中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (17): 3461-3478.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.018
杨惠珍1(), 杨欢1, 吴子璇1, 范阔海2, 尹伟1, 孙盼盼1, 钟佳1, 孙娜1, 李宏全1(
)
收稿日期:
2022-08-26
接受日期:
2023-03-28
出版日期:
2023-09-01
发布日期:
2023-09-08
通信作者:
联系方式:
杨惠珍,E-mail:yanghz@sxau.edu.cn。
基金资助:
YANG HuiZhen1(), YANG Huan1, WU ZiXuan1, FAN KuoHai2, YIN Wei1, SUN PanPan1, ZHONG Jia1, SUN Na1, LI HongQuan1(
)
Received:
2022-08-26
Accepted:
2023-03-28
Published:
2023-09-01
Online:
2023-09-08
摘要: 【目的】 通过对猪(Sus Scrofa)金属硫蛋白1A(metallothionein-1A of S. Scrofa, SsMT-1A)和2A(Metallothionein- 2A of S. Scrofa, SsMT-2A)的生物信息学分析、原核表达和纯化,研究它们与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)的结合特性。为饲料中添加Zn和Cu在促进猪生产性能的作用机制研究提供理论基础。【方法】 首先,从NCBI中获得SsMT-1A和SsMT-2A的基因序列,利用ClustalX2和ExPASy分析两者的蛋白序列和结构差异,利用MEGA-X构建两者与其他物种MT蛋白分子的进化树。其次,构建pET-28a-SUMO-SsMT-1A/ SsMT-2A原核表达载体,转化BL21(DE3)plysS,用IPTG诱导表达。利用Ni-NTA柱亲和层析和葡聚糖凝胶层析纯化重组蛋白。最后,利用大肠杆菌金属耐受性实验、圆二色光谱(circular dichroism, CD)、基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(matrix assisted laser analytic ionization time of flight mass spectrometry, MALDI-TOF-MS)和等温微量热仪(isothermal micrometer calorimetry, ITC)分析SsMT-1A和SsMT-2A与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)的结合特性。【结果】 生物信息学分析表明:SsMT-1A和SsMT-2A蛋白分子的同源性较高,半胱氨酸(Cysteine, Cys)含量和排列基序完全一致,仅有8个非Cys位点差异。经原核表达、Ni-NTA柱和Superdex-75柱纯化、SUMO酶酶切,成功获得了SsMT-1A和SsMT-2A。金属耐受性试验表明:与SsMT-2A相比,转SsMT-1A大肠杆菌具有较强的Zn和Cu耐受性。CD光谱表明:SsMT-1A和SsMT-2A均可与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)结合,两者均展示了Zn(Ⅱ)结合偏好性,然而,SsMT-1A较SsMT-2A具有较强的Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)结合能力。MALDI-TOF-MS表明:apo-SsMT-1A和apo-SsMT-2A的分子量分别为6 047.5 Da和6 048 Da,SsMT-1A和SsMT-2A与Zn(Ⅱ)的结合稳定,与Cu(Ⅰ)的结合不稳定。ITC表明:SsMT-1A和SsMT-2A与Zn(Ⅱ)的结合不稳定,与Cu(Ⅰ)的结合稳定,两者结合Cu(Ⅰ)的化学计量数均为7,SsMT-1A结合Zn(Ⅱ)的化学计量数为2。【结论】 虽然SsMT-1A和SsMT-2A具有较高的同源性,然而,8个非Cys位点的差异决定了两者金属结合特性的差别。尽管SsMT-1A和SsMT-2A共享了高度一致的Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)结合行为,然而,两者与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)的结合特性存在细微差别,两者不应被认为是完全生理等价分子。在生理条件下:SsMT-1A可能发挥重金属离子的解毒作用,SsMT-2A可能发挥Zn内稳态的调控作用。本研究为进一步阐明SsMT-1A和SsMT-2A调节金属离子内稳态,发挥促进猪生产性能的作用研究奠定了基础。
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表1
SsMT-1A和SsMT-2A的氨基酸组成"
氨基酸 Amino acid | SsMT-1A | SsMT-2A | 氨基酸 Amino acid | SsMT-1A | SsMT-2A | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | 数量 Number | 占比 Proportion (%) | |||
Ala(A) | 7 | 11.5 | 7 | 11.5 | Lys(K) | 5 | 8.2 | 8 | 13.1 | |
Arg(R) | 2 | 3.3 | 0 | 0.0 | Met(M) | 1 | 1.6 | 1 | 1.6 | |
Asn(N) | 1 | 1.6 | 1 | 1.6 | Phe(F) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | |
Asp(D) | 2 | 3.3 | 3 | 4.9 | Pro(P) | 3 | 4.9 | 2 | 3.3 | |
Cys(C) | 20 | 32.8 | 20 | 32.8 | Ser(S) | 9 | 14.8 | 8 | 13.1 | |
Gln(Q) | 1 | 1.6 | 1 | 1.6 | Thr(T) | 3 | 4.9 | 2 | 3.3 | |
Glu(E) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | Trp(W) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | |
Gly(G) | 6 | 9.8 | 6 | 9.8 | Tyr(Y) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | |
His(H) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | Val(V) | 0 | 0.0 | 1 | 1.6 | |
Ile(I) | 1 | 1.6 | 1 | 1.6 | Pyl(O) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | |
Leu(L) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | Sec(U) | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 |
表3
ZnSO4和CuSO4滴定apo-SsMT-1A和apo-SsMT-2A的热力学参数"
蛋白质 Protein | 化学计量数 Stoichiometry | 结合常数 Binding constant (mol-1) | 焓变 Enthalpy change (joules·mol-1) | 熵变 Entropy change (joules·mol-1·deg-1) |
---|---|---|---|---|
Zn-SsMT-1A | 2 | (1.11±0.52)×104 | -9.919×105±1.35×107 | -3.23×103 |
Zn-SsMT-2A | ─ | ─ | ─ | ─ |
Cu-SsMT-1A | 7 | (1.15±2.4)×105 | -1.631×106±4.69×107 | -5.37×103 |
Cu-SsMT-2A | 7 | (1.11±1.7)×105 | -1.473×106±3.05×107 | -4.85×103 |
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