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金属硫蛋白
存在于生物体内的金属结合蛋白
基本信息
| 产生对象 | 微生物和动植物 |
| 性质 |
物质由来
1957年,美国科学家Margoshoes[ 1 ]在研究金属生物学作用时，从动物器官中分离出镉的金属蛋白质。由于它是一种低分子量、高巯基含量，能大量结合重金属离子，因此称为金属硫蛋白(简称MT)。MT分子呈椭圆形，分两个结构域，分子量为6 000～7 000道尔顿，直径30～50 A,含有61个氨基酸，其中21个氨基酸为半胱氨酸，这样每一个MT分子就可以结合7～12个金属离子。人体、动物、植物以及微生物体内均含有MT,而且其理化特性基本一致，具有特殊的光吸收。MT构象较坚固，具有较强的耐热性。对于金属硫蛋白的研究，国内外主要集中在提取、检测以及应用上。由于在实际生产中，主要采用层析法，分离纯化后的金属硫蛋白中还含有其它的杂蛋白，因此本文作者正在进行金属硫蛋白的分子印迹聚合物的研究，使其更好地应用于金属硫蛋白的纯化。一般来说,哺乳动物的MT分子量为6 000 ～7 000道尔顿，但去金属后，即硫蛋白分子量为6 000道尔顿左右，而真核微生物的MT分子量范围较大，为2 000～10 000道尔顿，如从粗糙脉孢菌中分离出来的MT分子量为2 500道尔顿左右，酵母菌中分离得到的MT分子量为8 000～10 000道尔顿。高等植物的MT的分子量为10 000～13 800道尔顿。MT的等电点p I一般在4左右，如哺乳动物MT的等电点在3. 9～4. 6之间，已发现的水生生物MT的等电点在3.5～6. 0之间。使各种金属硫蛋白中50%的金属离子发生解离的pH分别为Zn - MT 3. 5～4. 5, Cd - MT2. 5～3. 5, Cu - MT pH › 1. 0,但对植物中的MT来说，相应的pH要偏高些。MT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。同样,MT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[ 2 ] 。MT的结构在生物进化中高度保守，有MT - Ⅰ、MT - Ⅱ、MT - Ⅲ及MT - Ⅳ 4种异构体,MT -Ⅰ和MT -Ⅱ在大多数哺乳动物的内脏器官中广泛存在，尤以肝、肾细胞为主，而且参加其功能调节;MT - Ⅲ分布主要限于中枢神经系统，主要分布于星性胶质细胞(集中于细胞体和突起中) ,其次为神经元细胞，也有报道称少量分布于生殖细胞、小肠、胃、肾和嗅觉皮质细胞中;MT - Ⅳ主要分布于皮肤、舌、消化道等器官的角质细胞和复层鳞状上皮细胞中。
物质功能
二、金属硫蛋白的功能
2．1 与金属结合有关的功能
（1）MT的重金属解毒功能
MT是富含半胱氨酸的金属结合蛋白，其巯基能强烈螯合有毒金属，并将之排出体外，从而实现解毒功能。MT与痕量金属的代谢有关，在所有的哺乳动物组织中，MT-1和MT-2协同表达。MT-3是该家族中的脑部特异成员，能结合锌和铜，具有重要的神经生理和神经调节功能。对许多水生生物的研究表明，MT在基本金属元素的调节中起重要作用，并且对非基本的金属元素有抑制和解毒作用。MT通过与重金属结合可以有效的减轻重金属对机体的毒害，是目前临床上最理想的生物螯合解毒剂。
（2）MT的环保作用
利用MT与金属结合的特性，可以选育或用基因工程手段建立MT的高表达系统，以治理重金属污染。据报道，转酵母MT基因的烟草能显著提高对污染土壤中cu2的吸收，用这种方法可以对重金属污染区进行补救。
（3）MT在治疗与金属代谢有关的疾病中的作用
在神经细胞中某些金属元素(如Zn，Cu，Fe)的不平衡可导致某些蛋白质的相互作用，从而使这些蛋白质聚集或失调最终引起某些金属代谢失常疾病．如Wilson’s病就是一种先天性Cu积蓄症，此病起因于Cu的代谢缺陷。该病的治疗方法是，利用Zn复合物诱导肠、肝内MT的合成，从而延长wilson’s病人的生命。
过量自由基的产生常常导致许多疾病．而MT是体内清除自由基能力最强的一种蛋白质，其清除羟自由基的能力约为SOD的10000倍，而清除氧自由基的能力约是谷胱甘肽(GSH)的25倍，并且具有很强的抗氧化活性，在体内可以作为补体抗氧化剂．可见，MT在各种疾病的发生及拈抗中发挥着重要的作用。
（1）MT与抗辐射
电离辐射可以产生大量自由基，直接或间接使生物体受到损伤。据研究表明，口服MT能够延长被一次性大剂量电离辐射的小鼠的存活时间，降低一次性大剂量和多次小剂量电离辐射对免疫系统的损伤，口服MT能吸收进入体内的大量Cys，为修复体内受辐射作用而断裂的二硫键提供原料。
（2）MT与Parkison(PD)病
许多实验证明，MT对神经系统有保护作用。实验显示，在转基因小鼠中，MT-1的过表达可以改变脑炎症状，促进脑修复，是神经细胞中的保护因子。通过鼠刺伤模型和缺血模型的研究发现，MT一3参与中枢神经系统损伤修复。PD病是由于6一羟基多巴胺诱导自由基而产生的，而脑中某些MT异构体的诱导剂，如氧化压力、细胞因子和炎症过程等能防止这种神经毒害，这与MT清除自由基有关。
（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、抗氧化压力及细胞凋亡等过程中发挥着重要作用。MT是一种潜在的细胞凋亡负调控因子，并且在化疗中对正常机体细胞有一定的保护作用。
2．3 MT与心血管疾病
MT作为一种强的内源性细胞保护剂，在心血管系统抗损伤保护中发挥着重要作用，主要表现在对缺血再灌注损伤的抑制作用。临床实践证明，缺血预处理能提高体内MT含量，从而减轻再灌注造成的损伤。据实验证明，MT参与预缺血的心肌细胞保护，并通过保护氧化酶活力减轻心肌细胞缺氧／复氧所导致的损伤。
2．4 MT与肿瘤
MT参与肿瘤细胞的分化和增生。MT与肿瘤的关系的研究主要集中在MT与肿瘤发生、减轻抗肿瘤药物毒副作用以及与肿瘤细胞获得性耐药性等方面．MT表达缺陷是肿瘤发生的症状之一，因此，深入研究MT与肿瘤的关系，可望获得治疗肿瘤的靶药物。
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