ZN2+和金属硫蛋白在细胞内表达的关系
微量元素锌的吸收、代谢及金属硫蛋白基因表达
Ｔｈ ｌ ｔ ｎ ｈ ｐ Ｂｅ ｗｅ ｎ ｔ ｂ ｏ ｐ ｉ ｎ ａ ｄ Ｍ ｅ ａ ｏ ｉｍ ｆ Ｚｉ ｃ ａ ｄ Ｍ Ｔ ｎ ｐ ｅ ｓｏ ｅ Ｒｅ ａ ｉ ｓ ｉ ｔ ｅ ｈｅ Ａ ｓ ｒ ｔｏ ｎ ｏ ｔｂ ｌ ｓ ｏ ｎ ｎ Ｇｅ ｅ Ｅｘ ｒ ｓ ｉ ｎ
摘 要 ： 文 通 过 分析 锌 吸 收 、 谢 与 金 属 硫 蛋 白 （ ） 关 系， 明 锌 可 以 直接 调 控 空 属 硫 蛋 白基 因表 达 ， 金 属 本 代 ＭＴ 的 表 而
硫蛋 白的生物合成谤导也将调节体 电锌的吸收 、 Ｉ， 代＿ 维持 雄内锌的穗态， ｊ ｝ 为从 分子 水平研究锌的营养挺供参考 。 关键词 ： 锌；奎属琉蛋 白（Ｉ ） ／Ｔ ；基因表达 ＇ ，
传统营养研究中所使用的营养指标几乎都是黑箱指标。如 何打破黑箱 ． 进一步揭示体内的动态变化 ． 明确养分 的吸收、 代 谢 规 律 等 就 迫 切 需 要 利 用 分 子 生 物学 技 术 来 解 决 营 养 学 上 的 相美问题 。微量元素锌 是人和动 物所必需 的一种微量元 素 ， 锌 几乎涉及新陈代谢 的每 一方 面 ， 因此对锌 的吸 收 、 谢机制研 代 究极其重要 有关锌 的研究报道较多 ， 在深人探讨锌 的吸 收、 代
超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制
超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制3李文学 陈同斌33(中国科学院地理科学与资源研究所环境修复室,北京100101)【摘要】 与普通植物相比,超富集植物在地上部富集大量重金属离子的情况下可以正常生长,其富集重金属的机理已经成为当前植物逆境生理研究的热点领域.尤其是近两年,随着分子生物学等现代技术手段的引入,关于重金属离子富集机理的研究取得了一定进展.通过与酵母突变株功能互补克隆到了多条编码微量元素转运蛋白的全长cDNA ;也从分子水平上研究了谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸或氨基酸等含巯基物质与重金属富集之间的可能关系.本文从植物生理和分子生物学角度简要评述超富集植物对重金属元素的吸收、富集、螯合及区室化的机制.关键词 超富集植物 重金属 生理学机制 分子生物学机制文章编号 1001-9332(2003)04-0627-05 中图分类号 X171.5 文献标识码 APhysiological and molecular biological mechanisms of heavy metal absorption and accumulation in hyperaccu 2mu altors.L I Wenxue ,CHEN Tongbin (L aboratory of Environmental Remediation ,Institute of Geographical Sciences and N atural Resources Research ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100101,China ).2Chin.J.A p 2pl.Ecol .,2003,14(4):627～631.In comparison with normal plants ,hyperaccumulators have the ability to accumulate heavy metals in their shoots far exceeding those observed in soil ,without suffering from detrimental effects.With the help of molecular tech 2nologies ,the research on the mechanisms of heavy metal accumulation in hyperaccumulators has been made a great progress.A number of trace element trans porters have been cloned by functional complementation with yeast mutants defective in metal absorption.The relations between glutathione ,phytochelatins metallothioneins ,organic acids and heavy metals have been studied by molecular technologies.This review concentrated on the physiological and molecular mechanisms of heavy metal absorption and sequestration in hyperaccumulators.K ey w ords Hyperaccumulator ,Heavy metal ,Physiological mechanisms ,Molecular biological mechanisms.3国家自然科学基金项目(40071075)、中国科学院知识创新工程重点方向项目(K Z CX 22401202)和王宽诚博士后工作奖励基金资助.33通讯联系人.E 2mail :chentb @ 2002-07-05收稿,2002-11-28接受.1 引 言土壤重金属污染是一个重要的环境问题,传统的治理主要采用物理或化学方法,费用高,对大面积的污染效果差;与传统措施相比,植物修复技术以成本低、操作简单等优点而倍受青睐.广义上的植物修复是指利用植物去除土壤、水体或空气中重金属、有机污染物等污染物的技术,包含植物萃取(Phytoextraction )、根际过滤(Rhizofiltration )、植物挥发(Phytovolatilization )、植物固定(Phytostabilization )等技术,现在通常提到的植物修复主要是指植物萃取[32].超富集植物(Hyperaccumulator )是植物修复的基础,国际上已发现400多种超富集植物,国内对于超富集植物的研究相对较晚,研究较为系统的当属As 、Zn 等重金属的超富集植物[2,3,33].与普通植物相比,重金属离子进入超富集植物体内同样经过吸收/转运、富集/转化/矿化等生理生化过程,而且许多重金属离子进入植物体内的离子通道与必需营养元素相同,这就决定了超富集植物必然具有独特的生理代谢过程.关于这些过程的研究已经成为新的研究热点.本文对有关超富集植物吸收和富集重金属离子的生理及分子机制研究进行评述.2 重金属离子吸收的分子生物学机制 遏蓝菜属(Thlaspi L.)植物具有非常强的富集Zn 的能力,能够在地上部富集高达3%(干重)的Zn ,同时植物正常生长,没有表现出任何中毒症状,它已经成为研究重金属富集机理的模式植物之一.但无论是超富集植物或是普通植物,金属离子进入植物体内的第一步是根系吸收,也就是说吸收过程很可能是超富集植物富集重金属离子的第一个限速步骤.T.caerulescens 与T.arvense 同属于遏蓝菜属,T.caerulescens 能够富集Zn 而T.arvense 则不具此能力,通过比较它们对Zn 2+的吸收动力学发现:两者Km 值差异不大,但T.caerulescens 的Vmax 要比T.arvense 高3.5倍[21],表明T.caerulescens 富集Zn 2+的能力并非是与Zn 2+有更高的亲和力,而很可能是因为锌离子的流入量加大所致,也就是说在T.caerulescens 根系细胞膜上分布有更多的锌离子转应用生态学报 2003年4月 第14卷 第4期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr.2003,14(4)∶627～631运蛋白.近年来随着分子生物学等现代技术手段的引入,人们对金属离子如何进入细胞有了新的认识.通过对酵母突变株进行功能互补克隆到了多条编码微量元素转运蛋白的全长cDNA,其中研究最多的是ZIP基因家族(ZRT,IRT-like Protein).ZIP基因家族分布非常广泛,在真菌、动物、植物等真核细胞中均发现了ZIP基因家族成员.ZIP基因编码的蛋白一般具有8个跨膜区,C2端和N2端的氨基酸均位于细胞膜外.此家族包含至少25个成员,z rt1、z rt2(zinc2regulated transporter)和irt1(iron2regulated transporter)是最早克隆到的ZIP基因.z rt1、z rt2均由酵母中获得,与Zn的吸收密切相关[36,37];irt1编码的蛋白主要位于拟南芥的根系,体内缺Fe时可诱导irt1表达[8].另一类与金属离子吸收有关的蛋白是Nramp基因家族(Natural resistance associated macrophage proteins).Nramp基因家族编码的蛋白一般具有12个跨膜区,这与ZIP基因家族明显不同.Nramp最初在哺乳动物中发现,植物中的研究主要集中于水稻(Oryz a sativa)和拟南芥(A rabidopsis).O2 ryz a sativa和A rabidopsis的Nramp基因家族分为2类,Os2 Nramp1、OsNramp3和AtNramp5属于一类,OsNramp2、At2 Nramp1、AtNramp2、AtNramp3与AtNramp4属于另一类. Nramp基因家族在植物中的功能现在仍不清楚,AtNramp3和AtNramp4能够维持A rabidopsis体内铁离子的平衡[29].此外,AtNramp3很可能与Ca2+的吸收有关,破坏AtNramp3基因可增加植物对Cd的耐性,过量表达则导致植物对Ca2+的超敏感性.对于超富集植物而言,Zn的吸收过程研究相对较清楚.