn-鐵蛋白和Cd-鐵蛋白均檢測(cè)出了相應(yīng)的金屬元素,說明 ScFER具有富集Fe3+、Mn2+和Cd2+三種金屬離子的能力。同時(shí),在Fe-鐵蛋白富集 Cd2+組和Mn-鐵蛋白富集 Cd2+組中均檢測(cè)出了鐵、鎘和錳、鎘兩種元素,說明 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白也具有富集Cd2+的功能。

比較各金屬離子富集組能譜圖發(fā)現(xiàn):Fe3+在0.8keV和6.4keV兩處出峰,Mn2+在0.6keV和5.9keV兩處出峰,Cd2+在3.1keV和3.3keV兩處出峰,三種金屬在不同的激發(fā)能級(jí)均有出峰,說明鐵蛋白在富集Fe3+、Mn2+和Cd2+三種金屬離子的過程中,金屬離子發(fā)生得失電子,從而在能譜圖表現(xiàn)出不同的能量級(jí)(圖2)。Fe-鐵蛋白組富集 Cd2+后除在Fe3+檢測(cè)到0.8keV和6.4keV兩處出峰外,在7.1keV也檢測(cè)到鐵元素。推測(cè)鐵蛋白在富集Fe3+和Cd2+兩種混合金屬過程中發(fā)生了獨(dú)特的的化學(xué)反應(yīng),從而使鐵元素出現(xiàn)新的能量態(tài)。

2.3 肽譜分子量

利用MALDI TOF/TOF質(zhì)譜系統(tǒng)對(duì)重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白胰蛋白酶酶解后的肽段進(jìn)行檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn):縊蟶重組鐵蛋白的肽段在655Da處出現(xiàn)高強(qiáng)度單一峰,在1.26kDa、1.48kDa、1.81kDa等處出現(xiàn)較小的峰,這與 Peptide Cutter網(wǎng)站預(yù)測(cè)胰蛋白酶切肽段分子量基本相符。Fe-鐵蛋白的肽譜圖在655Da處也出現(xiàn)高強(qiáng)度峰與空白組一致,同時(shí)在高分子量段 1.32kDa、1.88kDa、1.93kDa等處出現(xiàn)特征峰,可能與鐵蛋白富集 Fe3+后肽段分子量發(fā)生變化有關(guān)(圖3)。Mn-鐵蛋白也在655Da處有峰但強(qiáng)度較低,推測(cè)此肽段為鐵蛋白一段保守序列,其肽段的氨基酸序列為DDVALK,這可能與其富集金屬離子的性質(zhì)無關(guān)。Mn-鐵蛋白在1.26kDa、1.47kDa、1.53kDa和1.76kDa等處出現(xiàn)特征峰,且峰強(qiáng)度較高。

由圖3可知,Fe-鐵蛋白的肽譜圖與空白組相比,除了共有的655Da處的峰外,在1000—2000Da分子量段出峰明顯,推測(cè)為鐵蛋白與Fe3+結(jié)合所致。根據(jù)Fe-鐵蛋白的肽段位移推測(cè),鐵蛋白在與 Fe3+結(jié)合過程中,肽譜圖中 1.32kDa、1.88kDa、1.93kDa等處出現(xiàn)的特征峰為其Fe3+結(jié)合肽段。同理推測(cè)Mn-鐵蛋白肽譜圖中的 1.26kDa、1.47kDa、1.53kDa和1.76kDa等高強(qiáng)度峰為其與 Mn2+結(jié)合的特征肽段。對(duì)比 Fe-鐵蛋白的肽譜圖與 Mn-鐵蛋白肽譜圖可見,兩者在655Da、713Da、1.26kDa等處都出現(xiàn)肽段峰,推測(cè)為鐵蛋白在富集Fe3+和Mn2+時(shí)均發(fā)揮作用的功能肽段。

圖2 鐵蛋白富集不同重金屬的能譜圖Fig.2 EDS of ferritins after heavy metals treatments for different groups

