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嗜酸氧化亚铁硫杆菌亚铁氧化酶、铜蓝蛋白及铁硫簇组装蛋白IscA的表达纯化及定点突变

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第一章绪论

1.1 A.ferrooxidans菌亚铁氧化系统介绍

1.1.1铜蓝蛋白(Rusticyanin)

1.1.2亚铁氧化酶(Iron oxidase)

1.1.3细胞色素Cyc2,Cyc1和细胞色素氧化酶

1.2铁硫簇组装机理

1.2.1铁硫簇组装蛋白IscA(Iron Sulfur Cluster Assembly protein A)

1.2.2铁硫簇组装蛋白IscU,IscS,IscR

1.2.3铁硫簇组装机理

1.3课题的研究目的与研究内容

1.3.1依据和目的

1.3.2论文的主要研究内容

1.3.3论文课题受资助情况

第二章实验材料和方法

2.1实验材料

2.1.1菌种

2.1.2培养基

2.1.3A.ferrooxidans菌基因组抽提试剂

2.1.4质粒提取试剂

2.1.5不连续体系SDS-PAGE电泳

2.1.6 SDS-PAGE胶保存试剂及装置

2.1.7蛋白亲和纯化试剂

2.2实验方法

2.2.1 PCR扩增

2.2.2酶切PCR产物及载体pLM 1

2.2.3载体和目的片段连接反应

2.2.4转化

2.2.5阳性克隆的筛选

2.2.6蛋白质表达转化

2.2.7蛋白质的条件表达

2.2.8 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)

2.2.9蛋白质的纯化

2.3定点突变

2.3.1引物的设计

2.3.2 PCR扩增

2.3.3阳性克隆的筛选

2.3.4突变蛋白质的表达及纯化

2.4测试分析方法

2.4.1 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)

2.4.2紫外分光光度计(UV Scanning)

2.4.3电子顺磁共振(EPR)

2.4.4基质辅助激光解吸串联分行时间质谱(MALDI-TOF)

第三章铜蓝蛋白的克隆、表达、纯化及C138、H85、H143定点突变

3.1铜蓝蛋白基因的克隆

3.1.1铜蓝蛋白基因的克隆

3.1.2阳性克隆的筛选

3.2铜蓝蛋白的表达

3.2.1铜蓝蛋白表达条件的确定

3.2.2铜蓝蛋白大规模的表达

3.2.3 SDS-PAGE分析铜蓝蛋白

3.2.4 UV/Vis分析铜蓝蛋白

3.2.5电子顺磁共振波谱(EPR)分析铜蓝蛋白

3.2.6分子模拟铜蓝蛋白

3.3铜蓝蛋白C138、H85、H143定点突变

3.3.1铜蓝蛋白定点突变

3.3.2突变蛋白质的表达、纯化

3.3.3突变蛋白质的SDS-PAGE检测

3.3.4 UV/Vis分析突变蛋白

3.4本章小结

第四章亚铁氧化酶的克隆、表达、纯化及Y10定点突变

4.1亚铁氧化酶(Iron Oxidase,IRO)的克隆

4.1.1 IRO基因的克隆

4.1.2连接反应及阳性克隆的筛选

4.2亚铁氧化酶的表达

4.2.1亚铁氧化酶蛋白表达条件的确定

4.2.2亚铁氧化酶大规模的表达

4.2.3 SDS-PAGE分析纯化的样品

4.2.4基质辅助激光解吸-飞行时间质谱(MALDI-TOF)

4.2.5紫外扫描(UV/vis)

4.2.6电子顺磁共振波谱(EPR)