通过与酵母突变株进行功能互补,Pence等[24]在具有富Zn 能力的T.caerulescen中克隆到z nt1.z nt1编码Zn2+转运蛋白,属ZIP基因家族,缺Zn和Zn供应充足条件下均可以在根系和叶片中高量表达,表明其可能是组成型表达;对于不具有富Zn能力的T.arvense而言,z nt1主要在缺Zn件下表达,供Zn时,表达明显受到抑制.这种表达方式的不同很可能是造成Thlaspi富Zn能力差异的主要原因之一.Assun2 cao等[1]的研究结果也表明Zn转运蛋白基因T.caerulescen 的表达量要远高于T.arvense.从Pence等[24]、Assuncao等[1]与Lasat等[21]的实验结果可以发现根系Zn转运蛋白基因的表达量与Thlaspi富集Zn的能力正相关,初步验证了吸收过程是超富集植物富集重金属离子的首个限速步骤的假设.但是目前还不能肯定转运蛋白是否在超富集植物吸收重金属方面起到决定性作用.譬如说,尽管z nt1、z nt2在T. caerulescen的表达量要远高于T.arvense,但是它们在具有不同富集能力T.caerulescen中的表达量几乎相同[1],即T.caerulescen富集能力的差异与吸收并无太大的相关性.造成此现象的原因很可能在于:(1)一般来说,转运蛋白由一个基因家族控制,而现在得到的克隆还不足以代表整个家族,许多未知的基因可能起到更为重要的作用,如在T. caerulescen就又克隆到z at基因,它与Zn2+的区室化(Se2questration)密切相关,但是此基因与ZIP基因家族明显不同,仅含有6个跨膜区[34];(2)对已知转运蛋白的性质研究还不清楚,金属离子转运蛋白对底物专一性不强,造成多种吸收途径同时对一种金属离子发挥作用,所以在进行具体的分子生物学研究时,必须清楚那些转运蛋白对该金属离子起作用;(3)现在转运蛋白的研究主要集中于根系,叶片中转运蛋白的研究相对较少,但是对超富集植物而言,重金属离子在地上部的含量要远远高于根系,即叶片中的转运蛋白很可能起到更为主要的作用.3 木质部运输 在木质部存在大量的有机酸和氨基酸,它们能够与金属离子结合,这种复合物是重金属离子在木质部中运输的主要形式.譬如在木质部,Fe主要是以柠檬酸铁的形式存在,Zn 主要是与柠檬酸或苹果酸结合,而Cu随着植物不同可与天冬酰胺酸、谷氨酸、组氨酸或烟碱结合,当然也有许多是以离子形态存在的,如Ca、Mg、Mn.在超富集植物中研究较多的为组氨酸.Kramer等[19]发现,组氨酸与A lyssum montanum 富集Ni的能力密切相关,当植物地上部Ni含量高时,木质部中组氨酸含量也较高,外源组氨酸的加入也能显著促进Ni装载入木质部,从而提高Ni向地上部的运输.然而,最近的研究表明,组氨酸反应很可能并不是Ni超富集植物的普遍机理.Persans等[25]在研究Ni的超累积植物Thlaspi geosingense时并没有发现His反应,同时他们克隆了控制His 合成的关键酶基因thg1、thb1、thd1,其表达量并没有随着Ni用量的增加而升高. 重金属由根系进入木质部至少需要3个过程:进入根细胞,由根细胞运输到中柱,装载到木质部.在内皮层由于凯氏带的存在,使得共质体运输在重金属进入木质部的过程中起到主导作用.在共质体运输中起关键作用的是膜转运蛋白,然而直到现在还没有在木质部中克隆到与重金属离子运输相关的基因,这方面的研究,尤其是在研究超富集植物时应该引起充分的重视.与普通植物相比,超富集植物能够高效、迅速地把重金属离子由根系运输到地上部,而通过凯氏带是重金属离子进入木质部主要屏障之一,探明此过程,将有利于提高植物修复的效果.4 对金属离子的解毒机制411 谷胱甘肽(GSH) 许多金属离子是植物必需的微量养分,它们参与植物体内众多的生理代谢过程.但如果含量过高,尤其是具有氧化还原活性的金属,会对植物产生毒害作用,这种毒害作用很可能是由于自由基的形成造成的.GSH含巯基,具有很强的氧化还原特性,可有效地清除活性氧等自由基,因此GSH在植物抗逆境胁迫中起重要作用.GSH为三肽,结构通式为γ2 G lu2Cys2G ly,合成主要通过两步依赖于A TP的反应完成,γ2 EC合成酶和GSH合成酶是其中的关键酶.γ2EC合成酶由gsh1编码,GSH合成酶由gsh2编码,gsh1与gsh2在拟南芥826应 用 生 态 学 报 14卷基因组中均以单拷贝的形式存在. 正常条件下,GSH的合成依赖于半胱氨酸的活性,同时存在明显的反馈抑制现象,表明由γ2EC合成酶催化的反应是整个合成的限速步骤.重金属胁迫条件下,重金属离子激活植物螯合素的合成,消除了GSH的反馈抑制作用,由GSH 合成酶催化的反应也成为限速步骤,此时如果加强gsh2的表达,则既可增加植物螯合素的合成又能避免GSH的耗竭,从而缓解重金属胁迫.Zhu等[38,39]的实验结果验证了此假设.他把大肠杆菌的gsh1与gsh2分别转入到印度芥菜(B rassica juncea),发现印度芥菜对Cd2+的耐性与富集能力均有明显增加,且耐性和富集能力还与gsh2的表达正相关.然而,Foyer等[10]把gsh2转入白杨树(Populus)后,白杨树抗氧化胁迫的能力(光抑制)并没有增加;G oldsbrough等[13]的结果也表明gsh2转入野生型的拟南芥后并不能增加其对Cd的抗性.由此可见,如何通过基因工程改造GSH,以增加植物对重金属的耐性和富集能力还有待于进一步研究.412 植物螯合素(PCs) 植物螯合素(PCs,=cadystins in S.pombe)由植物体内一系列低分子量、能够结合金属离子的多肽组成,其结构通式为(γ2G lu2Cys)n2G ly(图1),一般来讲,n为2～5,最高可达11[5].现已发现多种PC的同功异构体,主要是C端的G ly 被β2Ala、Ser取代形成.原来认为植物螯合素仅存在于植物中,但是随着研究的深入,陆续在线虫、蚯蚓等克隆到PC合成酶的类似基因. PCs不能由基因直接编码,必须在PCs合成酶的催化下完成[14].PC合成酶为四聚体,分子量95000道尔顿,等电点在p H4.8附近,最适反应温度和p H分别为35o℃、7.9[14].然而,由克隆到的编码PCs的全长cDNA推测的结果与此不符,推测结果表明PCs不是多聚体,分子量为42000～70000道尔顿,这种偏差很可能由于在Grill等提纯的酶中PCs并不是主要成分造成的.不同重金属离子诱导PCs合成的能力有很大差别[15],一般为Cd2+>Pb2+>Zn2+>Sb3+>Ag+> Hg2+>As5+>Cu+>Sn2+>Au3+>Bi3+;不同重金属离子诱导PC合成酶活性的能力与诱导PCs合成的能力稍有不同[35]:Cd2+>Ag+>Pb2+>Cu+>Hg2+>Zn2+>Sn2+> Au3+>As5->In3+>Tl3+>G e4+>Bi3+>G a3+.关于PCs 功能研究得相对清楚的是PCs与Cd之间的关系(图2).现图1 植物螯合素的化学结构示意图Fig.1Chemical structure of phytochelatin.已明确PCs在植物解Cd毒中起到重要作用,PCs2Cd复合物是Cd由细胞质进入液泡的主要形式.正是由于PCs在重金属离子区室化中所起的重要作用,近年来PCs已成为植物抗重金属胁迫的研究热点之一. 目前PCs的分子生物学研究基本集中于普通植物或耐性植物,而有关超富集植物的研究相对较少.Schmoger等[28]在用As处理过的蛇根木(Rauvolf ia serpentina)悬浮细胞及拟南芥幼苗中发现了PCs,Hartley2Whitaker等[17]在绒毛草(Holcus lanatus)上也证实了上述现象.但这些植物多属于耐性植物.Ebbs等[7]的实验表明,无论是否具有富集能力, Thlaspi用Cd处理后都会有大量PCs的合成,但是T.ar2 vense中PCs的总量要高于T.caerulescens,说明PCs与植物富Cd能力之间并无太大的关系.由于PCs在超富集植物中的研究还很少,所以PCs在超富集植物是否起到重要作用还有待于深入研究. Cobbett、Rea和等3个研究小组于1999年分别在拟南芥、小麦、酵母中克隆到了编码PC合成酶的全长cDNA.其中,通过对拟南芥cad1突变株(含有与野生型相似的GSH含量,但不含PC)定位克隆获得At PCS1[16],小麦耐Cd基因At PCS1与TaPCS1主要是通过与酵母突变株功能互补得到[4,30].对PC合成酶相应的全长cDNA对齐比较发现其保守区位于N端,同一性高达40%.长时间Cd2+处理cad1突变株也没有发现PCs的合成,表明PCs的合成可能是由单基因控制[18].但随着拟南芥基因组测序的完成,发现了与At PCS1高度同源的At PCS2基因[16],其功能尚不清楚,但与At PCS1相比,其表达量非常低.但植物在长期的进化历程中把At PCS2作为功能基因保留下来,尽管其在正常条件下表达量很低,可以想象在某些器官或环境下,At PCS2基因的表达肯定会起到重要作用.图2 以Cd为例说明谷胱甘肽、植物螯合素在抗重金属胁迫中的作用(+表示增加基因表达或酶活性,-表示减少基因表达或酶活性, HM T1表示位于液泡膜上的PC2Cd转运蛋白),参见Cobbert[5]并作修改Fig.2Function of GSH and PC in the metal tolerance of plants under metal stress(+and2indicate positive and negative regulation of enzyme activities or gene expression,respectively;HM T1is a vacuolar meme2 brane transporter of PC2Cd complex;revised from the figure of Cob2 bert[5]).413 金属硫蛋白(M T) 金属硫蛋白(Metallothioneins)是自然界中普遍存在的一种低分子量、富含半胱氨酸的蛋白质.它与PCs的本质区别在于M T由基因直接编码,而PCs在PCs合成酶的催化下完成.与PCs一样,金属硫蛋白能够通过巯基与金属离子结合,从而降低重金属离子的毒性,它对于Zn2+和Cu2+的解毒效9264期 李文学等:超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制 果尤为明显[23]. 植物中首先鉴定的M T是Ec蛋白,它由小麦成熟胚芽中分离得到.