罗非鱼和鲈鱼骨骼肌脯氨酸内肽酶的研究

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脯氨酸内肽酶(Prolyl endopeptidase,PEP)是一种特殊的丝氨酸蛋白酶,可特异水解多肽链中含有脯氨酸残基的羧基端肽键。尽管该酶在哺乳动物中的一些生理作用已被阐明,如与老年性记忆障碍有关,参与细胞介导的免疫反应、自身免疫、炎症反应等生理过程等。但是国内外对鱼类中PEP的关注度较低,尤其是PEP在鱼类肌肉中的功能特性尚不明确。因此,本研究分别以淡水罗非鱼和海水鲈鱼为研究对象,对肌肉中PEP进行研究,以期为阐明PEP在鱼类肌肉中的功能特性提供实验依据和理论参考。主要工作如下:1.罗非鱼和鲈鱼PEP的纯化及性质分析采用硫酸铵盐析、DEAE-Sepharose阴离子交换层析、Phenyl-Sepharose疏水层析、DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换层析和Sephacryl S-300凝胶过滤层析等方法分别从罗非鱼和鲈鱼肌肉中分离纯化得到PEPs。SDS-PAGE结果显示,罗非鱼与鲈鱼PEP的分子量分别为85 k Da和84 k Da。酶学性质表明,罗非鱼和鲈鱼PEP的最适温度均为35℃,最适p H分别为6.5和6.0,属于中性弱酸性酶,两种PEP的热稳定性均较差。PEP特异分解含有脯氨酸残基的荧光底物Suc-Gly-Pro-MCA和Suc-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-MCA,其特异性抑制剂SUAM-14746和丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF可以抑制该酶的活性,而其他典型的丝氨酸蛋白酶抑制剂如Leupeptin和LBTI对PEP没有明显的抑制作用,说明PEP是一种特殊的丝氨酸蛋白酶。金属离子Cu2+和Zn2+均强烈抑制PEP的活性,Ca2+和Co2+有部分抑制作用。而Ba2+、Mn2+、Mg2+、Fe2+对罗非鱼PEP没有任何影响,但Mn2+和Mg2+这两种金属离子对鲈鱼PEP有抑制作用。罗非鱼PEP和鲈鱼PEP催化Suc-Gly-Pro-MCA水解反应的活化能(Ea)分别为47.42 KJ/mole和40.02 KJ/mole。SUAM-14746对罗非鱼PEP表现为竞争性抑制作用,金属离子Zn2+和Cu2+对罗非鱼PEP的抑制类型均为混合型抑制。2.罗非鱼PEP对胶原蛋白小肽的降解通过高效液相色谱并结合电喷雾质谱分析罗非鱼PEP与三段长度小于30个氨基酸残基的鱼类胶原蛋白小肽的反应,结果显示PEP能够切割小肽脯氨酸残基的羧基端。说明PEP在参与胶原蛋白的新陈代谢中,需要在金属蛋白酶等内源性蛋白酶将大分子胶原蛋白水解成短肽后再发挥其作用。3.鲈鱼PEP的分子克隆及其组织表达差异使用RT-PCR方法,结合c DNA快速末端快速扩增技术(Rapid Amplification of c DNA Ends,RACE),克隆得到鲈鱼PEP基因序列。该序列全长3029 bp,开放阅读框为2223 bp,编码741个氨基酸。运用Swiss-Model进行同源建模分析其结构,发现该蛋白与人源脯氨酸内肽酶(PDBID:3DDU)有74.58%的相似性,利用荧光定量PCR技术,显示PEP在鲈鱼心脏中表达量最高,在鳃、脑、肝胰脏、肌肉和鱼皮中的表达量依次递减,在肠中的表达量最低。4.不饱和脂肪酸对鲈鱼PEP的抑制作用研究了三种不饱和脂肪酸对鲈鱼PEP的抑制作用,结果显示,油酸、亚油酸和DHA对鲈鱼PEP均有抑制作用且抑制类型均为非竞争性抑制。其IC50值分别为139.34μmol/L,145.40μmol/L和158.17μmol/L,对酶的抑制常数KI分别为102.31μmol/L、113.81μmol/L和140.52μmol/L,说明油酸对PEP抑制作用最强,其次是亚油酸,而DHA最弱。进一步通过荧光光谱和圆二色谱扫描鲈鱼PEP在不同条件下二级结构的特征,显示蛋白构象发生了一定的变化。本论文对淡水罗非鱼和海水鲈鱼PEP性质的比较研究对于深入揭示PEP的功能提供了参考,不饱和脂肪酸对PEP的抑制作用研究为探讨其在预防记忆丧失的作用提供了理论基础。
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