李博毕业论文22.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流李博毕业论文22.精品文档.外源性金属硫蛋白对中国荷斯坦奶牛的血清和奶中 MT含量的影响1 前言 金属硫蛋白(metallothionein)是由微生物和动植物产生的金属结合蛋白,富含半胱氨酸的短肽,对多种重金属有高度亲和性。它是分子质量较低,半胱氨酸残基和金属含量极高的蛋白质。与其结合的金属主要是镉、铜和锌,广泛地存在于从微生物到人类各种生物中,其结构高度保守。它广泛存在于人体、动物、植物以及微生物体内,且理化性质基本一致。它可被不良刺激、金属、激素等诱导合成。近年来随着越来越多的金属硫蛋白基因被克隆及金属硫蛋白分离纯化技术的改进,对金属硫
2、蛋白的研究日益深入,很多实验表明,金属硫蛋白参与体内微量元素的储存、转运和代谢,拮抗电离辐射,清除自由基以及对重金属的解毒作用,还与机体生长发育、延缓衰老及某些疾病有关。目前,动物金属硫蛋白由于发现较早,研究深入,而植物金属硫蛋白发现相对较晚,进展缓慢。中国荷斯坦奶牛由中国黄牛的与当时引进我国的荷斯坦牛杂交,经过19701980年的不断选育,而逐渐形成的。1.1 MT的诞生及发展状况 1957年Margoshes和Vallee在研究金属生物学作用时,从动物器官分离出一种新的蛋白质,它含有丰富的巯基,能螯合大量的金属离子,此物质称为金属硫蛋白(英文为Metallothionein,简称MT)。人
3、体、动物、植物以及微生物体内均含MT,而且其理化特性基本一致。MT分子呈椭圆形,分子量为6500道尔顿,直径3050,分两个结构域,每个分子含712个金属原子,具有特殊的光吸收。MT构象较坚固,具有较强的耐热性。自从MT被发现以来,它成为基础科学研究的热点之一。从1978年到1999年共举行了四次国际专题研讨会,并且明年将在我国举行MT的第五次国际会议。我国将MT列入863重大攻关计划,1995年列入国家级火炬计划。同时各国科学家也在努力开发MT的新用途,大量的科学实验和临床结果表明:MT在抗电离辐射、紫外线照射、解除金属毒素、治疗消化道溃疡、心肌梗塞、各种炎症、各种癌症、美容护肤、减轻吸烟及
4、环境污染对人体的危害及抗过敏等方面均有显著疗效1。1.2 MT的研究目的和意义国内外有关MT在畜禽尤其是经济动物的理论和应用研究还很少。这与多种因素有关: 金属硫蛋白的价格较贵; 生产量还有限; 在畜禽和经济动物体内的代谢规律、代谢途径和生理作用的研究还不够深入。但以实验动物为对象, 金属硫蛋白的作用及其作用机制已进行了大量的研究, 尤其是有关金属硫蛋白在各种应激因子作用下, 其抗氧化、抗应激和增强机体免疫力的作用研究。长期以来,氧化应激一直是困扰奶牛饲养业的一大难题。鉴于由奶牛生物学特性决定的应激敏感性以及奶和奶制品抗氧化的重要性,探索减少或缓解奶牛氧化应激的途径一直是奶牛饲养业的重大课题之
5、一。MT作为一种天然生理活性物质和高效抗氧化剂,其研究和应用为提高奶牛抗氧化应激能力带来了新的希望。动物应激是多种直接影响机体健康和正常生产的多种激素反应因素综合,主要体现在对神经内分泌的影响。本项目拟研究外源性金属硫蛋白通过静脉注射之后对奶牛血清和奶中MT含量的影响,来探索金属硫蛋白在奶牛体内的存留时间和持续作用时间效应与剂量效应的关系。在金属硫蛋白在经济动物和畜禽的系统研究中, 将有助于解决平衡家畜的新陈代谢、增强家畜免疫力和抗应激能力、提高家畜的健康水平和生产性能、改善畜产品的质量等重大问题, 为促进养殖业可持续发展提供科学依据。1.3 MT生物学功能1.3.1抗肿瘤 MT抗肿瘤主要是通
