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目的:
通过分子克隆技术,构建含有大肠杆菌基因的原核表达载体,利用亲和层析分离纯化有活性的蛋白,根据蛋白质对紫外的特征性吸收的特性,利用紫外可见分光光度计从中筛选铁硫蛋白,为进一步探索铁硫蛋白功能奠定基础。
方法:
1.含有大肠杆菌基因的原核表达载体的构建首先在www.ecogene.org网站上寻找大肠杆菌中功能未知的基因,从中挑选我们感兴趣的基因(原则:目的片段较小,至少含有三个半胱氨酸或者组氨酸),使用DNAMAN和Primer5.0设计特异性引物,利用PCR方法,以大肠杆菌K-12为模板,扩增31个大肠杆菌基因yacC、yfhB、yieE、yjfM、yabI、yabP、yjiL、yjiK,yjjQ、yhdZ、yadL、yacF,yafW,yagN、ygfS、yggI,yhfA、yhfY、yhhY、yieH、yjbM、yjcZ、yjdM、yjeJ、yjeN、yjhI、yieP、yjeS、yjgM、ygH和yjhP,将其连接到原核表达载体pET28b(+),然后转化到E.coliBL21(DE3)进行抗性筛选,以阳性克隆菌株为模板,进行菌落PCR鉴定或者将克隆质粒进行双酶切鉴定,经1%琼脂糖凝胶电泳鉴定其片段大小与目的片段相似,然后送至大连宝生物公司测序,鉴定重组质粒构建正确。
2.蛋白的表达、分离与纯化将构建正确的重组质粒转化到E.coliBL21(DE3)表达菌株中,用IPTG诱导表达上述基因所编码的带有His标签的蛋白,利用镍柱亲和层析技术纯化和G-25脱盐柱脱盐后,SDS-PAGE分析表达产物。
3.铁硫蛋白的筛选Fe含量的测定:将纯化后的蛋白与2mM的L-半胱氨酸和500μM的菲咯嗪混合物在85℃加热20分钟后,室温放置半小时,12000rpm离心5分钟,用Du800自500nm到700nm全波长扫描,利用铁-菲咯嗪复合物在564nm处有特异性的吸收峰,其在564nm处的消光系数是27.9mM-1cm-1,计算蛋白中铁浓度公式为:CFe=(OD564-OD700)/27.9*1000(单位μM)。S含量的测定:大肠杆菌核酸内切酶Ⅲ(Nth)是个[4Fe-4S]簇蛋白,其铁和硫含量稳定,可根据上述公式计算其硫的消光系数以用于计算未知蛋白中硫含量;将纯化后的蛋白和2mM的N,N-二乙基对苯二胺硫酸盐(DPD,溶解在7.2M的HCl)、3mM氯化铁(溶解在2MHCl)混合物室温放置20分钟,12000rpm离心5分钟,用Du800自500nm到700nm全波长扫描,硫化物与N,N-二乙基对苯而胺及氯化铁作用,生成稳定的蓝色,在669nm有特异性吸收峰,计算单位蛋白的铁硫含量,公式为:Cs=(OD564-OD700)/S的消光系数(单位μM)。
4.跨膜螺旋(TMH)的预测利用TMMTOP、MEMSAT、TMHMM、TopPre和Predictionprotein生物网站软件预测不可溶蛋白中可能存在的跨膜螺旋结构。
结果:
1.测序结果表明31个克隆质粒与NCBI比对结果一致,证明克隆质粒构建正确。经诱导剂在一定条件下诱导表达后,YjiL、YjeS、YjgM、YjdM、YacF、YhfA、YhfY、YhhY、YieH、YjcZ、YjhI、YjeJ、YjeN、YjhP、YgjH、YieP和YieE是可溶的,其中YjiL、YjeS和YjgM可能是铁硫蛋白,YjdM和YchJ可能是载铁蛋白;YagN、YggI、YgfS、YafW、YjbM、YacC、YfhB、YjfM、YabI、YabP、YjiK、YjjQ、YhdZ和YadL为不可溶表达。
2.通过生物信息学研究,我们发现下面蛋白可能含有跨膜螺旋:YagN1个TMH、YggI1个TMH、YgfS1个TMH、YafW1个TMH、YjbM1个TMH、YacC1个TMH、YfhB1个TMH、YjfM1个TMH、YabI6个TMH、YabP0-1个TMH、YjiK1个TMH、YjjQ1个TMH、YhdZ0-1个TMH和YadL1-2个TMH。
结论:
我们熟练掌握分子克隆和亲和层析技术,成功构建了31个表达大肠杆菌基因的重组质粒,并将其纯化,从中筛选鉴定铁硫蛋白,在17个可溶表达的蛋白中我们发现了3个功能未知的铁硫蛋白,另外14个可能含有跨膜螺旋的不可溶蛋白,为进一步探索大肠杆菌铁硫蛋白功能奠定基础,为铁硫簇生源论提供有利依据。