本书是生物矿化研究领域难得一见的专著，主要内容是从分子角度对发生在生物中的各种生物矿物的矿化机制进行阐明。全书分4部分，共13章。从趋磁细菌磁铁矿、细菌沉积碳酸钙、海底生物成因金属结核和海山结壳到脊椎、无脊椎动物的硅化物和钙化物，无不是生物控制矿化下的产物，这些生物矿物有着独特的结构与性能，并以此完美地实施其生物学上的功能。生物矿物形成机制的分子水平阐释为这些材料的未来仿生合成控制提供了良好的理论基础，同时，天然生物矿化材料的形貌与结构及超凡性能也为新兴材料的设计提供了绝佳模型。
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目录
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第1部分 生物金属矿物
1 细菌中的磁铁矿生物矿化 3
1.1 引言 3
1.2 趋磁细菌 4
1.2.1 生态学 4
1.2.2 多样性 5
1.2.3 遗传学 6
1.2.4 细胞生物学 7
1.3 磁小体 8
1.3.1 磁铁矿生物矿化途径 8
1.3.2 磁小体——一种非凡的材料 13
1.4 磁小体应用 17
1.5 结论与展望 18
参考文献 19
2 大型、迷你型铁蛋白：矿物及蛋白纳米笼 25
2.1 引言 25
2.2 陆生、海生生物中的铁蛋白 26
2.2.1 原核生物中的铁蛋白 26
2.2.2 真核生物中的铁蛋白 28
2.2.3 原核、真核生物铁蛋白活性位点保守性 30
2.3 铁蛋白中铁矿物的形成 31
2.3.1 铁（Ⅱ）的进入与结合 32
2.3.2 氧分子或过氧化氢结合及过渡产物形成 33
2.3.3 二铁氧化物矿物前体活性位点的释放 33
2.3.4 成核与矿化 332.4 铁蛋白中的铁生物矿物 34
2.5 铁蛋白铁生物矿物的溶解 36
2.6 展望 37
参考文献 38
3 细菌锰氧化：生物对地球化学的影响 42
3.1 引言 42
3.2 锰的重要性 43
3.3 锰的生物地球化学 43
3.4 盐度对锰氧化物的影响 44
3.5 锰与其他金属同存时的毒性 45
3.6 海洋细菌的锰氧化 45
3.7 淡水细菌的锰氧化 48
3.8 锰氧化的基因组分析 50
3.9 锰氧化的蛋白质组分析 52
3.10 分子生物矿化 53
3.11 锰氧化的生物技术应用 55
3.12 结论 56
参考文献 56
4 分子矿化：多金属结核、海山结壳及深海热泉喷口化合物的生物成因 66
4.1 引言 66
4.2 发现 67
4.3 海矿生物矿化的基本原则 68
4.4 多金属结核（锰结核）形成中的矿化/生物矿化过程：生物诱导矿化 70
4.4.1 沉积物 70
4.4.2 结核的生长 71
4.4.3 微生物 73
4.4.4 生物晶种 74
4.4.5 晶种：细菌S-层 74
4.4.6 多金属结核中的生物被膜结构 77
4.4.7 矿物沉积 78
4.4.8 矿物材料中细菌种类测定方法 79
4.4.9 锰沉积细菌 79
4.5 富钴多金属结壳的矿化/生物矿化过程 82
4.5.1 沉积 82
4.5.2 结壳形态 83
4.5.3 结壳生长 84
4.5.4 结壳中的颗石藻 85
4.5.5 元素分布图谱 85
4.5.6 生物晶种 86
4.6 热泉喷物形成中的矿化/生物矿化过程 87
4.7 有关分子矿化 89
参考文献 90
第2部分 生物钙化物
5 细菌性碳酸钙沉积的分子基础 97
5.1 引言 97
5.2 细菌性碳酸钙矿化的一般特点 98
5.2.1 碳酸钙矿化过程及其术语 98
5.2.2 细菌性碳酸钙矿化的一般特点 100
5.2.3 细菌的CC矿物 101
5.3 细菌的代谢与沉积 104
5.3.1 碳酸钙沉积中的细菌代谢作用 104
5.3.2 细菌代谢中的碳酸钙沉积作用 107
5.4 细菌表面结构与沉积 113
5.5 结论 115
参考文献 116
6 钙基生物矿化的基本原理 120
6.1 水生生物的钙基生物矿化 120
6.1.1 碳酸钙 121
6.1.2 磷酸钙 126
6.2 水生生物中碳酸钙基生物矿物的分级结构 129
6.2.1 鲤鱼耳石 129
6.2.2 软体动物壳珍珠层的分级式结构 133
6.2.3 无光泽珍珠 134
6.2.4 蟹 137
6.3 磷酸钙基生物矿物的分级式结构 137
6.3.1 斑马鱼的骨骼 137
6.3.2 牙 139
6.4 碳酸钙矿化原则 142
6.4.1 碳酸钙矿化中的添加剂作用 142
6.4.2 碳酸钙矿化的模板作用 149
6.5 磷酸钙矿化原则 157
6.5.1 胶原诱导的磷酸钙矿化 158
6.5.2 肽-两性纳米纤维诱导的磷酸钙矿化 160
参考文献 161
7 棘皮动物内骨骼生物矿化的分子基础 166
7.1 引言 166
7.2 胚胎中内骨骼的形成 166
7.2.1 骨针形成 166
7.2.2 钙 168
7.2.3 填充蛋白 169
7.2.4 骨构件的胚后形成 170
7.2.5 胚胎骨针的结构与组成 171
7.3 其他体系中ACC的发现、意义和重要性 172