2.4 蛋白的磁性強(qiáng)度分析

利用綜合物性測(cè)量系統(tǒng)對(duì)重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白納米顆粒磁性強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。圖4中S1為鐵蛋白空白組在室溫 300K,外加磁場(chǎng) 3T下的磁滯回線。如圖所示磁滯回線為一條過原點(diǎn)的直線,呈順磁特征,與田蘭香等(2010)的研究結(jié)果相吻合,研究發(fā)現(xiàn)馬脾鐵蛋白在室溫300K時(shí),蛋白顆粒呈典型的順磁特征(Peadet al,1995)。圖4中S2和S3為重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白粒的磁滯回線,磁滯回線形狀與鐵蛋白空白組基本相同,但在相同的外加磁場(chǎng)下,蛋白顆粒所呈現(xiàn)出的磁場(chǎng)強(qiáng)度明顯高于空白組。這可能是由于鐵蛋白在富集Fe3+和Mn2+這兩種磁性金屬時(shí),形成了某些金屬氧化物,從而增加了蛋白顆粒的磁性強(qiáng)度。

隨著 Fe3+和Mn2+富集量的增加,鐵蛋白顆粒磁性強(qiáng)度明顯上升,但當(dāng)富集量超過 100×10–6左右后,磁性強(qiáng)度增加的幅度減緩(圖4,S4),可能是因?yàn)榭O蟶重組鐵蛋白催化氧化鐵錳兩種磁性金屬形成氧化物的能力達(dá)到了最大限度,同時(shí)鐵核的空間也是受限的,Yamashita等(2010)就是利用脫鐵鐵蛋白空腔的空間限制來控制磁性顆粒的大小。

2.5 蛋白富集重金屬量的能力

圖3 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白的肽譜圖Fig.3 Peptide mass charts of different ferritin treatment groups

重組 Fe-鐵蛋白對(duì) Hg2+、AsO43–和Cd2+三種重金屬的富集能力是鐵蛋白空白組的2.4倍、1.7倍和3.7倍(圖5),這可能是 Fe3+對(duì)鐵蛋白富集重金屬的過程起到了促進(jìn)作用,Ebrahimi等(2013)研究發(fā)現(xiàn)鐵核內(nèi)充滿Fe3+時(shí)會(huì)加速金屬離子的氧化速率。鐵蛋白除了能夠富集Fe3+以外,還能富集許多其他的重金屬離子,這與鐵蛋白表面富集重金屬的非特異性基團(tuán)有關(guān),特異性基團(tuán)的種類和數(shù)量,以及基團(tuán)與不同重金屬的結(jié)合能力都有可能導(dǎo)致鐵蛋白對(duì)金屬的富集能力差異(Yamashitaet al,2010)。由圖5可以看出,重組Mn-鐵蛋白對(duì) Hg2+、AsO43–和Cd2+三種重金屬在相同條件下的富集能力不同,分別為鐵蛋白空白組的 1.8倍、3.0倍和4.6倍。這可能與鐵蛋白在富集Mn2+后形成的花團(tuán)狀蛋白聚集體有關(guān),白德奎等(2010)研究了這種花團(tuán)狀錳氧化物對(duì)重金屬砷的吸附動(dòng)力學(xué)。

圖4 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白的磁滯回線Fig.4 Hysteresis loops of different ferritin treatment groups

圖5 Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白對(duì) Hg2+、AsO43–和Cd2+的富集差異Fig.5 Contents of Hg2+,AsO43–,and Cd2+ in different ferritin treatment groups

