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金屬硫蛋白
存在于生物體內(nèi)的金屬結(jié)合蛋白
基本信息
| 產(chǎn)生對象 | 微生物和動植物 |
| 性質(zhì) |
物質(zhì)由來
1957年,美國科學(xué)家Margoshoes[ 1 ]在研究金屬生物學(xué)作用時，從動物器官中分離出鎘的金屬蛋白質(zhì)。由于它是一種低分子量、高巰基含量，能大量結(jié)合重金屬離子，因此稱為金屬硫蛋白(簡稱MT)。MT分子呈橢圓形，分兩個結(jié)構(gòu)域，分子量為6 000～7 000道爾頓，直徑30～50 A,含有61個氨基酸，其中21個氨基酸為半胱氨酸，這樣每一個MT分子就可以結(jié)合7～12個金屬離子。人體、動物、植物以及微生物體內(nèi)均含有MT,而且其理化特性基本一致，具有特殊的光吸收。MT構(gòu)象較堅固，具有較強的耐熱性。對于金屬硫蛋白的研究，國內(nèi)外主要集中在提取、檢測以及應(yīng)用上。由于在實際生產(chǎn)中，主要采用層析法，分離純化后的金屬硫蛋白中還含有其它的雜蛋白，因此本文作者正在進行金屬硫蛋白的分子印跡聚合物的研究，使其更好地應(yīng)用于金屬硫蛋白的純化。一般來說,哺乳動物的MT分子量為6 000 ～7 000道爾頓，但去金屬后，即硫蛋白分子量為6 000道爾頓左右，而真核微生物的MT分子量范圍較大，為2 000～10 000道爾頓，如從粗糙脈孢菌中分離出來的MT分子量為2 500道爾頓左右，酵母菌中分離得到的MT分子量為8 000～10 000道爾頓。高等植物的MT的分子量為10 000～13 800道爾頓。MT的等電點p I一般在4左右，如哺乳動物MT的等電點在3. 9～4. 6之間，已發(fā)現(xiàn)的水生生物MT的等電點在3.5～6. 0之間。使各種金屬硫蛋白中50%的金屬離子發(fā)生解離的pH分別為Zn - MT 3. 5～4. 5, Cd - MT2. 5～3. 5, Cu - MT pH ? 1. 0,但對植物中的MT來說，相應(yīng)的pH要偏高些。MT的存在形式及穩(wěn)定性與它所結(jié)合金屬的種類、是否結(jié)合了金屬及環(huán)境的pH密切相關(guān)。同樣,MT的光吸收特征除了與它的氨基酸組成有關(guān)外，也與它所結(jié)合的金屬種類密切相關(guān)[ 2 ] 。MT的結(jié)構(gòu)在生物進化中高度保守，有MT - Ⅰ、MT - Ⅱ、MT - Ⅲ及MT - Ⅳ 4種異構(gòu)體,MT -Ⅰ和MT -Ⅱ在大多數(shù)哺乳動物的內(nèi)臟器官中廣泛存在，尤以肝、腎細胞為主，而且參加其功能調(diào)節(jié);MT - Ⅲ分布主要限于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，主要分布于星性膠質(zhì)細胞(集中于細胞體和突起中) ,其次為神經(jīng)元細胞，也有報道稱少量分布于生殖細胞、小腸、胃、腎和嗅覺皮質(zhì)細胞中;MT - Ⅳ主要分布于皮膚、舌、消化道等器官的角質(zhì)細胞和復(fù)層鱗狀上皮細胞中。
物質(zhì)功能
二、金屬硫蛋白的功能
2．1 與金屬結(jié)合有關(guān)的功能
（1）MT的重金屬解毒功能
MT是富含半胱氨酸的金屬結(jié)合蛋白，其巰基能強烈螯合有毒金屬，并將之排出體外，從而實現(xiàn)解毒功能。MT與痕量金屬的代謝有關(guān)，在所有的哺乳動物組織中，MT-1和MT-2協(xié)同表達。MT-3是該家族中的腦部特異成員，能結(jié)合鋅和銅，具有重要的神經(jīng)生理和神經(jīng)調(diào)節(jié)功能。對許多水生生物的研究表明，MT在基本金屬元素的調(diào)節(jié)中起重要作用，并且對非基本的金屬元素有抑制和解毒作用。MT通過與重金屬結(jié)合可以有效的減輕重金屬對機體的毒害，是目前臨床上最理想的生物螯合解毒劑。
