蛋白质在矿质颗粒物/水界面上的吸附行为

摘要

生态环境中蛋白质在矿质颗粒物/水界面的吸附作用是影响其浓度、迁移、转化、归宿、生物活性、生物可降解性乃至毒性的重要过程；另一方面，蛋白质吸附又强烈地影响吸附剂表面的物理化学性质。因此，系统开展蛋白质在矿质颗粒物/水界面上的研究具有重要的环境学和生态学意义。 本文使用化学方法模拟合成了环境中常见的几种具有不同结构的锰氧化物和铁氧化物，以牛血清白蛋白(软蛋白)和溶菌酶(硬蛋白)作为模型蛋白，系统研究了两类性质不同的蛋白质在α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、γ-MnOOH、α-FeO<,2>和α-FeOOH五种矿质颗粒物表面的吸附行为及影响因素，并运用傅立叶转换红外光谱技术(FTIR)和XRD技术对实验样品进行了表征，以期为预测蛋白质在环境介质间的迁移转化行为及其所产生的生态环境效应提供理论依据。所得主要结论如下： 1．用化学方法合成了五种矿质颗粒物。自制α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>和γ-MnOOH三种锰矿对应的衍射峰数据与各自的标准值相吻合，但其结晶度较差。α-MnO<,2>颗粒呈针状，BET比表面积为31.12 m<'3>/g；δ-MnO<,2>颗粒为准球形，BET比表面积94.22 m<'2>/g；γ-MnOOH晶体呈针状，BET比表面积36.34 m<'2>/g。制得的α-Fe<,2>O<,3>。与α-FeOOH两种粒子的XRD峰窄而尖锐，结晶度较好。α-Fe<,2>O<,3>粒子呈球形，BET比表面积为19m<'2>/g；α-FeOOH呈纺锤形，BET比表面积为80m<'2>/g。 2．进行了pH对BSA和LSZ在供试矿质颗粒物(α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、Y-MnOOH、α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH)表面吸附性能的影响实验。结果表明，pH对这两类蛋白质在五种矿质颗粒物表面的吸附性能有不同影响。 3．不同离子强度对BSA和LSZ在α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、r-MnOOH、α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH五种矿质颗粒物表面的吸附影响不同。增加NaCl浓度，可使BSA在α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH表面，以及LSZ在α-Fe<,2>O<,3>表面的吸附百分率逐渐降低，却导致LSZ在α-MnO<,2>和α-FeOOH这两种矿质颗粒物表面的吸附百分率增大。当NaCl浓度为0.03mol/L时，BSA和LSA在γ-MnOOH表面吸附百分率增加，继续增大NaCl浓度到0.2mol/L时，蛋白质吸附量却几乎保持不变；LSZ在δ-MnO<,2>表面的吸附变化情况与此相同。 不同类离子对BSA和LSZ在各种供试矿质颗粒物表面的吸附有不同影响。Ca<'2+>和Mg<'2+>增大了BSA在各种矿质颗粒物表面的吸附百分率，只使得BSA在Fe<,2>O<,3>表面的吸附百分率降低。Ca<'2+>和MgCl<'2+>同样提高了LSZ在γ-MnOOH和α-Fe<,2>O<,3>表面的吸附百分率，但是却降低了LSZ在δ-MnO<,2>和α-FeOOH表面的蛋白吸附百分率。Na<'+>、Ca<'2+>和Mg<'2+>三种不同价态的阳离子对LSZ在α-MnO<,2>表面的吸附百分率的影响相同。 4．脱附实验表明，除吸附态BSA容易从α-FeOOH表面脱附外，BSA和LSZ在各种供试矿质颗粒物表面的吸附反应均具有较高的不可逆性。 5.除LSZ在α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH表面的吸附等温线呈C型外，BSA和LSZ在其它供试矿质颗粒物表面的吸附等温线均呈L型。 分别用Langmuir和Frendlich方程对BSA和LSZ两种蛋白质的等温吸附进行拟合。结果表明，Langmuir方程能够较好地拟合BSA在α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、γ-MnOOH和α-Fe<,2>O<,3>表面的吸附情况；同时也能较好地拟合LSZ在α-MnO<,2>和γ-MnOOH这两种矿物表面的吸附：Frendlich方程对LSZ在α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH表面的等温吸附曲线有较好的拟合。 6．运用XRD技术证明了BSA分子吸附在α-MnO<,2>和δ-MnO<,2>矿物表层及侧面部分，而并未插入矿物孔道结构中。 7．FFIR结果表明，α-MnO<,2>表面确有BSA和LSZ吸附，且吸附态蛋白质结构有所改变，引起结构熵增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

蛋白质在固/液界面的吸附研究进展

1.天然有机质的吸附行为及其环境效应

2.环境中蛋白质的来源及存在形态

3.蛋白质吸附的生态与环境意义

4.固体表面蛋白质吸附行为的研究

引言

材料与方法

1. 实验仪器与试剂

2.实验方法

结果

1.矿质颗粒的表征

2. 蛋白质在α-MnO2/水界面上的吸附与脱附行为

3.蛋白质在δ-MnO2/不界面上的吸附与脱附行为

4.蛋白质在γ-MnOOH/水界面上的吸附与脱附行为

5.蛋白质在α-Fe2O3/水界面上的吸附与脱附行为

6.蛋白质在α-FeOOH/水界面上的吸附与脱附行为

讨论

1.pH对BSA的LSZ在矿质颗粒物表面的吸附性能的影响不同

2.不同离子强度和种类对蛋白质在矿质颗粒物表面的吸附性能的影响不同

3.吸附态蛋白质可以较高的不可逆方式吸附到矿质颗粒物表面

4.BSA和LAZ在和α-MnO2 表面上的吸附机制初探

总结

参考文献

致谢

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