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谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)是生物体内一类催化还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH) 与各种亲电子化合物结合的代谢酶。这类酶广泛存在于动物、植物、昆虫、酵母、霉菌和各种细菌中,是一类在内、外源化合物的生物转化、药物代谢及保护生物体免受过氧化作用损害极为重要的多功能蛋白质。该酶能使有害的亲电子物质与体内还原型谷胱甘肽(GSH)结合形成可溶性的物质,从肾脏或皮肤中排出,从而起到排毒的功效;同时该酶参与转运体内重要的脂类化合物,为谷胱甘肽的硫原子提供电子的亲核反应。因此关于GSTs的研究一直受到关注。随着科技与医学的不断发展,人们发现GSTs可解除化学诱变剂、促癌剂、脂质及过氧化物等内、外源性化合物的毒性,保护正常细胞免受致癌物和促癌因素的影响,在抗诱变和抗肿瘤中起到重要作用;另外,GSTs的同工酶还含有谷胱甘肽过氧化物酶的活性,能清除脂类自由基,在抗脂质过氧化反应中起着重要作用。在植物中,GSTs也有类似的功能,可作为植物化学物质的结合与转运蛋白,也可催化体内GSH与各种内、外源性化合物结合:如可催化GSH与异源性物质如除草剂的结合反应而达到解除异源物质对植物体的毒害作用。在昆虫中,GSTs是一类与昆虫抗性相关的代谢酶。
家蚕是一种重要的经济昆虫,一直被作为生产生丝及遗传研究的模式生物;同时,又是通过原核表达系统生产重组蛋白的生物反应器。世界上约70%的农业害虫属于鳞翅目昆虫,通过对鳞翅目昆虫的模式生物——家蚕的研究获得解毒方面的数据也可运用到农业害虫上。尽管家蚕在经济上有重要的应用价值,但关于家蚕GSTs的性质、功能等方面的研究却鲜有报道。本文研究了家蚕体内GSTs的组织分布、发育期变化规律;对家蚕GSTs进行了分离纯化,并对纯化后家蚕GSTs的性质与功能进行了研究与探讨。
以同一世代的卵、幼虫、蛹、成虫为试验材料,研究了家蚕体内GSTs的组织分布、发育期的变化规律。在蚕的一个世代发育过程中,催青前蚕卵GSTs活性很低,后快速升高,至孵化为蚁蚕时达到最大值;以后逐渐降低,5龄起蚕后又渐渐上升,化蛹第1天和第11天各出现一个峰值,其余蛹期和成虫期维持在与3龄、4龄起蚕大致相当的活性水平,波动不大。在5龄家蚕的不同组织部位中,脂肪体和中肠中的活性相对较高,表皮和头部GSTs的活性相对较低;5龄家蚕的同一组织中GSTs活性变化存在一个变化趋势:从饷食至盛食期,活性均逐渐升高,到5龄第3天达到最高峰,随后呈下降的趋势。品种间GSTs活性:夏秋用品种体内GSTs活性高于春用种,杂交种体内GSTs活性高于原种。
为了解家蚕GSTs的性质、结构、功能等方面的相关内容,我们以苏镇×春光的F1代杂交种的幼虫为试验材料,运用亲合层析方法,纯化得到一种家蚕GSTs,并对该酶的酶学性质、稳定性做了一些研究,同时也作了一些体外抑制的探索工作。纯化后的家蚕GSTs,其比活力为4.61?mol?min-1?mg-1;从SDS-PAGE电泳图上,可看出纯化后的GSTs仅有一条带,分子量约28kDa;利用双倒数图,分别得出以GSH和CDNB为底物时的Km和Vm值;同时,根据家蚕GSTs的分子量,分别得出了在以GSH和CDNB为底物时的酶的转化数(Kcat)及酶的催化效率(Kcat/Km);在研究GSTs的稳定性时,发现pH在7.1时家蚕GSTs的酶活性最大;在一定的温度范围内,酶活性随着温度的升高而增大,但当温度升至25℃后,酶活性就逐渐降低;在以阿苯达唑、吡喹酮、氯化钠及胆汁酸为抑制剂的探索性实验中,结果表明:这些抑制剂对家蚕GSTs的抑制效果都比较弱。