3 討論

縊蟶重組鐵蛋白與馬脾標(biāo)準(zhǔn)鐵蛋白相比內(nèi)部沒有鐵核,可以更大程度富集Fe3+和Mn2+形成重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白。其蛋白聚集體在表面形貌方面與鐵蛋白空白組相比發(fā)生了明顯變化。鐵蛋白與金屬離子結(jié)合的配體和其他氨基酸側(cè)鏈間存在著相互作用力,如疏水鍵、氫鍵、靜電作用和范德華力等(Liet al,2011),可能構(gòu)成蛋白殼的亞基數(shù)目,蛋白殼厚度等的變化。不同金屬離子對(duì)鐵蛋白的折疊具有不同的影響導(dǎo)致其產(chǎn)生不同的表面形貌(Hiltonet al,2012)。Fe-鐵蛋白變?yōu)橹睆皆龃蟮膱A球體,Mn-鐵蛋白變?yōu)榛▓F(tuán)狀球體,與Chen等(2015)的研究結(jié)果相符合。重組鐵蛋白對(duì)于Fe3+的儲(chǔ)存包括Fe3+的遷移和鐵芯礦物的成核和生長,而重組鐵蛋白與 Mn2+的相互作用更為復(fù)雜,比較 Mn-鐵蛋白的表面形貌和XRD結(jié)果發(fā)現(xiàn)形成的花團(tuán)狀球體為一種生物錳氧化物,并且其結(jié)構(gòu)近似于水鈉錳礦的結(jié)晶(Mayannaet al,2015)。

研究發(fā)現(xiàn)重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白具有順鐵磁性和富集重金屬的功能,并且其對(duì)于重金屬Hg2+、AsO43–和Cd2+的富集能力明顯高于重組鐵蛋白。已有研究表明天然形成的鐵氧化物和錳氧化物是重金屬離子非常有效的清除劑,錳氧化細(xì)菌(MOB)形成的生物錳氧化物可以有效的吸附Ba2+、Ni2+、Co2+、Cd2+等重金屬離子(Mayannaet al,2015),其吸附方式為表面吸附,并且錳氧化物表面電荷的多少也會(huì)明顯影響吸附效果(Fenget al,2007)。Mn-鐵蛋白的花團(tuán)狀多層結(jié)構(gòu)極大的增加了鐵蛋白的比表面積,有效增強(qiáng)了富集重金屬離子的功能。Fe-鐵蛋白對(duì)于重金屬離子的富集主要是與鐵蛋白內(nèi)部的空腔有關(guān)。有研究表明,磷酸可以促進(jìn)Fe3+進(jìn)入鐵核內(nèi),而當(dāng)鐵核內(nèi)充滿 Fe3+時(shí)會(huì)加速金屬離子的氧化速率。鐵蛋白的3倍通道表現(xiàn)出柔性結(jié)構(gòu),可以允許各種金屬離子進(jìn)出(Bou-Abdallah,2010)。重組鐵蛋白的內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)為重金屬離子的富集提供了空間,無核鐵蛋白捕獲重金屬離子的機(jī)制非常復(fù)雜,位點(diǎn)包括蛋白殼的內(nèi)外表面、三相和二相隧道及鐵核表面和深層,同一結(jié)合位點(diǎn)可以結(jié)合不同的金屬離子,而同一金屬離子也可以結(jié)合不同的位點(diǎn),但結(jié)合能力存在差異(Treffryet al,1984)。因此,通過制備無定形鐵氧化物也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬砷的吸附(Youngranet al,2007)。

重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白與鐵蛋白相似均呈現(xiàn)順次特征,與Cao等(2010)制備的重組人鐵蛋白超順磁性納米顆粒表現(xiàn)出相同的磁性特征。但相同磁場(chǎng)下Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白的磁性強(qiáng)度是空白組10倍左右,并且在3T外加磁場(chǎng)下的磁性強(qiáng)度大小與 Fe3+和Mn2+富集量有關(guān)。磁性納米顆?？梢宰饕环N重金屬離子吸附劑,Xie等(2015)的研究發(fā)現(xiàn)磁性四氧化三鐵復(fù)合納米顆粒微球(CS/XOREC-Fe3O4)可以實(shí)現(xiàn)對(duì) Cu2+和Cd2+自發(fā)的的吸附,且符合 Langmuir吸附模型,Yue等(2011)利用磁性鐵錳氧化物實(shí)現(xiàn)了對(duì)Pb2+和Cu2+的自發(fā)吸附。