6、过参与肿瘤细胞的分化、 增生及凋亡和提高机体的免疫功能来完成的。MT 受体(MTS)存在于细胞的胞质、细胞核中,当细胞受到致癌物质的刺激后,MT基因迅速进行表达,抑制细胞凋亡。有研究发现,将细胞暴露在抗癌药物中,提高MTS的表达量可以诱导细胞产生抗凋亡作用,而在缺乏MTS的细胞中,细胞的死亡率显著高。另外,MT还可以通过影响机体的免疫功能、 提高免疫细胞和免疫因子的活性,从而增f机体对癌细胞的杀灭作用。赵红光等观察含MT蛋奶粉对一荷瘤小鼠肝癌有无治疗作用,结果表明,小鼠形成肝癌第27、29及31天,添加了MT奶粉组的胂瘤体. 积变小,增加了淋巴细胞刺激指数、CD4+细胞百分率及CD47CD8+
7、;降低了小鼠淋巴细胞Go/Q期细胞百分率和淋巴细胞凋亡百分率,提高小鼠脾脏CTL 细胞毒活性和NK细胞毒活性,增加了荷瘤小鼠的 IL-2和TNF-a活性,表明含MT蛋奶粉对肿瘤的治 疗性效应可能是通过增强荷瘤小鼠的免疫功能实现的陈伟强(2006)等研究表明,MT蛋白的表达与肺癌的分化程度,Ki-67及凋亡显著相关,MT可作为判断肺癌细胞分化程度、增殖活性及凋亡等的指标2。1.3.2抗氧化正常情况下,动物机体产生的自由基可以参与细胞内的化学反应,但是过多的自由基能够损害机体内的生物活性物质,从而产生机体衰老、组织损伤、免疫力下降等。一般情况下,机体可产生自由基和清除自由基以达到平衡。但是,会因为
8、重金属中毒、应激、辐射、疾病等因素导致机体自由基增多,影响机体的健康。MT含有大量的巯基基团,还原状态的巯,具有亲核性,其中的金属具有动力 学不稳定性,这使得MT对羟基自由基(OH)、超氧自由基(O2-)或一氧化氮(NO)等自由基具有较强的清除作用。有研究表明,MT清除自由基的能力比谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和超氧化物歧化酶(SOD)强。另外,MT还能够通过影响机体一些氧化酶的活性,来提高机体对组织器官的保护作用。李树田(2006)等研究发现,植物提取的MT能够增强镉中毒小鼠血液SOD活性和GSH-PX活力,降低丙二醛 (MDA)含量,而且存在显著的交互作用。李忠义(2009)等发现,
9、转金属硫蛋白基因平菇可改善辐射对小鼠血小板(PLT)和脾脏的损伤;增强受辐射小鼠血清SOD活性,降低其血清MDA含量。刘云华(2004)等研究发现,MT可抑制阿霉素(DOX)致氧自由基产生增加及还原型谷胱甘肽(GSH)耗竭,降低D0X对心脏的毒性2。 MT抗电离辐射引起的氧化损伤、MT抗糖尿病高血糖引起的氧化损伤、抗过氧化亚硝酸盐(ONOO)引起的氧化损伤。MT作为一种有效的抗氧化剂能被多种因素如氧化应激、细胞因子和电离辐射等诱导。许多实验研究表明MT在体外是一种作用较强的抗氧化剂能有效地抑制ROS和RNS对中枢神经系统、心血管系统及视网膜病变细胞的氧化损伤作用。但是由于实验方法和取材的不同M
10、T在体内的抗氧化损伤作用尚存争议3。1.3.3抗应激 机体在应激的情况下,能够诱导MT的表达, 提高机体的抗应激能力。,补充外源性MT也能够降低应激的发生,缓解应激带来的危害。赵鹏(2011)等观察抗氧化剂MT对糖尿病大鼠肾脏氧化应激指标及NADPH氧化酶的影响,结果表明,MT可能通过降低糖尿病大鼠肾脏氧化应激水平,抑制肾皮质 PKC-/3、血管紧张素原(ANG)以及NADPH氧化酶亚基的表达,发挥肾脏保护作用4。印遇龙(2004)等在猪肌肉注射MT后快速追赶使其产生应激,结果表明,金属硫蛋白能提高应激猪体内抗氧化酶的活性,从而对应激造成的细胞损伤起到保护作用4。1.3.4解毒作用 MT含有高
