生物矿化现象在生物学、化学、材料学、地质学、医学领域都有一定的研究。其过程涉及到无机离子和有机大分子的相互作用,需要多学科的研究。蛋白质作为参与矿化过程的重要大分子,是理解生物矿化的重要基础。以贝壳作为生物矿化的模型,对参与贝壳形成的基质蛋白进行分析,有助于更好地了解生物矿化的机理。生物粘附现象也广泛存在于自然界中,贝类通过足丝粘附在海水中的固体表面进行附着生活。因此,研究足丝粘附蛋白不仅有利于帮助阐述不同的粘附机理,也会更详尽地揭示贝类是如何通过粘附蛋白进行可逆的粘附。第一部分的研究中,首先利用蛋白质组学的方法,鉴定了72种贝壳基质蛋白;其中36种在棱柱层中,19种在珍珠层中,17种基质蛋白在珍珠层和棱柱层中都存在。通过对基质蛋白结构域的分析,推测它们除了可以控制碳酸钙的结晶过程外,也有可能参与了细胞外微环境的调控和细胞与细胞外基质之间的交流。该部分研究加深了大家对珍珠贝贝壳基质蛋白以及贝壳矿化传统模型“几丁质-丝蛋白-酸性基质蛋白”的了解。在获得贝壳基质蛋白组分后,利用异硫氰酸荧光素标记,探索它们对碳酸钙晶体生长的调控作用;并通过激光共聚焦显微镜观察体外合成碳酸钙晶体中的荧光信号。发现了棱柱层蛋白和珍珠层蛋白在晶体中拥有不同的定位和不均匀性。这种不均匀的分布模式可能与生物矿物特殊的机械性能密切相关,也对新型生物复合材料的合成有一定的启发作用。另一部分研究中,结合蛋白组学、转录组学、分子生物学和材料学,系统地研究了合浦珠母贝足丝的微观结构、无机离子组成、足丝蛋白构成及其可能的功能,揭示了无机离子和足丝蛋白对生物粘附过程的重要作用;推测Ca²⁺和TSP-1containing蛋白的相互作用对足丝延伸性能的发挥有显著影响。利用蛋白组学研究了合浦珠母贝足丝蛋白的种类,包括其末端以及粘附斑的蛋白构成,揭示了足丝蛋白组成的复杂性。为了研究足丝粘附蛋白是如何形成的以及它们最终形成的具有多级结构的足丝纤维,需要探索金属离子和足蛋白之间的相互作用。结果表明10mM Ca²⁺可诱导足蛋白和足丝蛋白在体外的自组装过程。本部分研究为理解足丝的形成机理以及足蛋白的自组装过程提供了更深层的理论基础,也为新型生物材料的研发和应用提供了新的思考方向。