4 結(jié)論

本文通過比較Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白與空白組在富集Hg2+、AsO43–和Cd2+三種重金屬離子方面能力的差異,發(fā)現(xiàn) Fe-鐵蛋白對(duì)這三種重金屬的富集能力分別為空白組的2.4倍、1.7倍和3.7倍,Mn-鐵蛋白對(duì)它們?cè)谙嗤瑮l件下的富集能力也有明顯提高。本研究結(jié)果表明,磁性納米材料在重金屬離子的吸附方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。重組Fe-鐵蛋白和Mn-鐵蛋白由于其獨(dú)特的順鐵磁性和良好的重金屬富集能力,將在重金屬污染治理與檢測(cè)方面發(fā)揮效用。

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RECOMBINANT FE-FERRITIN AND MN-FERRITIN FROM CHINESE RAZOR CLAMSINONOVACULA CONSTRICTA

MING Ting-Hong1, CHU Shuang-Shuang1, SU Chang2, LIU Yan2, SI Kai-Xue1, ZHANG Di-Jun1,WANG Zhao-Yang1, ZHOU Jun1, LU Chen-Yang1, SU Xiu-Rong1
(1.School of Marine Science,Ningbo University,Ningbo315211,China;2.Ningbo Vocational and Technical College,Ningbo315800,China)

The recombinant ferritin in Chinese razor clamSinonovacula constrictawere exposed to the same concentration of Fe3+and Mn2+to prepare for recombinant Fe-ferritin and Mn-ferritin.Scanning electron microscopy(SEM),energy dispersive spectroscopy (EDS)and MALDI TOF/TOF mass spectrometry were applied to study changes in protein surface morphology,energy of metal elements,and molecular weight of peptides.The magnetic properties changes of protein nanoparticles were measured by physics property measurement system (PPMS)at room temperature (300K)and an external magnetic field (3T).The results indicate that compared with the ScFER,the surface topography of Fe-ferritin and Mn-ferritin changed obviously.Fe-ferritin remained globular,Mn-ferritin aggregates resembled lamellar flower,and Cd-ferritin aggregates were small round ball in shape,while Mn-ferritin that Cd2+-enriched formed lamella flower-like aggregate.Characteristic energy states of corresponding metal elements were detected from Fe-ferritin and Mn-ferritin.Compared with the ScFER,the peptides of the two recombinant proteins were distinct in addition to the conserved peptides of ferritin,suggesting that ferritin was closely related to the enrichment of Fe3+and Mn2+.Fe-ferritin and Mn-ferritin nanoparticles had the same hysteresis loop as the blank group,showing paramagnetic characteristics,and the magnetic intensity increased with the increase of Fe3+and Mn2+contents.By comparing the ability of Fe-ferritin and Mn-ferritin in enriching heavy metals Hg2+,AsO43–and Cd2+,we found that the ability of Fe-ferritin enrichment of Hg2+,AsO43–and Cd2was 2.4,1.7,and 3.7 times,and that of Mn-ferritin under the same conditions 1.8,3.0,and 4.6 times higher of that of ScFER,respectively.These results provide a reference for the application of Fe-ferritin and Mn-ferritin in heavy metal pollution control.

Sinonovacula constricta;recombinant Fe-ferritin;recombinant Mn-ferritin;surface morphology;magnetic properties;enrichment ability

Q789;S968.3

10.11693/hyhz20170400103

* 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目,40776075號(hào),41176123號(hào),41676159號(hào)。明庭紅,博士研究生,E-mail:mth151013@163.com

① 通訊作者:蘇秀榕,教授,博士生導(dǎo)師,E-mail:suxiurong@nbu.edu.cn

2017-04-28,收修改稿日期:2017-05-29