11、达30%的半胱氨酸,半胱氨酸中的巯基(.SH)能迅速螯合有毒金属汞、银、铅、镉、 砷等。因此,MT是目前临床上最为理想的生物螯合解毒剂。秋水仙碱对动物的肝有一定的损伤作用,还可以干扰细胞微管功能。研究发现,秋水仙碱可以诱导肝合成MT,MT的存在和增加有助于MT(+/+)小鼠颉颃秋水仙碱对小鼠肝的损伤作用22。 诸熙2011等研究发现,MT对极性贫油中毒大鼠具有解毒的作用,但是预防性给予ZnSO4导产生内源性金属硫蛋白,能更好发挥对贫铀中毒的解毒效果。 张洁(2011)等研究金属硫蛋白基因在长期水砷暴露小鼠肝组织中的表达,发现MT表达的降低可能是亚砷酸钠肝毒性的一个易感因素。肖定福2009等研究
12、结果发现,灌喂HgCl2大鼠肾中的Hg-MT诱导量显著增加,说明MT在染汞大鼠肾脏中起着对汞的解毒作用。有研究发现,染镉后,低剂量的镉诱导血管中MT的产生,MT对氧化损伤起保护作用。李南平2008等给儿童服用MT 23个月效果显著,未见不良反应,随着血铅水平的下降,腹痛及伴随症状消失,结果证明,应用MT治疗儿童铅中毒是一种既安全又有效的新型预防和干预手段22。1.4 MT的应用与测定 由于金属硫蛋白具有广泛而重要的生理学和生物学功能,所以引起国内外学者的广泛重视, 并对实验动物和人的金属硫蛋白进行了广泛而深入的研究。在弄清金属硫蛋白结构、特征和功能的基础上, 将MT用于医学、医药和保健已取得长
13、足的进展。目前国内外正开发利用MT保健品和药品来调控人体新陈代谢、提高人体免疫力、缓解应激和延缓衰老。将金属硫蛋白作为食品添加剂的研究正在进行。 它有望成为一种集营养、生理调控和抗氧化为一体的新型食品添加剂。在肿瘤的预防和治疗中, 金属硫蛋白可保护细胞抵抗重金属和烷化剂的致癌、致突变作用, 因而用于肿瘤临床的辅助治疗和用作肿瘤标志物。金属硫蛋白也用于美容化妆品中。金属硫蛋白的作用显示了它具有广阔的应用前景。研究发现,MT 与生物体内的多种功能相关,主要有转运、储存金属离子、清除自由基、激活( 失活) 锌调节蛋白等,其中最基本、最主要的功能是与金属离子相结合,从而解除或降低生物生活环境中的重金属
14、毒害作用,然而到目前为止,MT 的诸多功能的作用机理仍不清楚。 降低或解除重金属的毒害作用,提高生物的耐性解除重金属的毒害作用,提高生物的重金属耐性是MT 最主要的功能,也是生物学家们一直研究的重点和热点。在MT 的结构域上含7个以上的半胱氨酸残基重金属结合位点,通过替换或直接结合金属离子,从而起到降低细胞内金属离子含量的作用,据研究发现MT 可以与18 种金属离子相结合。 维持生物体内微量元素的动态平衡在细胞内金属离子与MT结合后储存在液泡中,当生长环境或机体改变时,这些金属离子可以通过交换的形式重新释放出来。Hall等认为细胞内的多种机制促成了金属离子的动态平衡,而MT的螯合作用就是其中最
15、主要的一种。 清除生物体内的自由基自由基是机体氧化反应中产生的具有强氧化性的化合物,可损害机体的组织和细胞,进而引起慢性疾病及衰老等生理现象,常见的自由基,如羟基自由基、氧自由基。虽然MT清除自由基的机制仍不清楚,但是和谷胱甘肽一样,其还原状态的巯基被公认为是最有效的细胞内的自由基清除物质,保护着细胞器及其他重要的生化物质,如一些酶类、DNA等。此外,MT还通过结合或释放金属离子来调节自由基的水平。有研究发现,MT的表达可以被射线激发的超氧化物或巯基自由基所诱导,据此推测,MT可能作为供体为细胞的修复提供锌。 测定方法一般应用双抗体夹心酶标免疫分析法测定标本中牛金属硫蛋白水平。用纯化的抗体包被