（2）MT的環(huán)保作用
利用MT與金屬結(jié)合的特性，可以選育或用基因工程手段建立MT的高表達系統(tǒng)，以治理重金屬污染。據(jù)報道，轉(zhuǎn)酵母MT基因的煙草能顯著提高對污染土壤中cu2的吸收，用這種方法可以對重金屬污染區(qū)進行補救。
（3）MT在治療與金屬代謝有關(guān)的疾病中的作用
在神經(jīng)細胞中某些金屬元素(如Zn，Cu，F(xiàn)e)的不平衡可導(dǎo)致某些蛋白質(zhì)的相互作用，從而使這些蛋白質(zhì)聚集或失調(diào)最終引起某些金屬代謝失常疾病．如Wilson’s病就是一種先天性Cu積蓄癥，此病起因于Cu的代謝缺陷。該病的治療方法是，利用Zn復(fù)合物誘導(dǎo)腸、肝內(nèi)MT的合成，從而延長wilson’s病人的生命。
過量自由基的產(chǎn)生常常導(dǎo)致許多疾?。鳰T是體內(nèi)清除自由基能力最強的一種蛋白質(zhì)，其清除羥自由基的能力約為SOD的10000倍，而清除氧自由基的能力約是谷胱甘肽(GSH)的25倍，并且具有很強的抗氧化活性，在體內(nèi)可以作為補體抗氧化劑．可見，MT在各種疾病的發(fā)生及拈抗中發(fā)揮著重要的作用。
（1）MT與抗輻射
電離輻射可以產(chǎn)生大量自由基，直接或間接使生物體受到損傷。據(jù)研究表明，口服MT能夠延長被一次性大劑量電離輻射的小鼠的存活時間，降低一次性大劑量和多次小劑量電離輻射對免疫系統(tǒng)的損傷，口服MT能吸收進入體內(nèi)的大量Cys，為修復(fù)體內(nèi)受輻射作用而斷裂的二硫鍵提供原料。
（2）MT與Parkison(PD)病
許多實驗證明，MT對神經(jīng)系統(tǒng)有保護作用。實驗顯示，在轉(zhuǎn)基因小鼠中，MT-1的過表達可以改變腦炎癥狀，促進腦修復(fù)，是神經(jīng)細胞中的保護因子。通過鼠刺傷模型和缺血模型的研究發(fā)現(xiàn)，MT一3參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)。PD病是由于6一羥基多巴胺誘導(dǎo)自由基而產(chǎn)生的，而腦中某些MT異構(gòu)體的誘導(dǎo)劑，如氧化壓力、細胞因子和炎癥過程等能防止這種神經(jīng)毒害，這與MT清除自由基有關(guān)。
（3）MT抗自由基的其他作用
MT清除自由基的功能使其在抗衰老、抗氧化壓力及細胞凋亡等過程中發(fā)揮著重要作用。MT是一種潛在的細胞凋亡負調(diào)控因子，并且在化療中對正常機體細胞有一定的保護作用。
2．3 MT與心血管疾病
MT作為一種強的內(nèi)源性細胞保護劑，在心血管系統(tǒng)抗損傷保護中發(fā)揮著重要作用，主要表現(xiàn)在對缺血再灌注損傷的抑制作用。臨床實踐證明，缺血預(yù)處理能提高體內(nèi)MT含量，從而減輕再灌注造成的損傷。據(jù)實驗證明，MT參與預(yù)缺血的心肌細胞保護，并通過保護氧化酶活力減輕心肌細胞缺氧／復(fù)氧所導(dǎo)致的損傷。
2．4 MT與腫瘤
MT參與腫瘤細胞的分化和增生。MT與腫瘤的關(guān)系的研究主要集中在MT與腫瘤發(fā)生、減輕抗腫瘤藥物毒副作用以及與腫瘤細胞獲得性耐藥性等方面．MT表達缺陷是腫瘤發(fā)生的癥狀之一，因此，深入研究MT與腫瘤的關(guān)系，可望獲得治療腫瘤的靶藥物。
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作者