7.4 有关成体棘刺的最新研究 174
7.5 成体牙齿方面的最新研究 177
7.5.1 海胆牙齿的矿物结构 177
7.5.2 牙齿中的基质蛋白 180
7.6 结论 181
参考文献 183
8 棘皮动物生物钙化中的骨骼基因及基质调控 187
8.1 生物矿物的形成基础 187
8.2 生物矿物的含量及形状 188
8.3 参与棘皮动物成体生物钙化的细胞 190
8.3.1 生物钙化物的形成及再生 190
8.4 海胆胚胎中的细胞信号及钙化形成 191
8.4.1 胞外基质 193
8.4.2 生长因子 197
8.5 骨骼发生研究的生态毒理学方法 198
8.5.1 金属对生物钙化的影响 199
8.5.2 电离辐射 199
8.5.3 海洋酸化对生物钙化的影响 200
8.6 结论 201
参考文献 202
第3部分 生物氧化硅及其应用
9 硅质海绵的独特创造：酶法制备生物氧化硅骨骼 209
9.1 引言 209
9.2 原生代时期的关键变革：后生动物的骨骼 210
9.2.1 原生代时期的富硅海洋 210
9.2.2 动物有机硬骨骼的出现 212
9.3 艾迪卡拉纪/前寒武纪过渡期完好保存的动物体化石：来自中国澄江的硅质海绵 213
9.4 寻常海绵纲动物中的骨针形态与合成 216
9.5 六放海绵纲动物中的骨针形态与合成 220
9.6 骨针形成时沿蛋白性纤维丝的硅沉积时期 222
9.7 硅蛋白：海绵组织体结构规划构建的基础蛋白 224
9.8 催化酶：Silicase 227
9.9 生物烧结 227
9.10 轴形成中的DUF蛋白作用 228
9.11 结论 230
参考文献 230
10 骨质疏松及其他骨疾病的生物氧化硅基治疗策略 236
10.1 引言 236
10.2 骨生成 237
10.3 硅化学 237
10.4 生物氧化硅 239
10.5 硅蛋白 240
10.6 硅代谢 242
10.7 硅及骨骼形成 243
10.8 生物氧化硅对细胞繁殖的影响 243
10.9 生物氧化硅对HA形成的影响 244
10.10 骨诱导指数 246
10.11 生物氧化硅对基因表达的影响 246
10.12 RANK/RANKL/OPG体系 247
10.13 生物氧化硅对OPG、RANKL基因表达的影响 249
10.14 生物氧化硅对BMP-2、TRAP基因表达的影响 251
10.15 硅补充及含硅植入材料 252
10.16 结论 253
参考文献 254
第4部分 珍珠层
11 甲壳动物生物矿物形成中的基质蛋白及多肽的结构与功能 265
11.1 引言 265
11.2 蜕皮与钙化 266
11.3 碳酸钙临时储存时组织中的基质蛋白分化 267
11.4 外骨骼基质多肽及蛋白质的确认 269
11.5 表皮基质多肽的结构与活性间的关系 271
11.6 非晶态碳酸钙的调节 273
11.7 结论 274
参考文献 275
12 壳珍珠层生物矿化的分子基础 277
12.1 引言 277
12.2 珍珠层结构 278
12.3 珍珠层有机基质 280
12.3.1 几丁质 280
12.3.2 基质蛋白 281
12.4 基质蛋白的功能 285
12.4.1 有机框架的构建 286
12.4.2 晶体成核与生长的控制 286
12.4.3 碳酸钙多形态形式的特异性 286
12.4.4 珍珠质量 287
12.5 珍珠层生物矿化的分子机制 287
12.5.1 文石晶体的成核与生长 288
12.5.2 晶体生长的取向 289
12.6 结论 290
参考文献 290
13 地中海大贻贝Pinna nobilis壳中的酸性蛋白质 295
13.1 软体动物壳生物矿化机制的简要回顾 295
13.2 软体动物壳形成研究的模式生物——P.nobilis 296
13.2.1 P.nobilis 296
13.2.2 P.nobilis的生理、发育及繁殖 297
13.2.3 P.nobilis的系统位置及Pinnidae 科的祖先 298
13.3 壳形成过程 298
13.3.1 壳的生长 298
13.3.2 壳的微结构 300
13.3.3 P.nobilis的方解石棱柱 301
13.3.4 P.nobilis棱柱的超结构及有机-矿物作用的复杂性 302
13.3.5 棱柱/珍珠层过渡及珍珠层 304
13.3.6 棱柱及珍珠层中的微量元素 306
13.4 Pinna sp.及P.nobilis的壳基质 306
13.4.1 早期生物化学研究 306
13.4.2 P.nobilis壳基质的电泳及血清学 308
13.4.3 有关P. nobilis的壳分子方面的资料 311
13.4.4 P.nobilis 酸性蛋白广义上的钙化作用 317
13.5 从壳的动态形成上推定P.nobilis壳蛋白的功能 319
13.5.1 棱柱层 320
13.5.2 珍珠层 323
13.6 结论 325
参考文献 325
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