16、微孔板制成固相抗体往包被单抗的微孔中依次加入牛金属硫蛋白抗原、生物素化的抗牛金属硫蛋白抗体、HRP标记的亲和素经过彻底洗涤后用底物TMB显色。TMB在过氧化物酶的催化下转化成蓝色并在酸的作用下转化成最终的黄色。颜色的深浅和样品中的牛金属硫蛋白呈正相关。用酶标仪在450nm波长下测定吸光度OD值计算样品浓度。1.5 MT的理化性质 MT是一类低分子量、富含半胱氨酸(CYS)的金属结合蛋白质。1957年Margo和Vale首次在马肾中发现并分离出MT,以后发现MT广泛存在于各种生物体中,1985年第2届国际MT会议提出,被确认为MT的多肽具有以下几个与马肾MT相似的性质:分子量低 (通常少于100
17、00 Da),金属含量高(通常412个金属离子分子),半胱氨酸含量高(有丰富的CYSXCys3肽序列结构域),缺乏芳香族氨基酸,组氨酸含量极少。到1997年第4届国际MT会议止,共发现并确定氨基酸序列的MT有170多种。虽然MT分子中含有大量巯基,但分子内、分子间均不存在二硫键,在自然条件下,所有CYS的巯基均与金属结合翻。并且可以与多种金属离子结合,结合的稳定常数一般较大。但不同MT的解离常数因所含金属不同而异,MT的光吸收也与其所结合的金属种类有关,据此可鉴定不同的MT。1.6 中国荷斯坦奶牛的基本特性 中国荷斯坦奶牛(1997年以前称中国黑白花奶牛)是19世纪末期,由中国的黄牛与当时引进
18、我国的荷斯坦牛杂交,经过19701980年的不断选育,而逐渐形成的。中国荷斯坦奶牛体格健壮,结构匀称。毛色呈黑白花,花片分明。中国荷斯坦牛的原名为“中国黑白花奶牛”,于1992年更名“中国荷斯坦奶牛”。中国荷斯坦牛,因受荷兰兼用荷斯坦牛的影响,近似兼用型。毛色一般为黑白相间,花层分明,额部多有白班 ;腹底部,四肢膝关节以下及尾端多呈白色,体质细致结实、体躯结构匀称,泌乳系统发育良好,蹄质坚实。母牛腹大而不下垂,胸部发育良好,乳头大小适中、分布均匀,乳静脉大而弯曲,乳井大而深。母牛泌乳性良好,泌乳期270305天,产奶量在450010000公斤,乳脂率3.5%。肉用价值高,淘汰母牛屠宰率49.7
19、%,净肉率40.8%;营养良好的淘汰公牛,屠宰率可达58.1%,净肉率50.1%。繁殖性能良好,产后发情为53天,发情周期21.2天,怀孕期280天。遗传稳定、适应性强,我国大部分地区均可饲养。1.6.1 影响奶牛产奶性能的因素遗传:不同品种奶牛产奶量和乳脂率有很大差异。经过高度培育的品种,其产奶量显著高于地方品种。产奶量和乳脂率之问存在着负相关,产奶量较高的品种,其乳脂率相应较低,但通过有计划的选育,乳脂率也可提高。同一品种不同个体,其产奶量和乳脂率也有差异,如黑白花牛的产奶量变异范围为3 00012 000千克,乳脂率2.66.0。一般来说,体重大的个体其绝对产奶量比体重小的要高。通常情况
20、下,体重在550650千克为宜。生理:初产乳牛的年龄在2岁左右,由于本身尚在发育阶段,其产奶量较低,但随着年龄和胎次的增加,产奶量逐渐增加;到69岁,第47胎时,产奶量达到一生中的高峰;10岁以后,由于机体逐渐衰老,产奶量又逐渐下降;饲养良好,体质健壮的母牛,年龄到1314岁时,仍然维持较高的泌乳水平。相反,饲养不良,体质衰弱的母牛,78岁以后,产奶量就开始逐渐下降。分娩后,日产乳量逐渐上升,从第1个泌乳月未到第2个泌乳月中达到该泌乳期的最高峰,维持一段时间后,在第4个泌乳月开始,又逐渐下降,至第7个泌乳月之后,迅速下降,到第10个泌乳月左右停止泌乳,全期每日产乳量形成一个动态曲线,称为“泌乳
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