在植物中已发现大约50种M T,根据半胱氨酸残基的排列方式,可以将其分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和V型,大多属于Ⅰ型和Ⅱ型.Ⅰ型中的半胱氨酸残基仅有Cys2Xaa2 Cys一种排列方式;Ⅱ型中的半胱氨酸残基有两种排列方式,分别为Cys2Cys、Cys2Xaa2Xaa2Cys.编码I型M T的cDNA 在根系的表达水平较高,编码Ⅱ型M T的cDNA主要在叶片表达. 金属硫蛋白极易水解,尤其植物中的金属硫蛋白氨基酸链比较长,极易在半胱氨酸区水解,同时金属硫蛋白在有氧的条件下非常不稳定,所以难以获得相应蛋白质的资料,目前仅对小麦Ec蛋白及拟南芥M T1、M T2编码的蛋白进行了纯化,这就限制了对M T类似基因功能的研究.Murphy 等[22]证实Cu2+诱导拟南芥M T2表达,而且表达强度与不同基因型抗Cu胁迫的能力密切相关;Nathalie等[13]的研究结果也证实Cu的耐性植物Silene v ulgaris耐Cu胁迫的特性与M T2b的表达紧密联系.王剑虹等[31]在重金属耐性植物紫羊茅草(Festuca rebra)中克隆到mc M T1的全长cD2 NA,此基因编码70个氨基酸,含有12个Cys残基,在N端和C端分别含有3个Cys2Xaa2Cys结构,将此基因转入到酵母M T基因缺失突变株中发现,mc M T1的表达增加了酵母细胞对Cu、Cd和Pb的抗性.在拟南芥和蚕豆中,M T主要在毛状体中表达[9,12],而Cd等许多有毒重金属离子也在毛状体中累积[27],暗示M T和重金属累积有某种联系.414 细胞壁的固持与区室化作用 植物细胞壁残基对阳离子有高亲和力,可以影响重金属离子向细胞内扩散速率,从而影响金属离子的吸收.比较黄花茅(A nthox anthum odoratum)悬浮细胞和原生质体固Pb 能力发现,Pb浓度对从耐Pb细胞克隆分离的悬浮细胞无太大影响,而原生质体的死亡率上升,相应地,从Pb敏感细胞克隆分离的悬浮细胞和原生质体对Pb极其敏感,表明细胞壁在A nthox anthum odoratum抗Pb胁迫中起到重要作用[26].需要明确的是,细胞壁对金属的固定作用不是一个普遍的抗金属毒害的机制,例如抗Zn毒和Zn敏感型菜豆的细胞壁物质表现出相似的亲和力,同时细胞壁有一定的金属容量,而超富集植物能够在地上部富集大量的重金属离子,暗示细胞壁不可能在超富集植物中起到重要作用.最近的研究表明,区室化作用与超富集植物富集重金属离子的能力密切相关.就Thlaspi而言,具有富集能力的T.geosingense液泡中Ni的含量要比不具有富集能力的T.arvense高1倍[20]; Frey等[11]也证实Zn在T.caerulescens中主要分布于表皮细胞液泡中.但区室化作用是否为超富集植物富集重金属离子的一个普遍机理还需对新发现的超富集植物进一步研究才能确定.5 研究展望 关于超富集植物富集重金属离子的研究虽然取得了一定进展,但至今对其分子和生理机制仍不是很清楚,研究人员的看法也存在明显的分歧.在把超富集植物用于实践的过程中,首先要研究清楚对超富集植物富集的生理基础,譬如重金属离子如何进入根细胞,在木质部如何被运输,在叶片中如何分布;其次要注意不同生理过程的联系,就吸收而言,它其实是根系吸收与体内再分配的有机结合,所以在利用基因工程方法增加重金属离子吸收量时,不仅要考虑到增加根系的吸收位点,提高转运蛋白底物的专一性,同时要注意细胞器,尤其是液泡膜上与重金属离子区室化相关膜蛋白的表达,只有这样,才会达到比较好的效果;最后要强调的是学科交叉与渗透,Dhankher等[6]将细菌中的砷酸盐还原酶ArsC 基因和γ2谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ2ECS)在拟南芥的叶子中表达,这样运输到地上部的砷酸盐在砷酸盐还原酶的作用下转化成亚砷酸盐,γ2ECS表达可增加一些连接重金属(如亚砷酸盐)并解除其毒性的化合物,将这些复合物限制在叶子中,从而使植物能够积累并忍耐不断增加的As含量.参考文献1 Assuncao A G L,Martins PDC,Polter SD,et al.2001.Elevated expression of metal transporter genes in three accessions of the met2 al hyperaccumulator Thlaspi caerulescens Plant Cell Envi ron,24: 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E2mail:liwx@1364期 李文学等:超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制 。
细胞Zn_2_荧光探针研究进展
锌是一种重要的人体必需的微量元素（日需要量是１０～１５ｍｇ），广泛的分布于人体的细胞和体液之中。
Ｚｎ２＋是人体内２００多种酶的组成成份，直接参与体内细胞生长发育，生殖、组织修复等各种生命代谢过程。
Ｚｎ２＋在细胞的生命活动中起着非常重要的作用，在基因转录，金属酶的一些功能中，在神经传递中等等都必须有Ｚｎ２＋的参加［１］。
若缺少了Ｚｎ２＋的参与，就会导致一些疾病的产生如：免疫系统受损，免疫功能缺陷等。
随着人们对锌在生命活动中的作用的认识越来越深，细胞内Ｚｎ２＋的研究已成为化学，生物学和临床医学等学科重要的前沿热点研究课题。
近年来，人们开始研究测定细胞内Ｚｎ２＋的方法和技术，先后建立和发展了多种方法，如锌离子传感器法，Ｚｎ２＋荧光探针法，核磁共振法和微电极法等，其中Ｚｎ２＋荧光探针法是目前最常用的一种方法。
其主要特点是选择性好、灵敏度高、简便快捷。
本文主要就近年来该领域的研究进展作了一个比较系统的回顾。
１Ｚｎ２＋荧光探针１．１喹啉类荧光探针喹啉及其衍生物已经被广泛用来作为一个荧光试剂对锌和其他一些离子进行一些定量的测定。
其中８－氨基喹啉和８－羟基喹啉是最具代表性的种类［２］。
在他们之中，８－氨基喹啉作为基体更为广泛一些．下面我们具体介绍几种以８－氨基喹啉为基体的探针．主要有以下几种，分别是：ＴＳＱ、ＺｉｎｑｕｉｎＡ、ＴＦＬＺｎ、Ｄａｎｑｕｉｎ等。
ＴＳＱ［３］是１９８７年由Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋｓｏｎ等发展起来的。
它首先用于二价锌离子的成像，这个工作被认为在生物锌荧光探针发展上一个里程碑式的工作。
它和Ｚｎ２＋结合后，吸收波长和发射波长分别位于３３４ｎｍ和４９５ｎｍ。
在４９５ｎｍ，它能够发出很强的荧光，量子产率达到了０．１。
作为一个中性ｐＨ值的荧光探针，它已经被证明是一个具有很好的选择性，无毒的荧光探针。
当然它也有很多的局限性，ＴＳＱ虽然可以用于在生理条件下较高浓度的Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋存在时Ｚｎ２＋的检测，但是ＴＳＱ－Ｚｎ２＋合物的结构和稳定常数尚不清楚，ＴＳＱ－Ｚｎ２＋可能以１：１或２：１的形式结合，并且荧光强度在不同的介质中变化较大，所以用ＴＳＱ进行定量分析Ｚｎ２＋还有待于进一步研究，另外它的水溶性不好，就使它不适合在活组织中对锌进行测定和成像。
金属硫蛋白基本知识.
金属硫蛋白1、MT命名及定义根据与MT 结合的金属的不同，对只舍一种金属，例如Cd 或Cu 等，可分别定名为镉金属硫蛋白或铜金属碗蛋白等；还可根据结合金属的摩尔含量写成Cc7 - MT Zn y - MT等（表示每分子结合7个分子Cd或Zn）。
对于含一种以上金属，如同时含Cd 和Zn时，可写成Cd, Zn-MT。
对其分子结构上的差别，可用罗马数字和小写字母标出，例如MT-U、MT-I、MT-H a等。
经典MT 定义：根据金属硫蛋白命名委员会（Thecommitteeon the Nomenclature of Metallothionein ）的建议，1988年，Kagi 将具有以下特征的蛋白质或多肽定义为MT（Kagi & Schaffer, 1988 ）。
1. 低分子量，一般为6,000 －7,000 道尔顿，含60-63 个氨基酸残基；2. 高金属含量，每分子蛋白质可结合7个二价金属离子，或多至18个一价金属离子；3. 特有的氨基酸组成，无芳香族氨基酸及组氨酸；4. 富含Cys残基（约23-33%），无二硫键；特征的氨基酸序列，Cys残基在氨基酸序列中占据相当保守的位置；5. 所有的Cys残基均以还原态存在；并通过巯基以硫酯键结合金属离子；从而具有金属巯基化合物的特征吸收光谱。
实际上，这只是对经典MT的一个定义。
现在MT家族所包括的成员远远超出以上定义的范围。
※ Cys 半胱氨酸2、MT的分类1.1根据MT的结构差异，一般将其分3类第1类：MT的氨基酸序列中的半胱氨酸位置与最先从马肾中分离的MT的氨基酸序列中的半胱氨酸位置紧密相关的多肽。
所有哺乳动物的MT 都属于这一类。
其它来源的MT只要其基本结构与哺乳动物的MT相似亦归这一类。
第2类：MT氨基酸序列结构中的半胱氨酸位置与马肾MT关系较远，与哺乳动物MT没有或很少有相似的进化关系。
如酿酒酵母和某些高等植物的MT属于这一类。
第3类：非典型的MT。
金属硫蛋白研究进展
金属硫蛋白研究进展作者：王文君吕娜尹锐马吉胜李晓薇徐赫韩张晶来源：《江苏农业科学》2016年第01期摘要：金属硫蛋白（MT）是一类富含巯基、具有金属结合特性的低分子量蛋白质，广泛存在于动物、植物、微生物体内，在个体生长发育及环境适应方面发挥着重要作用。
就金属硫蛋白的来源、生理功能、检测方法、应用前景进行综述，为后继的开发应用提供依据。
关键词：金属硫蛋白；来源；生理功能；应用中图分类号：Q51 文献标志码：A 文章编号：1002—1302（2016）01—0013—03金属硫蛋白（metallothionein，简称MT）是分子量介于2～8 ku之间的存在于动物、微生物、植物中的一类低分子量蛋白，其中半胱氨酸占总含量的20%～30%，富含金属（Ag、Au、Bi、Cd、Hg、Zn、Cu等），并极少含有组氨酸和芳香族氨基酸的蛋白质。
金属硫蛋白最早是Margashes和Vallee于1957年在马肾中发现的。
研究结果表明，金属硫蛋白广泛存在于各种微生物，高等动、植物和人类的各种组织、器官。
但是目前尚未从禽类动物中分离得到金属硫蛋白。
