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铁蛋白的结构、性质及载体化应用

铁蛋白的结构、性质及载体化应用

定　　价：58 元

  • 作者：杨瑞
  • 出版时间：2024/8/1
  • ISBN：9787523503959
  • 出 版 社：科学技术文献出版社
  • 中图法分类：Q51 
  • 页码：
  • 纸张：胶版纸
  • 版次：
  • 开本：16开
  • 商品库位：
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铁蛋白（ferritin）是一种普遍存在的铁储存和解毒蛋白，广泛分布于植物、动物和细菌中。铁蛋白可以储藏可溶、无毒和生物体可以利用的铁，并调节机体铁的代谢平衡。动物铁蛋白主要存在于心脏、肝脏、脾脏、脑等代谢旺盛的组织中；微生物铁蛋白主要存在于细菌、真菌及藻类等；植物铁蛋白主要积累在非绿色质体中，如前质体、黄花质体、淀粉体、芽、根的顶部、种子或根瘤等组织中。储存于铁蛋白中的铁占了豆科类植物种子铁含量的90%，所以来源于豆科类植物的铁蛋白是一个理想的补铁资源。铁蛋白在豆科类种子成熟的过程中将体内多余的铁储存于其中，而在种子萌发过程中将铁释放出来为植物前期生长提供所必需的铁元素，因此植物铁蛋白在调节植物体内铁代谢平衡的过程中起着很重要的作用。人类铁蛋白的细胞定位是组织特异性的。动物细胞中的铁蛋白主要是胞浆可溶性蛋白。铁蛋白的共同特性是通过其铁氧化酶活性氧化铁，然后转移和水解在其内腔中形成无机核。铁蛋白可隔离细胞中多余的铁，以备需要时使用，因此其以可溶性、无毒的生物可利用形式在维持铁稳态方面发挥着关键作用。铁是维持生命的主要物质之一，是红细胞成熟过程中合成血红蛋白必不可少的原料。作为人体内重要的一种矿物质，铁在细胞代谢的过程中也起着重要的角色，例如DNA、RNA和蛋白质的合成、电子运输、细胞呼吸、细胞增生和分化、基因表达的调控等。铁也是组织代谢不可缺少的物质，缺铁可引起多种组织改变和功能失调。具体来说，铁蛋白在体内铁代谢中主要表现出两种功能：首先，铁蛋白作为一种铁储存成分，可以在各种蛋白质的生物合成过程中维持铁的稳态；其次，铁蛋白在保护细胞免受游离铁和自由基化学物质的潜在毒性作用方面发挥着重要作用。这两种功能主要在于铁蛋白的独特结构。通常，铁蛋白的特征是具有明确定义的中空球形结构，铁蛋白分子的空间结构在各类生物体中具有很高的保守性，所有生物体中的铁蛋白分子有着极其相似的四级结构。通常内径为7~8 nm，外径为12~13 nm，厚度为2~25 nm。一分子铁蛋白最多能储存约4500个以无机矿物质形式存在的三价铁原子。铁蛋白每两个亚基反向平行形成一组，这12组亚基对构成一个近似正八面体，成4-3-2 重轴对称的球状分子。铁蛋白每个亚基长约5 nm,直径约25 nm，由4个螺旋簇（A、B、C、D）构成，B和C螺旋之间由一段含18个氨基酸的BC-环连接，E螺旋位于4个螺旋簇的尾端并与之成60夹角。每个铁蛋白分子形成24个一重轴通道、12个二重轴通道、8个三重轴通道和6个四重轴通道，这些通道被认为是铁蛋白内部与外部离子出入铁蛋白的必经之路，起着联系铁蛋白内部空腔与外部环境的作用。对植物铁蛋白来讲，每个亚基还存在一条EP （extension peptide）肽段伸展出铁蛋白壳的外部。得益于蛋白质笼内表面的高负电荷氨基酸，铁蛋白用于聚集蛋白质内表面的铁，这可能增加铁的局部浓度，并促进其氧化矿化。在天然铁蛋白中，数千个铁原子（高达4500个）可以集中在这个纳米腔中形成铁蛋白复合物，在这种复合物中，铁蛋白中的铁离子（新的膳食铁源）被蛋白质壳层所掩盖，因此它对螯合剂不太敏感，可将其作为一种安全有效的功能性补铁剂进行潜在的探索。另外，通过向铁蛋白中添加铁螯合剂，可以制备脱铁铁蛋白以形成铁白质外壳，即铁蛋白笼。因此，在蛋白质外壳结构中存在3个独特的界面，即内表面、外表面以及亚基之间的界面。这3个界面可以通过利用脱铁铁蛋白的解离和重组特性被轻易地打破，通过在pH 20/110下铁蛋白笼的解离或添加变性剂，以及当pH调节至中性或去除变性剂时的重构来实现。在此过程中，特定分子（生物活性化合物等）可被添加到反应体系中，并被捕获在铁蛋白笼中，形成纳米复合材料。通过使用这种有趣的策略，脱铁铁蛋白可以潜在地用作一种新的载体，以装载生物活性化合物（特别是水不溶性化合物），这些化合物将在其中稳定和可溶。此外，铁蛋白笼成功地利用了一些药物和造影剂，以实现靶向递送、肿瘤成像和癌细胞检测。在食品应用中，铁蛋白笼已作为纳米载体广泛应用于包埋食品生物活性分子，如花青素、-胡萝卜素、芦丁、姜黄素、表没食子儿茶素没食子酸酯和原花青素等。所有这些新特性可能有助于铁蛋白在食品工业和其他领域的应用。这些发现有助于提高生物活性化合物的生物利用率，拓宽铁蛋白的应用范围。

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