





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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YANG HuiZhen, YANG Huan, WU ZiXuan, FAN KuoHai, YIN Wei, SUN PanPan, ZHONG Jia, SUN Na, LI HongQuan. Prokaryotic Expression and Metal Binding Characterization of Metallothionein 1A and 2A of Sus scrofa[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(17): 3461-3478.
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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doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.14.020 |
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doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2011.23.014 |
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