1975年Prinz首次从酿酒酵母中分离得到Cu-MT，因其基本结构、特性和功能与哺乳动物MT类似而成为类金属硫蛋白。
1977年科学家又首次从大豆的根中分离出富含Cd2+的复合物，由于它在功能、性质以及柱层析上的表观分子量与动物体内金属硫蛋白十分相似，故将其称为类金属硫蛋白。
第2届金属硫蛋白国际会议对金属硫蛋白的具体定义作出了明确规定，将以前称之为类金属硫蛋白的蛋白质和动物产金属硫蛋白统称为金属硫蛋白。
1金属硫蛋白的来源及制备方法1.1动物来源金属硫蛋白由于哺乳动物源的金属硫蛋白与人的金属硫蛋白无论是结构、活性还是功能都很相似，因此在实际生产中，主要用镉或锌等金属诱兔、老鼠等动物肝脏合成，经过分离纯化得到纯品MT。
随着研究逐步深入，发现环毛蚓、两栖类动物大鲵等，都可诱导产生金属硫蛋白。
在锌硫或二硫化合物的吸附结合交换下氧化态金属从金属蛋白上的脱离
在锌硫或二硫化合物的吸附结合交换下氧化态金属从金属蛋白上的脱离聚甲醛; 谷胱甘肽; 金属基团; 放射色谱法生化生理科学医学中心,哈弗医学院,长木大街250号,波士顿,邮编02115与伯特L.瓦特合作,1993年9月20日.摘要:哺乳动物体内的金属蛋白已经被认为在细胞锌元素代谢过程中起了重要的作用.所有的7种金属原子都具有高热力学稳定性,可分成两组深深隐藏在细胞内。
如果这些蛋白质在金属传递过程中起到重要作用，那么就必然有一种机理来解释金属的释放。
其中一种方法来实现就是用适当的细胞配合基于金属硫因的相互作用，为了研究这样一个中间过程，我们设计了一个用放射性色谱技术的方法，能够探测到含有65Zn标记的Zn-金属硫因对其他生物分子的影响。
利用这种方法，我们能确定兔子肝脏中随着金属蛋白-2与谷胱甘肽二硫化合物的结合对锌离子的释放，在假定动力学条件下，单一反应与谷胱甘肽二硫化合物的浓度成线性关系，从5到30毫摩尔每分钟以二级反应速率常数K=4.9×10-3S-1M-1L(PH=8.6,25℃),显然锌的解离并不直接与谷胱甘肽二硫化合物相联系，而是溶剂胶熔基锌硫醇盐在金属硫因的两方面[Robbins, A. H., McRee, D. E., Williamson, M.,Collett, S. A., Xuong, N. H., Furey, W. F., Wang, B. C. &Stout, C. D. (1991) J. Mol. Biol. 221, 1269-1293]参与了硫醇或二硫化合物与谷胱甘肽二硫化合物之间的交换，这种发生在不能区分的两组速率上速率限制作用很低S-thiolation，然后引起金属离子的解离和脱落。
这样一种解离机制要把控制金属包含它的金属硫因与细胞的谷胱甘肽氧化还原作用和加大生理学观测问题的提出和谷胱甘肽中锌金属蛋白的代谢和锌离子对其他生化分子自价值的研究。
锌对水稻金属硫蛋白基因家族的表达以及重组酵母细胞耐受性的影响.pdf
!第!"卷!第"期!#$$"年"月锌对水稻金属硫蛋白基因家族的表达以及重组酵母细胞耐受性的影响"徐玉凤!周功克!李一勤!刘进元""清华大学生命科学与技术系分子生物学与蛋白质科学实验室!北京&’’’%(!!’’*$&’$!(收稿!!’’*$&!$!#收修改稿!"国家重点基础研究发展计划"批准号#!’’*H 9&’&"’*$和国家自然科学基金"批准号#)’!"’"#)!)’)"’%’($资助项目!""通信作者!+$,-./#/.@1]!,-./4C <.78^@-4?[@457!摘要!!采用>6:C ^?:7杂交和酵母功能互补实验!分析了&’个水稻I 类金属硫蛋白基因%_:8W 1?:&在水稻幼苗和重组酵母细胞中与‘7!U 的应答反应4‘7!U处理后样品的杂交结果显示"在幼苗的地上部分!除了)个(型_:8W 1?基因%_:8W 1?1‘G !_:8W 1?1‘L !_:8W 1?1‘2&的表达不受‘7!U的影响外!其余*个基因的表达都有不同程度的增加#而在根中!‘7!U 明显增加了_:8W 1?1X L 和_:8W 1?1a 2的转录!但_:8W 1?1X G 和_:8W 1?1[G 的转录却受到了抑制4将_:8W 1?:转化‘7!U敏感酵母突变体并获得异源表达后!&’个成员都可以在一定程度上提高酵母细胞的‘7!U耐受力!而且表现出重组酵母体内‘7!U 积累的增加4上述结果表明a <AP $I 家族的成员均能够对外加的‘7!U 产生反应!可能是通过螯合‘7!U 来增加了生物体对‘7!U 耐受性4关键词!!水稻!金属硫蛋白!诱导表达!锌离子!耐受性!!锌是生物体所必需的微量元素!是许多酶的辅因子!也是许多蛋白质活性的构成要素&&’4在缺乏锌的培养基上!当细胞内的‘7!U水平下降到每个细胞约为’4!0,6/时!细胞就会停止生长&!’4但如果细胞内游离的‘7!U 浓度过高!它又会造成对细胞的毒性4一般认为锌的毒性机理可能是由于抑制了关键代谢酶的活性!或干扰了蛋白质的正常折叠&&’4体内过量的游离‘7!U 必须被隔离或者储存起来!直到能被新合成的锌结合蛋白所利用!这样才不会造成对生物体的伤害4因此!生物在进化过程中!已经形成了一整套平衡体系来严格控制体内‘7!U 水平4生物体内普遍存在的金属硫蛋白",?C -//6C ^.6$7?.7!AP $是一类低分子量-富含半胱氨酸-具有金属结合能力的蛋白质4研究表明这类小分子蛋白质在哺乳动物控制‘7!U动态平衡中起重要作用&)’4当细胞内‘7!U 过量时!AP 能与‘7!U 结合从而解除‘7!U 的毒性%而当细胞内‘7!U 缺乏时!AP 又可作为锌的储存库释放出‘7!U或者作为锌的供体!释放给其他锌结合蛋白如锌指蛋白利用&)’4对植物AP 的研究则相对比较落后4第一个植物AP 于&3%"年才从小麦中分离出来!是一种‘7!U结合蛋白"+5$&(’4此后随着分子克隆技术的进步!从许多植物包括单子叶!双子叶植物中都克隆到了AP 基因&#(&%’4并且发现这类AP 基因的表达受到金属离子-氧化胁迫-植物激素等因子以及发育时期的调控!其表达特征随着植物的种类-AP类型的不同而表现出特异性&#(&%’4例如!‘7!U 对香蕉8W [基因表达有明显的诱导作用&%’!菊芋F 518W a 基因表达受到‘7!U 的抑制&&&’!而豌豆AP 的表达则不受‘7!U 的影响&#’4虽然植物AP 的研究大都集中在其表达特征的分析方面!但是也有一些研究发现将植物AP 转化微生物细胞!异源表达的植物AP 具有提高重组细胞对重金属离子如H @或H [的耐受性&&*(&%’4但是在植物‘7!U的动态平衡和耐33%受过程中植物AP所起作用的报道却很少!尤其是还未见有关于同一植物AP家族的各成员在‘7!U的代谢过程中所起作用的报道4在水稻基因组中!我们发现了一个由&&个AP 基因组成的AP基因家族!其中的&’个基因属于I 类AP&&(’4序列比对与表达特征分析结果表明这些基因不仅有不同的氨基酸序列!而且表达的组织特异性也不相同!暗示这些基因可能在不同的组织中行使不同的功能&&(!&#’4由于I I类AP基因"_:8W1 ??1X G$不受金属离子的诱导!在本文中我们重点研究了‘7!U对I类AP基因各成员"_:8W1?:$表达的诱导特征!并且将&’个水稻I类AP基因转化‘7!U敏感的酵母突变体!测定了表达_:8W1?:的重组酵母细胞对过量‘7!U的耐受性及其体内的锌含量4结果表明水稻I类AP基因不但受‘7!U诱导表达!而且能赋予转化酵母细胞一定程度的‘7!U耐受性!其结果将有助于更好地了解水稻AP家族不同成员在锌离子的平衡和耐受过程中的作用4!!材料与方法!"!!植物材料$生长条件和胁迫处理水稻"_"E U G:G54<H T45=4中花&’号$种子经表面消毒后!浸入稀释的A@:-<^.8?和D Y668液体培养基"&.!nA D$中!在光照培养箱中培养&![4水稻幼苗的生长条件为#&(^光照.!#h H!&’^黑暗.!’h H循环4进行‘7!U处理时!将&![的水稻幼苗的根浸泡在不同浓度的‘7H/!水溶液中!(^!然后分别收集根和地上部分!液氮速冻!贮存于G"’h H4!"’!酵母菌株$培养基和转化本研究所用的酵母菌株分别是野生型9d("(& "AF P-F4:[-X A H I a-Q$H5X Z-QI"G[-Q$和‘N H X$缺失的突变体-U"2X"AF P-F4:[-X A H I a-Q$H5X Z-Q I"G[-Qb J.X###G%8Y‘$+培养酵母细胞的培养基为d L M或含有!f葡萄糖或半乳糖的D M"<]7$ C^?C.5[?0.7?[$培养基!并根据需要补充所需营养成分&&3’4一种含有@’-X启动子"受半乳糖诱导$的穿梭载体R d+D!"I7=.C:68?7!D-7M.?86!K D F$用作目标基因在酵母中表达的载体!携有该质粒的酵母细胞可在缺乏尿嘧啶的D M固体培养基"D M$K:-)$上生长4!"(!水稻总B3C的分离与3A D P F N D@杂交使用N>?-<]L/-7C A.7.试剂盒"W.-8?7! J./[?7!V?:,-7]$提取水稻组织的总N>F!具体操作按试剂盒的说明书进行4>6:C^?:7杂交按文献&&(!&#’所述方法进行4!",!酵母功能互补实验&’个水稻I型AP基因&&(’由本室保存4为了将_:8W1?基因插入表达载体!采用外加;G$J I和M2K N I酶切位点"其中对_:8W1?1a G引入的酶切位点为c4%[I I I$的引物对克隆基因进行L H N扩增4扩增产物克隆到R d+D!载体的相应酶切位点!经测序验证后采用常规方法转化酵母细胞4转化后的酵母细胞在含有!f葡萄糖缺乏尿嘧啶的D M固体培养基"D M$K:-)$上进行选择性培养!!()[后挑取克隆!提取质粒进行L H N验证!正确的重组菌株于G"’h H保存备用4为了对重组菌株进行‘7!U耐受性测定!将重组酵母菌株在含!f葡萄糖的D M$K:-)液体培养基中培养至_B*’’S&4’!经梯度稀释后取!4#%T点样于含有不同浓度‘7!U的D M$K:-)"含!f半乳糖$固体培养基上!于)’h H培养)(([!观察菌落生长状况并照相4在用液体培养基进行测定时!将重组酵母细胞在D M"!f半乳糖$液体培养基中培养至_B*’’S’4!#!加入不同浓度‘7!U!并选取不同时段测量培养液的_B*’’值!以观测‘7!U对重组酵母细胞生长的影响4!"5!酵母细胞中R@’S含量的测定重组酵母细胞在!f半乳糖D M$K:-)液体培养基上培养到_B*’’S’4!#!加入‘7H/!到最终浓度",,6/5T G&!!