4.2.7亚铁氧化酶分子结构模拟

4.3亚铁氧化酶Y10定点突变

4.3.1亚铁氧化酶Y10的定点突变

4.3.2突变蛋白质的表达、纯化

4.3.3突变蛋白质的SDS-PAGE检测

4.3.4 UV/Vis分析突变蛋白

4.4本章小结

第五章铁硫簇组装蛋白A(Iron Sulfur Cluster Assembly proteinA,IscA)的克隆、表达、纯化及定点突变

5.1 IscA蛋白的克隆

5.1.1 IscA基因的克隆

5.1.2连接反应及阳性克隆的筛选

5.2 IscA蛋白的表达

5.2.1 Isc蛋白表达条件的确定

5.2.2 IscA蛋白大规模的表达

5.3 IscA蛋白的分析

5.3.1 SDS-PAGE分析纯化的样品

5.3.2 UV/Vis分析IscA蛋白

5.3.3电子顺磁共振波谱(EPR)分析IscA蛋白

5.3.4基质辅助激光解吸-飞行时间质谱(MALDI-TOF)分析IscA

5.3.5分子模拟IscA蛋白结构

5.4 IscA蛋白的定点突变

5.4.1 IscA蛋白三个保守的半胱氨酸的定点突变

5.4.2突变蛋白质的表达、纯化

5.4.3突变蛋白质的SDS-PAGE检测

5.4.4 UV/Vis分析突变蛋白

5.5本章小结

第六章铁硫簇体外组装机理的初步研究

6.1 Apo-形式蛋白质的准备

6.1.1实验材料

6.1.2蛋白质去铁硫簇

6.2铁硫簇的组装

6.3 UV/Vis测定Apo-及Holo-形式蛋白性质

6.4 MALDI-MS分析铁硫簇的组装结果

6.5铁硫簇的组装流程模型

6.6本章小结

第七章结论

参考文献

致谢

研究成果

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摘要

铜蓝蛋白是嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans,A.ferrooxidans)亚铁氧化系统电子传递链的组分之一,有着高度的酸稳定性和高还原电位。它的功能被认为是介导电子在细胞色素C和终端的细胞色素氧化酶之间传递。本论文从A.ferrooxidans菌中克隆出铜蓝蛋白的基因,表达,并用一步亲和层析法纯化出铜蓝蛋白。我们通过定点突变构建了铜蓝蛋白的突变体C138A,C138D,C138S,H85A,H143A。通过紫外-可见扫描及电子顺磁共振实验证明C138基团对铜蓝蛋白结合铜离子非常重要。 亚铁氧化酶被认为参与了A.ferrooxidans菌的亚铁氧化系统的电子传递,它是高电位铁硫蛋白家族的成员之一,含有的铁硫簇中心用于传递电子。本论文A.ferrooxidans菌中克隆亚铁氧化酶的基因,表达,并通过一步亲和层析法纯化出蛋白。表达的蛋白为二聚体,通过MAI~DI-TOF质谱检测单体的分子量为6860.6Da。紫外及电子顺磁共振结果证实铁硫簇正确结合了蛋白的活性位点。蛋白的分子结构模拟显示Cys20,Cys23,Cys32和Cys45参与了铁硫簇的结合,而Tyr10对于铁硫簇的稳定也十分重要。据我们所知,这是首次在E.coli中表达来源于A.ferrooxidans Fe-1的亚铁氧化酶。 由iscSUA操纵子编码的三个蛋白IscS(半胱氨酸脱硫酶),IscU(支架蛋白)和IscA(铁离子伴侣)参与了A.ferrooxidans菌中铁硫簇结构的组装,但是组装机理至今仍不清楚。A.ferrooxidans菌中克隆IscA的基因,表达,并通过一步亲和层析法纯化出蛋白。紫外及电子顺磁共振结果证实铁硫簇正确结合了蛋白的活性位点,这个蛋白能够补充细胞内铁和硫的浓度并且提供稳定的[Fe<,4>S<,4>]结构。[Fe<,4>S<,4>]结构可以在体外利用铁和硫离子组装到apolscA。我们通过定点突变构建了蛋白的突变体C35A,C99A,C101A。分子模拟及紫外、电子顺磁共振结果证明了C99和C101参与铁硫簇的结合,而C35也影响蛋白与铁硫簇的结合。A.ferrooxidans菌中的IscA可能作为一个平台完善铁硫簇结构的前组装并把它传递给目标蛋白,这对于A.ferrooxidans菌中其他铁硫蛋白如HiPIP的成熟是必需的。

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