枯草芽孢杆菌转锰蛋白MntH的表达与纯化

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锰离子转运蛋白(MntH)广泛存在于各种细菌的细胞膜上,它以细胞内外的质子梯度作为驱动力,摄取环境中的锰离子进入细胞。有研究表明,除锰离子外,MntH还能摄取Fe2+、Zn2+、Co2+、Ni2+。细菌中的MntH是真核细胞中二价阳离子转运蛋白NRAMP家族的同源蛋白。Fe2+、Mn2+等金属离子不论是在真核还是原核生物中都发挥着重要作用,如作为酶的辅基参与各种氧化还原过程,影响着细菌的毒性和致病性,在人体的感染与免疫中也至关重要。但截止目前,仍然没有一个完整的NRAMP家族蛋白的精细结构解析出来,并且该家族成员蛋白转运不同二价阳离子的详细转运机制仍然是未知的。相对于可溶蛋白,膜蛋白的表达量较低,但由于运用X射线晶体学方法解析晶体结构需要大量高纯度的蛋白,因此,如何提高膜蛋白MntH的表达量是一个亟待解决的问题。以革兰氏阳性菌模式生物枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为模板克隆得到mntH基因,并以pET15b为载体,转入BL21(DE3)中进行表达。通过Ni-NTA柱初步纯化膜蛋白MntH,并使用FPLC通过分子排阻层析进一步纯化分离蛋白。在分离纯化的过程中,对DDM、CHAPS、LDAO、Triton X-100、OG、CYMAL5等多种去垢剂包裹稳定膜蛋白MntH的效果进行了检验。同时,利用MBP以及SUMO标签融合蛋白,解决了膜蛋白表达量低的问题,并检测了12种去垢剂在10倍临界胶束浓度(CMC)时各自对于MBP-MntH融合蛋白的提取效率。通过TEV蛋白酶酶切MBP-MntH融合蛋白,提高了MntH蛋白的纯度。同时,改善了膜蛋白MntH的纯化步骤,从洗涤步骤开始即更换去垢剂种类,使膜蛋白更好地保持在同一种去垢剂环境中,有利于检测蛋白在某种去垢剂中的稳定性及单分散性。通过研究发现,DM、DDM、LDAO、Triton X-100、CYMAL5以及Fos12这六种去垢剂对MntH的提取效果较好。而对于膜蛋白MntH的包裹,去垢剂LDAO、DDAO、OG、Triton X-100有使膜蛋白MntH单分散性更好的趋势。通过这些研究,可以大量的纯化纯度更高的MntH膜蛋白,并且通过进一步优化,可以使MntH在去垢剂中的单分散性更好,这有利于膜蛋白MntH的进一步结晶工作。
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