(^后收集细胞!用冰冷的#’",,6/5T G&P:.<$J H/"R J*4#$!&’,,6/5T G& +M P F洗#次菌体细胞!最后用去离子水洗一次!然后用体积比#m!的硝酸#高氯酸!’’%T在%’h H 消化菌体细胞&^4消化后的样品用灭菌的去离子水稀释成&4’,T!使用质子偶联的原子发射光谱仪"I H L$F+D#a R C.,-))’’N T%T F9D!J@[<67! K D F$进行样品中‘7!U含量的测定4取)个独立的酵母样品进行检测并取平均值4’’3!第!"卷!第"期!#$$"年"月’!结果与讨论’"!!R@’S对45(678基因在水稻幼苗中表达的影响为了分析‘7!U对_:8W1?基因家族成员表达的影响!将培养&![的水稻幼苗用不同浓度"’!’4!#!’4#!&4’!!4’,,6/5T G&$‘7!U的水溶液处理!(^!然后分别提取根和地上部分的总N>F进行>6:C^?:7杂交分析4‘7!U的最高浓度的选择是依据植物研究中常用的‘7!U处理浓度&&&!!’’来确定的%而选择_:8W:基因的)e末端的非翻译序列作为基因特异性的探针4>6:C^?:7杂交结果如图&所示4在水稻幼苗的地上部分!除了(型_:8W1?基因的)个基因"_:8W1?1‘G!_:8W1?1‘L!_:8W1?1‘2$的表达不受‘7!U的影响外!_:8W1?基因家族其他*个成员的表达水平都有不同程度的上调!特别是_:8W1?1X L和_:8W1?1a G的表达还呈现出‘7!U浓度依赖的上调模式4_:8W1?1[G是在地上部分中响应‘7!U胁迫应答最强的基因!在!#’%,6/5T G&‘7!U处理!(^后即被强烈诱导4虽然‘7!U对于地上部分(型_:8W1?基因,N>F的水平没有影响!但是在根中(型_:8W1?基因的表达在!#’%,6/5T G&‘7!U处理!(^后也被诱导表达4在根中‘7!U处理还明显增加了_:8W1?1X L和_:8W1?1a2的转录!但却明显抑制了_:8W1?1X G和_:8W1?1[G的转录4而‘7!U对_:8W1?1a G!_:8W1?1a L和_:8W1?1[L 基因在根中的表达要么没有影响要么仅有轻微影响4这些结果一方面揭示了‘7!U对_:8W1?:基因的表达调控是一个复杂的过程!也说明了家族成员之间在水稻不同组织‘7!U的动态平衡和耐受过程中!所起的作用既有差别!又有重叠4在水稻幼苗的地上部分!‘7!U可以增加大部分_:8W1?家族成员的表达!说明它们可能参与水稻‘7!U的耐受!储存和地上部分组织之间的转运过程4而在根中! _:8W1?1X G和_:8W1?1[G在根中的表达受‘7!U的下调!表明它们可能参与‘7!U从土壤中的吸收!而其他的_:8W1?:"除了_:8W1?1[L外$!在根中的表达受‘7!U的正向调控!暗示它们可能参与了根中‘7!U的贮存和耐受过程4图!!R@’S对45(678基因家族成员表达的影响每泳道上样量为!’%8总N>F%所用探针分别为&’个_:8W1?基因的)e末端特异序列4溴化乙锭"+9$染色的凝胶":N>F$作为指示上样量的对照’"’!水稻45(678基因互补酵母R@’S敏感细胞的功能研究基因功能的方法通常是制作基因缺失或过量表达的稳定转基因株系或者植物细胞来进行的!然而单个AP基因缺失的重组植物与野生型植物之&’3 !第!"卷!第"期!#$$"年"月间在表型上并没有差别&"’!给a<AP功能的检测带来了困难4在已经获得了许多金属离子敏感的酵母突变体的基础上!人们常常用酵母作为分析金属离子平衡和耐受相关基因功能的模式系统&!&’4b J.X 编码了一个阳离子转运蛋白!参与酵母细胞‘7!U向图’!重组酵母菌株所含质粒的%7B验证经营养缺陷筛选出的酵母菌株中的重组质粒和空载体R d+D!"依次标记为a<A P$I$&-!&;!!-!!;!!5!)-!);!(-!(;!(5!d+D!$的扩增产物的琼脂糖凝胶电泳图4引物采用材料与方法中所述的各基因的特异引物4A为M T!’’’M>F标准图(!转化45(678基因的重组#9"0:酵母突变体细胞对R@!U耐受性&’个_:8W1?基因分别插入载体R d+D!!并转入-U"2X突变体细胞4野生型"9d("(&$细胞和转化R d+D!空质粒的-U"2X重组细胞作为对照4当细胞生长到_B*’’S&4’时!经系列稀释!分别取!4#%T点到含有!f半乳糖且缺失尿嘧啶的D M平板上!并加入&’,,6/5T G&的‘7H/!!于)’h H培养([后照相4每个重组质粒选取两个独立的转化子重复)次进行锌耐受性实验液泡运输的过程&!!’%而缺失b J.X基因会导致酵母突变体对‘7!U敏感!其原因可能是敲除‘N H&后使细胞内游离的‘7!U增多!从而对酵母突变体细胞产生毒性!使其生长受阻&!&’4在本研究中!我们分别将_:8W1?克隆到受半乳糖诱导表达的酵母R d+D!载体上!经序列分析确定插入序列的正确性4然后将确认插入正确序列的重组载体导入‘7!U敏感的酵母突变株-U"2X中!在添加!f葡萄糖并缺乏尿嘧啶的D M固体培养基上行选择性培养!对长出来的克隆提取质粒并进行L H N鉴定!结果如图!所示!所有扩增片段与目标片段的长度一致4最后将得到确认的重组菌株在添加不同浓度‘7!U的D M$K:-)固体培养基"!f半乳糖$上进行了功能互补实验4结果在添加&’,,6/5T G&‘7!U的培养基上!转化_:8W1?:的突变体细胞比只转化空载体R d+D!突变体细胞生长状况要好"图)$!说明所有a<AP$I<可以在一定程度上提高细胞锌的耐受能力4在‘7!U 浓度超过&#,,6/5T G&的培养基上!野生型酵母能够生长!突变体细胞则不能生长!而转化有_:8W1?的突变体在这种条件下也不能生长!说明a<AP$I<只能在一定程度上提高细胞‘7!U的耐受性"结果未显示$4这一结果与另一种植物AP"P5AP)$也只能部分缓解‘7!U对酵母细胞的毒性&!)’的报道是一致的4为了进一步验证互补实验!我们对重组细胞在添加不同浓度‘7!U的液体培养基中的生长速率和细胞内锌的含量也进行了测定4因为_:8W1?:不同家族成员表达的酵母细胞在固体培养基上的表型相似!所以本实验只选取了_:8W1?1X G和_:8W1?1X L 作为代表进行了分析4在添加有#,,6/5T G&‘7!U 的液体培养基中!-U"2X细胞生长良好!不同重组酵母之间的生长并没有差别4但是当‘7!U浓度提高到",,6/5T G&时!可以明显地观察到含有_:8W1 ?1X G和_:8W1?1X L的-U"2X重组细胞生长明显好于转化空载体的-U"2X对照细胞!这个结果和固体培养基的结果一致"图("-$$4同时对细胞内锌含量的测定结果表明含有_:8W1?1X G或者_:8W1?1X L的重组细胞内的锌浓度!比对照细胞有略微的增加"图(";$$4这些暗示出表达a<AP$I<酵母细胞的‘7!U耐受性的提高可能是由于AP蛋白螯合了细胞内游离‘7!U的结果!或者参与了‘7!U向细胞器比!’3!第!"卷!第"期!#$$"年"月如液泡的区域化隔离过程!而不是促进了‘7!U的外排4另外!有研究报道豌豆中的&型AP"7:8W’$基因和拟南芥的!型AP"8W a$基因在细菌中与@>W基因融合表达时能以不同的亲和力与锌离子结合&!(!!#’%我们对水稻&&个成员的蛋白序列进行了生物信息学分析!并没有找到它们含有定位于亚细胞器的信号肽4这个预测结果和B678等通过实验将a<AP!;"a<AP$I$!;$定位于植物细胞的细胞质的结果一致&!*’4T??等人将拟南芥F C AP)和V X L 融合在保卫细胞中表达!证明F C AP)也定位在细胞质中&&"’4这些都暗示AP有可能在植物的细胞质中与锌离子结合4因此我们相信a<AP$I<与细胞质中‘7!U的结合可能是其参与水稻体内锌的动态平衡和耐受的机制之一4但是_:8W1?:家族成员在水稻‘7!U动态平衡中的确切生理学和生物化学机制还需要做进一步研究4图,!45(678基因对#9"0:酵母突变体细胞中积累R@’S的影响不同转化细胞在添加",,6/5T G&‘7!U"黑柱$和不添加‘7!U"白柱$的D M$K:-)液体培养基"!f葡萄糖$中培养到_B*’’S&4’!随后用D M$K:-)"!f半乳糖$稀释这些细胞以达到起始密度约为_B*’’S’4!#!然后培育!(^后!检测_B*’’"-$和用I H L$F+D测量酵母内‘7!U的含量";$!!近年来!分析基因家族内成员之间的功能差异已成为解析基因功能研究的热点4本文分析了_:1 8W1?基因家族各成员在水稻幼苗应答‘7!U的表达特征!虽然_:8W1?家族成员之间的序列高度相似!但家族各成员的表达不仅具有不同的组织特异性&&(’!而且对‘7!U的应答反应也有所不同"图)$4但有意思的是这些基因在酵母中的异源表达却表现出相似的‘7!U耐受性4这些结果进一步提供了植物AP蛋白在应答‘7!U和提高生物体‘7!U耐受性的证据!也为进一步研究a<AP$I<参与了水稻体内‘7!U的平衡和耐受的过程的分子机理打下了坚实的基础4致谢!作者感谢法国J?7:.L6.75-:?大学的A.5^?/H^-/6C博士为本实验提供酵母菌株%9d("(&野生型!U"2X突变体&!感谢清华大学分子生物学实验室的部分成员所给予的帮助与有意义的讨论4参!考!文!献&!9?:8\A!D^.d4P^?8-/=-7.E-C.6760;.6/68]#F8:6Z.78-R R:?$5.-C.6706:C^?:6/?<60E.754D5.?75?!&33*!!"&#&’%&(&’%#!!L-/,.C?:N M!X.7[/?]D M4H/67.78-7[0@75C.67-/5^-:-5C?:.E-$C.6760-,-,,-/.-7E.75C:-7<R6:C?:C^-C5670?:<:?<.<C-75?C6E.754+A9a\!&33#!&(#*)3(*(3)!H6]/?L!L^./56Q\H!H-:?]T H!?C-/4A?C-//6C^.67?.7#P^?,@/C.R@:R6<?R:6C?.74H?//A6/T.0?D5.!!’’!!#3#*!"(*(" (!T-7?9V!b-1.6Y-N!b?77?[]P M4P^?Z^?-C8?:,+5R:6C?.7 .<-E.75567C-.7.78,?C-//6C^.67?.749.65^?,H?//9.6/!&3%"!*##&’’&(&’’##!X6:[^-,$D Y?/C67F L!T.//?]H!K:Z.7L+!?C-/4V K D?Q R:?