Skip to main content
SUPERVISOR
Azar Shahpiri
آذر شاه پیری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Babaei bendarti
زهرا بابائی بندارتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Heterologous Expression and Metal Binding Characterization of Gray Mangrove (Avicennia Marina) Metallothionein
Metallothioneins (MT) are a group of Cys-rich amino acid proteins with low molecular weight (5-10 kDa) that through the groups of thiol cysteine amino acids, have a variety of functions, including heavy metals detoxcification, metal metabolism and free radical scavenging activity. Avicennia marina has a high ability to absorb and accumulate heavy metals. However there is little information about MT in this plant. In the present work, the gene encoding AmMT2 as an type 2 from Avicennia marina was synthesized and cloned in pET41a. After induction with IPTG the protein AmMT was heterologously expressed in Escherichia coli as carboxy-terminal extensions of glutathione-S-transferase (GST-AmMT2). The tolerance of bacteria expressing GST-AmMT2 to ZnSO4, CdCl2, CuSO4, NiCl2 and FeSO 4 was compered to control by plotting their growth curve. In addition, the amount of metals that was removed from medium was determined using atomic absorption spectroscopy (AAS). The results show that the strain R-AmMT2 is able to remove Zinc, copper, cadmium, iron and nickel from media. In addition we found that the strain R-AmMT2 had higher tolerance to hydrogen peroxide than control strain. In agreement with this result, the assay of catalase activity in R-AmMT2 was higher than that from control strain. A significant amount of pure protein GST-AmMT2 was producted using affinity chromatography and gel filtration. The form of apoprotein was produced using acidic pH and removal of metals whit gel filtration. Then apo form was exposed to saturated amounts of zinc and iron The metal-protein was provided by pH-returning,Then removed free metals by gel filtration. However, catalase and ascorbate peroxidase activity increased by adding Fe/GST-AmMT2 to total protein extracted from E. coli bacteria and total protein extracted from mangroves, adding apo protein form did not have any effect on the activity of these enzymes.It seems that AmMT2 by exchanging iron metal increased activity these enzymes. Based on this results, AmMT2 not only plays a role in the detoxification of metals, but also provides metal for metalloenzymes whose activity is metal-dependent, which increased their activity. Increasing the activity of metalloenzymes such as ascorbate peroxidase and catalase leads to increased cellular tolerance to hydrogen peroxide. Key words : Metallothionin, Heavy metals, Tolerance, hydrogen peroxide.
متالوتیونین‌ها (MT )گروهی از پروتئین‌های غنی از آمینواسیدهای سیستئین با وزن ملکولی کم (5 تا 10 کیلودالتون) هستند که از طریق گروه‌های تیول آمینواسیدهای سیستئین عملکرد‌های مختلفی از جمله سمیت‌زدایی فلزات‌سنگین، تنظیمات متابولیسم فلزات و فعالیت پاکسازی رادیکال‌های آزاد درسلول دارد.گیاه حرا ( Avicennia marina ) توانایی بالایی در جذب و ذخیره فلزات سنگین دارد. با این حال تا کنون اطلاعات کمی در مورد پروتئین MT در این گیاه وجود دارد. در تحقیق حاضر به بررسی نقش‌ یکی از ایزوفرم‌های MT از گیاه حرا (AmMT2) که متعلق به تیپ 2 ژن‌های متالوتیونین می‌باشد، در تحمل سلول‌های باکتری به فلزات سنگین و تنش‌های اکسیداتیو پرداخته شد. بدین منظور توالی ژن کد‌کننده AmMT2 سنتز و در ناقل بیانی pET41a همسانه‌سازی شد. پس از تأیید صحت همسانه‌سازی با استفاده از توالی‌یابی، همسانه‌های تولید شده به میزبان بیانی E. Coli سویه DE3)) Rosetta منتقل شدند. همچنین سویه شاهد با انتقال پلاسمید فاقد ژن به سویه DE3)) Rosetta تولید شد. با اضافه‌کردن ماده القاگر IPTG، تولید این پروتئین همراه با شریک الحاقی GST در فاز محلول تأیید شد. تحمل باکتری بیان کننده پروتئین نوترکیب به فلزات سنگین از طریق ترسیم منحنی رشد باکتری در حضور نمک‌های CuSO4 ،ZnSO4 ،CdCl2 ،NiCl2 و FeSo 4 و همچنین اندازه‌گیری کاهش مقدار فلز از محیط کشت با استفاده از دستگاه طیف سنجی جذب اتمی((AAS اندازه‌گیری شد. نتایج حاصل از بررسی باکتری نوترکیب در تحمل به فلزات نشان داد که بیان پروتئین AmMT2 از طریق افزایش تجمع فلزات منجر به افزایش تحمل باکتری نسبت به فلزات روی، کادمیوم آهن و مس می‌شود اما در مورد فلز نیکل افزایش تحمل مشاهده نشد. سویه R-AmMT2 در محیط حاوی پراکسید هیدروژن دارای تحمل بالاتری نسبت به سویه شاهد بود. در انطباق با این نتیجه فعالیت کاتالاز در سویه R-AmMT2 بیشتر از سویه شاهد بود. با استفاده از کروماتوگرافی تمایلی و همچنین فیلتراسیون ژلی مقدار قابل توجهی از پرئتئین خالص GST-AmMT2 به دست آمد. با استفاده از pH اسیدی و حذف فلز با فیلتراسیون ژلی آپوپروتئین حاصل شد. سپس آپوپروتئین در معرض مقادیر اشباع از فلزات روی و آهن قرار داده شد، با برگشت مجدد pH به 8 pH شرایط اتصال فلز به پروتئین فراهم شد. سپس با استفاده از فیلتراسیون ژلی فلزهای اتصال نیافته خارج شد. تولید کمپلکس Fe/AmMT2 و Zn/AmMT2 با استفاده از پروفایل جذب و واکنش کمپلکس با DTNB تأیید شد. اضافه کردن Fe/GST-AmMT2 به پروتئین کل استخراج شده از باکتری E. Coli باعث افزایش فعالیت کاتالاز شد. همچنین با افزودن این کمپلکس به پروتئین کل استخراج شده از گیاه حرا افزایش فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز و آنزیم کاتالاز مشاهده شد. این در حالی بود که افزودن فرم آپوی پروتئین هیچ تأثیری روی فعالیت این آنزیم‌ها نداشت. به نظر می‌رسد متالوتیونین با انتقال فلز آهن باعث افزایش فعالیت این آنزیم‌ها شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، پروتئین AmMT2 نه تنها در سمیت‌زدایی فلزات نقش دارد بلکه با فراهم ساختن فلز برای متالوآنزیم‌هایی که فعالیتشان وابسته به فلزات است باعث افزایش فعالیت آن‌ها می شود. افزایش فعالیت متالوآنزیم‌هایی مانند آسکوربات‌پراکسیداز و کاتالاز منجر به افزایش تحمل سلول به پراکسید هیدروژن می شود. کلمات کلیدی: متالوتیونین، فلزات سنگین، رادیکال های آزاد، متابولیسم فلزات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی