金属硫蛋白基本知识方案.docVIP

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 Cd7–MT、Zn7–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-Ⅱ、MT-Ⅰ、MT-Ⅱa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? 研究表明不同来源的MT的分子量一般为6500道尔顿, 去除金属后即硫蛋白分子量（thionein）, 但当PH调至中性时,通过二硫键的形成, 蛋白分子间很快被相互交联而形成不同大小的分子。因此,金属硫蛋白的存在形式及稳定性与它所结合金属的种类、是否结合了金属及环境的PH密切相关。 金属硫蛋白的光吸收特征除了与它的氨基酸组成有关外,也与它所结合的金属种类密切相关。因蛋白分子中不含芳香族氨基酸, 所以它没有280nm的吸收峰, 只具有与金属结合而产生的特征吸收峰：Zn-MT为220nm；Cd-MT为250nm；Cu-MT为270nm。在脱掉了金属后,硫蛋白在190 nm处有一明显的肽键吸收峰。 7、MT的结构特性 根据已测定的几种不同生物的MT氨基酸序列可发现，它在生物进化上是很保守的，尤其是哺乳类动物的MT均含61个氨基酸残基，其中有38个相同，完全缺乏芳香族氨基酸和组氨酸,氨基末端皆为N-乙酰蛋氨酸，羧基末端皆为丙氨酸，更为惊奇的是所有这些MT都有20个半胱氨酸。 但从另一些生物中分离出的MT的氨基酸组成与以上所述有一些差别，如从稻类作物根部分离到的MT,分子量只有5600道尔顿，氨基酸组成中含44%半胱氨酸和39%的谷氨酸。另外,大多数哺乳动物组织中都含有两种以上的“亚型”,如小鼠肝脏分为MT-1和MT-2，而人肝脏中分离到的“亚型”至少有四种以上。这种“亚型”只是在离子交换层析分离时才能分开，因为它们之间所带电荷略有微小的差异。 8、MT的空间结构 通过圆二色性和晶体结构研究发现,金属硫蛋白分子中不含α-螺旋和β-折叠片,而存在一种十分坚固的构象,因此，它具有很强的抗热性和抵抗蛋白酶消化的能力。MT的三级结构以两个结构域(Domain)为特征，即分子前半部(氨基端头30个氨基酸残基)为β结构域，分子后半部(羧基端30个氨基酸残基) 为α结构域，彼此都单独呈球状，两者通过第30和31位氨基酸残基连接使整个MT分子呈哑铃状。晶体结构分析表明,在这两个结构域内,为了更适于结合金属，多肽链盘绕着金属离子而各形成三个回折。 β区9个半胱氨酸残基结合3个原子的Zn或Cd或6个原子的Cu； α区11个半胱氨酸，可结合4个Zn或Cd或结合5-6个原子的Cu。 金属离子全与所有半胱氨酸的巯基结合, 因此，天然的MT分子不含二硫键，也没有自由的巯基存在，在每个区中Zn或Cd都是以二价状态和4个半胱氮酸的巯基相结合, 形成〔金属2+（Cys-）4〕, Cu的稳定系数要比Cd大100倍，而Cd又比Zn大1000倍, Hg和Ag又比Cu稳定得多，即与蛋白结合的稳定性依次为Hg和Ag＞Cu＞Cd＞Zn。在PH很低的情况下,金属离子从MTs上脱落而产生无金属的硫蛋白。体外金属重建实验表明：其和α和β结构域对Cd的络合常数相差约1000倍，即Zn和Cd首先和α区结合，然后才结合β区，但Cu则正好相反，不同的金属在完成结合时呈现出协同效应, 即在同一结构域内, 当一个金属离子结合后可促进另外其它金属离子的结合, 而不是两个结构域同步结合。 从组织中分离到的天然的MT金属成分很少是单一的, 甚至用金属诱导的方法而得到的MT也并不完全只含有用于诱导的金属,混合金属MT（特别Cu-MT）是一的结构和结合的协同作用尚不清楚，例如，不知道Zn和Cu是否能结合在同一结构域内, 但体外实验已证实，当