<$ <.67.7’"G L4!K C:4:[.:?5C?[;]#e:?8.67<60C^?R?-,?C-//6C^.6$ 7?.7$/.Y?8?7?L<AP F4L/-7CA6/9.6/!&33"!)(#*#3(**%*!N-@<?:B+4D C:@5C@:?-7[0@75C.6760,?C-/5^?/-C6:<R:6[@5?[ ;]R/-7C<#P^?5-<?606:8-7.5-5.[<!-,.76-5.[<!R^]C.7-7[ ,?C-//6C^.67?.7<4H?//9.65^?,9.6R^]<!&333!)&#&%((%"!H6;;?C C H!V6/[<;:6@8^L4L^]C65^?/-C.7<-7[,?C-//6C^.6$ 7?.7<#N6/?<.7^?-=],?C-/[?C6Q.0.5-C.67-7[^6,?6<C-<.<4F7$ 7@N?=L/-7C9.6/!!’’!!#)#(&%!%!T.@L!V6^H\!T6^H D!?C-/4M.00?:?7C.-/?Q R:?<<.67-7[5^-:$)’3 !第!"卷!第"期!#$$"年"月-5C?:.E-C.6760C^:??,?C-//6C^.67?.7$/.Y?8?7?<.75-=?7[.<^;-$ 7-7-"8I:G G2I$4%G5G$4L^]<.6/L/-7C!!’’!!&&(#!(&(!#’3!H^?7J\!J6@B H!d-78H d!?C-/4A6/?5@/-:5/67.7860C Z6 ,?C-//6C^.67?.7$/.Y?R:6C?.78?7?<Z.C^[.00?:?7C.-/?Q R:?<<.67 R-C C?:7<0:6,<Z??C R6C-C6"?C K$K H GL G5G5G:$/?-=?<4\L/-7C L^]<.6/!!’’)!&*’##("(###&’!A-A!T-@L D!\.-d P!?C-/4P^?.<6/-C.67-7[5^-:-5C?:.E-C.67 60C]R?&,?C-//6C^.67?.7"AP$5M>F0:6,-^?-=]$,?C-/$C6/?:$ -7C R/-7C!P H:5I2G"I L"G5=4$H"A4%4L/-7CD5.!!’’)!&*("&$# #&(*’&&!H^-78P!T.@_!_@J!?C-/4F,?C-//6C^.67?.7$/.Y?8?7?^C$A P!<C:678/]?Q R:?<<?[.7.7C?:76[?<-7[76[?<60c H A4G%5F I:5I L H"K:I:-7[?00?5C<60,?C-/.67C:?-C,?7C67.C<?Q R:?<<.674 L/-7C-!!’’(!!&%#((3((##&!!A.:V!M6,?7?5^\!J@8@?CV!?C-/4F R/-7C C]R?!,?C-//6$ C^.67?.7"A P$0:6,56:YC.<<@?:?<R67[<C66Q.[-C.=?<C:?<<4\ +Q R96C!!’’(!###!(%)(!(3)&)!A@:R^]F!‘^6@\!V6/[<;:6@8^L!?C-/4L@:.0.5-C.67-7[.,$ ,@76/68.5-/.[?7C.0.5-C.6760,?C-//6C^.67?.7<&-7[!0:6,’"G1 L4!K C:4:5F G A4G%G4L/-7C 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Zn2+对大肠杆菌蛋白表达的影响
Zn2+对大肠杆菌蛋白表达的影响摘要：随着社会的发展，环境污染越来越严重。
现在，人们已经把它提升到了一个重要的高度。
环境污染包括许多方面，其中很重要的一项就是重金属盐的污染。
本文中重点介绍了不同浓度重金属盐离子（Zn2+）对大肠杆菌的影响，以及对大肠杆菌蛋白表达的影响。
希望可以通过研究它对大肠杆菌的影响，大致了解其对自然环境中各种生物的影响。
关键词：大肠杆菌；Zn2+浓度；蛋白表达；电泳；灰度扫描；色谱分析1 引言随着人类社会的进步与发展，人类的活动空间逐渐增大，对环境的影响也越来越大，环境就随着人类活动的增加而逐渐的衰退。
目前，环境污染已经是一个很重要的话题，当然，它也包括很多方面，例如，空气污染、水资源污染、噪音污染、土地污染等。
污染源也是方方面面的，如我们都知道的气体（主要是H2S、SO2、NO、NO2、CO等）污染、农药化肥污染以及粉尘飞沫污染等等。
然而，还有一项比较重要的污染一直被大家给忽略了，那就是重金属污染。
目前，对于重金属污染的研究比较少，这方面的研究成果也都不太完善。
现在，在国外有些实验室已经致力于这方面的研究，国内的现状却令人担忧。
本项目就是在此基础上随之而生的。
本项目选用了经济实用的锌离子来进行这次实验，它具有性质简单、容易得到、结果容易分析等特性，【1】这些使本次实验变得简单易行。
本项目中所有的实验都是研究重金属盐离子（Zn2+）对生物生长的影响，重点研究的是微生物（大肠杆菌）的生长。
通过不同浓度的Zn2+的对比试验，我们可以直观的发现微生物生长的变化，得到Zn2+对其生长的影响。
自然界是相通的，我希望大家可以通过重金属对微生物的影响，大致了解其对其他物种的作用。
2 环境变化对生物的生长影响的理论2.1蛋白质的不稳定性生物体中的大分子物质有很多种，其中最为重要的就是核酸和蛋白质，生物的生长发育都离不开它们，本文中重点介绍的是蛋白质。
蛋白质大多都不稳定，很多不适宜的条件（如高温、强酸、强碱等）都会引起它们的形状与功能发生变化，直接影响生物体的正常生长，导致很严重的后果。
金属硫蛋白及其生物学功能
金属硫蛋白及其生物学功能金属硫蛋白,及其生物.学功能吴宗明,张彬,毕小艳(湖南农业大学动物科技学院,长沙410128)摘要:金属硫蛋白能够清除体内自由基,缓解动物应激,调控体内微量元素代谢及重金属解毒,调控机体,'发育.文章介绍了金属硫蛋白的理化性质,主要功能及其应用.'关键词:金属硫蛋白;动物应激;机体发育一中图分类号:Q513;Q959文献标志码:A文章编号:1001—0084(2010)04-0008-03 ,金属硫蛋白(Metall0thioneins,MTs)是一类低分子量,富含半胱氨酸的金属结合蛋白,与应激及应激性疾病关系密切,被认为是一种很有效的抗应激蛋白,其抗应激功能得到了很深入的研究….MTs的生物学功能主要有清除体内自由基,缓解动物应激,调控体内微量元素代谢及重金属解毒,调控机体发育等作用,在医学,农业科学以及食品科学等领域应用广泛.1金属硫蛋白概述1.1金属硫蛋白的理化性质MTs是一类富含半胱氨酸的低分子量金属结合蛋白,广泛存在于多种生物体内.MTs的氨基酸序列是很相似的,哺乳动物的MTs均含有61个氨基酸,其中38个相同,完全缺乏芳香族氨基酸和组氨酸,羧基末端都是丙氨酸,且所有这些MTs都有20个半胱氨酸.MTs家族包括I,Ⅱ,血,Ⅳ4种亚型,所有的脊椎动物体内都存在两种或更多的MTs亚型. MTs—I和MTs一11基因在大多数的组织中表达,而且能被包括金属离子和激素在内的不同化学物理条件协同诱导.MTs—III和MTs—IV基因只在特殊的组织中表达.MTs—IlI主要在大脑的神经细胞和星形细胞,脊索以及生殖系统的器官中表达.MTs一Ⅳ的表达仅限于特定分化的复层上皮细胞,舌和上收稿日期:2010—02—04基金项目:国家自然科学基金资助项目(30671516)作者简介:吴宗明(1984一),男,湖北咸丰人,硕士研究生,研究方向为特种经济动物营养与饲料.通讯作者:教授,博士生导师.8饲料博览'技术版2010年第4期消化道.1.2金属硫蛋白的诱导合成金属硫蛋白是一种内源性可诱导的蛋白质,能够被许多因素如重金属,激素等诱导合成.1.2.1金属诱导MTs合成许多金属能诱导MTs的合成.金属效应元件被认为是金属诱导MTs合成的起始DNA序列,具有金属诱导增强子功能,是转录调控蛋白的识别位点.机体内预先存在一种或多种金属效应转录因子,与诱导金属结合后发生变构效应进而与金属效应转录因子结合,对效应基因进行调控,促发MTs基因转录【1.重金属(镉,汞等)诱导能力较强,但是诱导产生的MTs与金属结合很牢固,不易被其他金属替换,所以生物学功能受限.锰依赖于IL一6诱导肝脏MTs合成,并且对肝脏无损伤.砷通过金属活性转录因子一I(MTsF—I)介导应激信号诱导MTs合成.Zn是目前应用最广的诱导金属,锌诱导生成的Zn—MTs能被多种金属置换,在重金属解毒方面起着重要作用,同时结合在MTs 中的zn还能够行使其他生物学功能,因此锌被认为最安全最有效的MTs诱导剂【71.黎云等发现锌源不同诱导效果也有差异,与硫酸锌相比,日粮中添加氨基酸锌显着提高了肝脏MTsmRNA基因表达水平(P<0.05)【引.1.2.2应激诱导MTs合成动物的应激可以诱导MTs合成.Beattie等研究发现,冷暴露可诱导大鼠棕色脂肪组织中MTs—I的合成,表明低温暴露大鼠肝脏,肾脏可诱导合成金属硫蛋白【.另外,应激反应还能诱导体内氧化物质的产生,通过免疫调节诱导金属硫蛋白大量合成.孙玉生等发现,哮喘豚鼠肝,心,.肾,肺组织及血浆中MTs含量显着增高,可能与哮喘豚鼠体内氧自由基引起的过氧化损伤有关,说明MTs含量增高可能也是机体对应激的一种代偿适应性保护反应口ol.同时大量研究发现,辐射,运动,创伤等也能诱导体内MTs的合成.Hidalgo等研究表明,在大鼠饥饿或口渴条件下肝脏和心脑等组织中的MTs含量也增加fl】】.李利根等报道大鼠烫伤后血清锌下降,肝脏锌增加,肝脏MTs合成增多[121. 1.2.3激素和其他因素诱导MTs合成激素和cAMP可诱导MTs的合成,其都能增加肝脏MTsmRNA水平,从而引起肝脏MTs合成的增加『l31.有机硒能够诱导体内大量合成MTs,硒很可能在诱导过程中部分取代了MTs分子中的硫原子,形成一种与Zn—MTs相似的新型Se—MTs[.皮质醇能增强细胞内锌吸收,并且由此依次刺激MTs的表达i51.此外辐射也能诱导MTs的合成,主要是通过氧化张力,细胞因子,信号传导诱导MTs合成和mRNA表达『】61.疾病能诱导MTs高表达,但某些病变也能抑制MTs表达.2金属硫蛋白主要生物学功能及其应用2.1清除体内自由基,缓解动物应激正常情况下体内自由基除了参与细胞内重要的化学反应过程外,还可损伤生物活性分子如蛋白质,DNA等,从而导致癌症,肝脏损伤,自身免疫性疾病以及衰老等症状.MTs中还原状态的巯基具有亲和性,其中的金属具有动力学不稳定性,巯基的亲和性使得MTs对一些自由基有相互作用.含不同金属的MTs清除自由基的能力不同,如zn—MTs清除羟自由基的能力比Cd—MTs强,主要是因为巯基含量不同而导致MTs活性差异.MTs含量丰富的细胞或组织,可以抵抗电离辐射或紫外线引起的细胞组织损伤,修复受损细胞【18】.2.2调节体内微量元素代谢及重金属解毒作用MTs具有很强的结合各种金属离子的能力,金属元素大多数是微量元素,所以MTs对体内微量元素也有调节作用.王佳垫等研究表明,小鼠摄食低锌饲粮使血浆MTs总量升高,肝脏,肾脏,小肠MTs总量下降,并且发现正常情况下小鼠血浆,肝脏,肾脏及小肠中MTs与zn,cu结合的比例不同,血浆MTs中Zn:Cu是1:3,肝脏和小肠MTs中Zn:Cu是3:1,说明MTs能调节对Cu和'Zn的吸收,维持代谢平衡【】91.非必需重金属元素和过量的必需重金属元素对动物的生长和发育都是有害的,金属硫蛋白对重金属离子的螯合作用是动物耐受重金属胁迫的一种特定反应机制.研究发现,给予动物重金属(Cd,Zn)或处理体外培养的细胞,可以增强MTs基因的转录,从而增加了MTs合成速率.若首先给予少量Cd,过一定时间后,再给予大剂量(致死量)的Cd,动物或其细胞表现出对cd中毒明显的颉颃作用. 丧失了MTs合成能力的哺乳动物细胞对cd中毒高度敏感.但MTs并不是对所有能诱导其合成的金属都有解毒作用如ACu和Ni都能诱导MTs的合成,但MTs并不对这些金属有解毒作用[2Ol. 2.3调控机体生长发育与细胞代谢Nishimura等率先报道了在胎鼠和新生鼠的肝细胞核中MTs含量高,随后逐渐降低,2周后MTs则主要集中在胞质中f2】】.Cherian等认为,细胞核中的高MTs含量与转录因子对zn的需求相关,核MTs可能起到保护细胞DNA和防止细胞凋亡的作用[221.许多研究表明,MTs表达量的升高能诱导细胞抗凋亡,而缺乏MTs表达的细胞对细胞凋亡敏感,其作用机制是通过阻止氧化性细胞损伤达到抑制细胞凋亡的作用,MTs含量较低的肝癌组织中凋亡细胞的数目也较多[231.王毅等研究发现,金属硫蛋白对急性化学性肝损伤有保护作用,通过抑制或激活相关酶活性,抑制自由基诱导的肝脏脂质过氧化损伤作用,提高机体清除氧自由基能力,维护细胞膜结构和功能的完整性.有研究发现,MTs的表达对离体供血心肌间质具有明显的保护作用,MTs对胃黏膜上由幽门螺杆菌引起的胃溃疡有重要保护作用,MTs抑制由高脂肪日粮引起的心肌收缩障碍[25-27].Mary等研究发现,其可在恶性肿瘤中有很高的表达量,可能与MTs参与机体抑制肿瘤细胞有关[281.3小结金属硫蛋白正成为当今生命科学的研究热点,应用于畜牧生产上,其具有增强机体应激反应能力,调节动物微量元素的代谢,重金属解毒等作用.但是很多关于MTs的研究都集中在实验室小动物,畜牧生产上普遍的动物试验需要得到关注.此外低成本的畜用MTs产品还有待开发,用以降2010年第4期饲料博览.技术版9低饲喂成本和提高养殖效率.[1]【2】[3】[4】[5】[6][7][8][9][1O]【11][12][13]【14]【15]【参考文献】DavisSR,CousinsRJ.Metallothioneinexpressioninanimals:Aphysiologicalperspectiveonfunction[j].TheJournalofNutri—tion.2000.130(5):l085一l088.张艳,杨传平.金属硫蛋白的研究进展【J1_分子植物育种, 2006,4(S1):73—78.谢红.重金属在金属硫蛋白基因表达中的调控作用[J】.国外医学卫生学分册,1999,26(3):151—155.ToriumiS,SaitoT,HosokawaT,eta1.Metalbindingabilityof metallothionein一3expressedinescherichiacoli[J].BasicClinc PharmacolToxicol,2005,96(4):295—301.KobayashiK,KurodaJ,ShibataN,eta1.Inductionofmetallo- thioneinbymanganeseiscompletelydependentoninterleukin一6 production[J].JournalofPharmacologyandExperimentalThera- peutics,2007,320(2):721-727.HeX.MaQ.InductionofmetallothioneinIbyarsenicviametal—activatedtranscriptionfactor1:criticalroleofc—terminalcysteine residuesinarsenicsensing[J].TheJournalofBiologicalChemis—try,2009,284(19):12609—12621.柴春彦,刘国艳,石发庆.铜缺乏对奶牛肝脏金属硫蛋白代谢影响[J].畜牧与兽医,2002,34(3):14—16.黎云,成廷水,呙于明.日粮锌源对肉仔鸡肝脏金属硫蛋白基因表达的影响[J].上海畜牧兽医通讯,2008(5):18—19. 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应用荧光技术检测细胞中二硫键_百替生物
由于超声波的空穴作用引起的冲击力和剪切力可以使细胞破碎。 空穴作用是在超声波作用 下经历气泡形成，长大和破碎，在气泡破碎期间，大量声能被转化为机械能，引起局部的 剪切使细胞破碎。 1.3.3 表达产物的纯化 1. 凝胶过滤层析（Gel Filtration Chromatography, GFC） 凝胶过滤层析是利用具有多孔网状结构的凝胶颗粒的分子筛作用， 根据被分离样品中 各组分分子量大小的差异进行洗脱分离的一项技术。 该技术在分离纯化蛋白质时具有操作 方便、洗脱条件温和、重复性好、不需要有机溶剂、样品不易变性和回收率高等优点。 该 技术主要可用于蛋白质的纯化， 分子量及其分布范围测定， 样品脱盐以及更换蛋白质缓冲 液等。 采用凝胶过滤层析可将不同分子大小的样品分离开来， 这主要归因于固定相基质—— 凝胶。 凝胶是一种具有三维多空网状结构的珠状颗粒物， 大的分子在通过这种网状结构上 的孔隙时阻力较大，小分子通过时阻力较小。用它作为填充料制成层析柱，可以根据被分 离物质的大小进行分离。 已有不同型号的葡聚糖凝胶用于不同物质的分离。 当流动相中的 蛋白质混合样品在凝胶颗粒间流动时， 比凝胶颗粒孔径大的蛋白质分子不能进入凝胶网格 内，被排阻在凝胶颗粒的外部；比凝胶颗粒孔径小的蛋白质则进入网格内部，小分子蛋白 质的下移速度落后于大分子的蛋白质， 从而使样品中分子大的蛋白质先流出层析柱， 中等 分子的蛋白质分子滞后，小分子量的蛋白质分子最后流出，以达到分离效果。
5 和 G-50， G-25 一般的凝胶层析可选用 Sephadex G-2 对于小肽和低分子量的物质 （1000-5000） 的脱盐可使用 Sephadex G-10， G-15。除盐和除游离的荧光素，则可选用粗、中粒度的 G28 或 G500，G250 多用于分离蛋白质单体， G200 多用于分 离蛋白质凝胶聚合体等。
海洋污染论文保护海洋环境论文
收稿日期: 2009 12 25; 修订日期: 2010 03 12。 基金项 目: 国 家 自 然 科 学 基 金 ( 40776098; 40976104 ) ; 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 八 六 三 计 划 ) ( 2007AA09Z435; 2007AA091507; 2008A A 09Z407) 。 作者简介: 白树猛( 1983 ! ) , 男, 山东省泰安市人, 硕士研究生, 从事海洋微生物研究。E mail: * 通信作者: 田黎。E mail: w shw 8@ yah oo. com. cn
从胶州湾污染区域的沉积物样品中筛选获得1株对重金属元素反应敏感的菌株经鉴定为灰黄青霉penicilliumgriseofulvum对该菌株在重金属胁迫下的生物学特征及酶的活性变化进行了研究结果表明一定量的重金属铜锌离子对菌株产生显著的影响并通过形态与色素变化的方式表现出来
第 32 卷 第 5 期 2010 年 9 月
菌株 JYX 201 的 IT S 序列在 GenBank 经同源
5 期 白树猛等: 半知菌 JY X 201 菌株( P enicil lium g r is eof ulv um) 对海洋 污染重金属反应的研究
1 29
性检索结果显示( 登录号 EU 888291) 。该菌与 Pen i ci ll i um gr i seof ul v um , P eni ci ll i um gl andicol a, P eni ci l li um chr y sogenum 等种的同源性最高, 相似 率达到 99% 。挑 取 10 个菌株 的 IT S 序列与 菌株 JYX 201 采用邻接法( neig hbor joining) 构建系统发 育树( 图 1) 。从图 1 看出, 菌株 JYX 201 与 Peni ci lli um griseof ul vum( 登录号 DQ339557) 关系最近。结合 生物学特性及 IT S 序列分析, 确认菌株 JYX 201 属于 灰黄青霉( Penicill ium gri seof ul vum) 。
Zn和金属硫蛋白在细胞内表达的关系专家讲座
Zn和金属硫蛋白在细胞内表达的关系专家讲座
第16页
图10 G75凝胶色谱仪分析老鼠肝脏上皮细胞胞质溶胶中加入Zn2+以及Zn2++DETA/NO后MT中Zn2+改变
(资料起源：Katakai等，)
表明: NO置换了MT中Zn2+，引发其中Zn2+释放进入细胞质。
其它物质诱导MT表示是否也是经过释放MT中锌实现呢？
Zn和金属硫蛋白在细胞内表达的关系专家讲座
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Chen（1998）CD分析MTF-1F1-F6锌指结构发觉其在222nm处含有 相同A值，而与Zn2+在其锌指半胱氨酸上结合位置无关！
图20 MTF-1锌指无序性
（资料起源：Potter等， ）
这说明锌指F1-F6可能含有不一样功效性质。
Zn和金属硫蛋白在细胞内表达的关系专家讲座
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图17 老鼠体内MTF-1激活仅仅是Zn2+作用
图18 人胚肾细胞中，Zn7-MT存在， 促进MTF-1激活
MTF-1
(资料起源：Bittel等， 1998）
（资料起源：Zhang等，）
表明MTF-1在胞内激活过程是由Zn2+引发, 其它金属离子诱导细胞质中 MTF-1激活也是依赖于其中Zn2+作用。
图24 缺失锌指F1，F5-6， MTF-1,短暂 转染果蝇SL2细胞后功效
（资料起源： Bittel等，）
说明锌指F1可能作为激活细胞质中apo-MTF-1一个功效锌指, 而锌指 F5,F6则是作为MTF-1结构锌指, 参加MTF-1结构组成。
Zn和金属硫蛋白在细胞内表达的关系专家讲座
锌离子与硫的配位方程式
锌离子与硫的配位方程式介绍在化学中，配位化学是研究金属离子与配体之间的相互作用的一个重要分支。
配位化学可以帮助我们了解金属离子在溶液中的行为，并且广泛应用于催化、药物制剂和材料科学等领域。
本文将深入探讨锌离子与硫的配位方程式，探究它们在化学反应中的配位方式和反应机制。
锌离子与硫的配位方式1.电荷平衡–锌离子的化学式为Zn2+，它是一个二价阳离子，带有正电荷。
–硫的化学式为S2-，它是一个二价阴离子，带有负电荷。
–锌离子与硫配位的一个基本原则是电荷平衡，即阳离子与阴离子的电荷之和为零。
2.配位数–锌离子属于过渡金属离子，它可以具备不同的配位数。
常见的配位数有4、6和8。
–4配位的结构称为四面体构型，6配位的结构称为八面体构型，8配位的结构称为正八面体构型。
3.锌离子与硫的配位方式–锌离子与硫可以形成多种配位方式，常见的有：•[Zn(S)]：硫原子与锌离子直接配位形成单一配位点。
•[Zn(S)2]：硫原子通过两个硫原子与锌离子配位。
这种方式常见于六配位的情况。
•[Zn(S)3]：硫原子通过三个硫原子与锌离子配位。
这种方式常见于八配位的情况。
锌离子与硫的配位反应机制锌离子与硫的配位反应可能涉及以下几个步骤：1.配体的配位–配体是指与金属离子形成配位键的化合物或离子。
在锌离子与硫的配位反应中，硫（配体）与锌离子形成配位键。
2.配位键的形成–配位键是通过金属离子与配体之间的静电作用力形成的。
在锌离子与硫的配位反应中，硫的一个孤对电子与锌离子的空轨道形成配位键。
3.配位复合物的稳定性–配位复合物的稳定性取决于配体和金属离子之间的相互作用力。
在锌离子与硫的配位反应中，配位数和配位方式对配位复合物的稳定性有重要影响。
实例分析以下是一些实例，介绍了锌离子与硫的配位方程式及其反应机制。
1.[Zn(S)4]2-–配位方式：四面体构型–反应方程式：Zn2+ + 4S2- → [Zn(S)4]2-–反应机制：锌离子与四个硫离子形成配位键，硫的孤对电子与锌离子形成新的配位键。
参与丝状真菌次级代谢Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白转录因子的生物信息学分析
基 金 项 目 ：本 研 宄 由 国 家 自 然 科 学 基 金 ( 3 1 7 6 0 4 9 4 ; 3 1 5 6 0 4 8 6 ) 、兰 州 理 工 大 学 博 士 基 金 ( 2 0 1 4 G S O 2 2 6 1 )和 兰 州 理 工 大 学 红 柳 优 秀 青年项目共同资助 引 用 格 式 ：W a n g Y 丄.，S h a n g M . M . ，Z h a n g W . W . ，a n d G u o X.J.，2021, Bioinformatics analysis o f Z n ( I I ) 2 C y s 6 zinc cluster protein tran，
蛋 白 跨 膜 、亚 细 胞 定 位 、二 级 结 构 、三 级 结 构 和 蛋 白 相 互 作 用 网 络 等 。结 果 显 示 ：它们均具有 保守区域 为
C X 2C X 6C X 6C X 2C X 6C 的 锌 指 结 构 ，且 N - 端 都 存 在 保 守 的 G A L 4 域 ，富 含 丝 氨 酸 (Ser),无明显跨膜结构
域 ，无信号肽，为定位于细胞核的亲水性不稳定蛋白，属于非分泌型蛋白。蛋白序列在多个氨基酸位点均存在
不同程度的磷酸化，其中丝氨酸发生磷酸化程度相对最高，在不同位置的磷酸化水平也不同。它们的二级结
构均主要以无规则卷曲为主，三级结构也较为相似。蛋白相互作用网络预测8 个转录因子的活性可以通过与
其 他 全 局 性 转 录 因 子 或 蛋 白 间 的 相 互 作 用 进 行 调 节 。本 研 宄 的 结 果 将 为 进 一 步 研 究 丝 状 真 菌 次 级 代 谢 转 录
/u m i g o /i w )中 神 经 胶 质 毒 素 转 录 因 子 G l i Z 、紫红曲霉(A/o ，ia«cu.s /)ur/)urei« ) 中 橘 霉 素 转 录 因 子 C t n R 等 8 个参
金属硫蛋白应用于重金属吸附的研究进展
重金属被广泛应用于各种制造及加工工业， 包 、 、 、 、 、 括镀铬工业 冶金业 制革业 电镀业 木材防腐 采 矿业等
［1 ］
白的分子结构及其在重金属吸附方面的国内外研究 进展。
。重金属离子不能通过化学或者生物方
法处理而被降解， 其不仅可以永久存在于生态环境 中， 而且可以在食物链中积累， 因此重金属污染已经 成为当今世界严峻的环境问题之一
2+ 的耐受能力明显提高， 而且对 Cd 的吸 附能力也有提高； 相关研究表明， 四膜虫金属硫蛋白 2+ ［8 ］ 2+ 2+ 2+ 2+
海蓬子 蓝藻 人， 鼠， 鱼 木豆 羊
大肠杆菌［14］ ， 拟南芥［14］ 大肠杆菌［15］ 大肠杆菌
［15 ］
Hg
2+
羊 鱼 鼠 豌豆
大肠杆菌［17］ 大肠杆菌［18］ 大肠杆菌
Ｒesearch progress of biosorption of heavy metals by metallothioneins
TANG Xiaoyan，CHEN Lijie * ，YUAN Wenjie
（ School of Life Science and Biotechnology，Dalian University of Technology，Dalian 116024 ，China） Abstract： Metallothioneins， as a family of metalbinding proteins and derived from organisms， have attracted more and more attention recently due to its capacity of efficiently binding heavy metals． The molecular structure of metallothioneins is introduced． The latest research progress of biosorption of heavy metals by metallothioneins is reviewed． Challenges and prospects are also discussed． Key words： metallothioneins； heavy metals； biosorption
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Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白的研究进展 【编者按】医药论文是科技论文的一种是用来进行医药科学研究和描述研究成果的论说性文章。
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Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白的研究进展 【关键词】Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白转录因子真菌 锌指(zinc fingers)是指含有Zn2+的可与DNA相互作用的蛋白质基序(motif)，含有锌指基序的转录因子是一个大家族。
目前已发现10多种不同种类的锌指基序，Zn(Ⅱ)2Cys6型锌指基序就是其中的一种，其组成是CysX2CysX6CysX5-12CysX2CysX6-8Cys，此基序中的半胱氨酸与2个锌离子结合。
含有此基序的转录因子被称为Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白，仅存在于真菌中。
1982年分离出的第一个Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白是Gal4p[1，2]，Gal4p是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)半乳糖代谢相关基因的转录调节因子，在半乳糖存在下可以激活半乳糖代谢相关基因的转录。
Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白可参与调节真菌的基础代谢、次级代谢、药物抗性及减数分裂等过程，其中对真菌次级代谢中相关的Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白的研究将有助于了解真菌的次级代谢的调控过程。
1 Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白的结构及其作用方式 对已知的多种真菌的Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白的结构分析表明，从蛋白质的氨基端到羧基端分别由DNA结合域(DBD，DNA?binding domain)、调控域(regulatory domain)和酸性域(acidic region)组成。
其中DBD又可分为锌指结构域(Zinc finger domain)、连接区域(linker region)以及二聚化区域(dimerization region)，在二聚化区域常含有螺旋的螺旋结构(Coiled?coil)。