大腹园蛛丝腺的氨基酸组成分析

大腹园蛛丝腺的氨基酸组成分析 f;一f 第3卷第2期 1999年6月 生命科学研究 LireScienceResearch VoI3 Jun No.2 199g 文章编号:10077847(1999)o2013805 大腹园蛛丝腺的氨基酸组成分析 L 曹梦林.谢锦云,陈平,陈微——— ———,——————一 (湖南师范大学生物学系,中国湖南长抄410081) I.?三二 摘要:通过解剖太腹目蛛,获得5种丝腺体,并时各丝臃蛋白进行了氨基酸组 成分析和蛋白质相对分子质量测定,比较了不同丝脖体蛋白质组成的差异,发现 不同丝腺体蛋白质氯基酸组成中Gly和Glu均有较高含量,而Set的含量并不 高,壶状臃中合有较高的Pro,而管状臃中合有较高的Arg.同时发现不同丝腺 体蛋白质的相对分子质量存在较明显差异,例如集舍腺中不同相对分子质量的 蛋白质分布较均匀,而在葡萄状腺中太分子质量的蛋白质明显高于小分子质量 蛋白质. 关曩词些璺兰壁墨皇 中圉分类号:Q517 厶. 高教液相色谱;墨壁皇窭 文献标识码:A 磅-呔 AnalysesofAminoAcidCompositionofSilkGlands inAraneusVentricous CAOMeng—ling.XIEJingyun,CHENPing,CHENWei (DepartmentofBiology,HunanNormalUniversity,Changsha410081一Hunan—China) Abstract:FivekindsofsilkglandofthespiderAraneusVentricousweredissected.The aminacidcompositionofeachsilkglandwasanalysed,highamountsofGluandGlywere foundinal1thedifferentsilkglands.Thereareevidentdifferenceoftheaminoacidcompo— sitionbetweendifferentglands.TheglandampullaceaeisrichinProandtheglandtubuli formesisrichinArg.Themolecularweightsofthesilkproteinsindifferentglandswere determinedbySDSPAGE.Theglandaggregataecontainsmoreproteinswithhighmolec ularweight,theglandaciniformescontainsaboutthesameamountofproteinswithdiffer entmolecularweight. Keys:araneusve~lr’it’ou$;silkglandprotein;HPLC;gelelectr0ph0resis 蜘蛛丝是目前已知弹性和韧性最高的天然纤维而且还有耐腐蚀,抗酶解的特点+困而 收稿日期:1999—04—05;,奎回日期:19990510 基金项目:国家自然科学基金与湖南省自然科学基金资助(湘科计字[1994]第209—28) 作者简介:曹梦林(1952一),女一湖南益阳市人t湖南师范大学实验师t研究方向:生物化学;谢锦云 (1937一),女,广东东莞市人湖南师范大学教授,研究方向:生物化学.Tel:(0731)8872556. 第2期曹梦林等:大腹园蛛丝腺的氟基酸组成分析139 蜘蛛丝有着广泛的应用前景.例如用它制造防弹背心,降落伞拉绳以及手术缝合线等.国际 上对肖蛸科棒络新妇蛛的蛛丝研究很多,已完成其拖丝纤维蛋白部分一级结构测定,并完成 其基因顺序测定.但是对园蛛科蛛丝所做工作较少. 本实验所采用的材料是大腹园蛛(Araneusvenlricosu9.L.Koch,1878),其身体后端的 纺器连着各种丝腺体,内含各种丝腺蛋白.大腹园蛛有5种不同的丝腺体,即:壶状腺(GL. ampullaceae),葡萄状腺(GL.aggregatae),梨状腺(GL.piriformes),管状腺(GL.tubuli formes),集合腺(GL.acini~ormes),各腺体分泌不同功能的丝腺蛋白,而各种丝腺蛋白的功 能与其结构有关,因而弄清各丝腺蛋自的组成和结构,对研究丝腺蛋白的功能具有重要意 义.本实验采用PITC法对其中4种丝腺蛋白进行了氨基酸组成分析.用SDS—PAGE对可 溶性丝腺蛋白进行了相对分子质量测定,实验结果明了5种丝腺蛋白的组成存在差异,因 而功能也各不相同. 1材料与方法 1.1材料 1.1.1大腹园蛛:采自岳麓山区.将活体蜘蛛浸入盛有7o酒精的采集管中杀死,然后在 显微镜下解剖蜘蛛腹部,分别剥离出各种丝腺体0一. 1.1.2设备:2010色谱工作站.996二极管矩阵检测器,自动进样器等,(Waters公司产 品),稳压电源,电泳槽(北京六一厂产品). 1.1.3试剂:异硫氰酸苯酯,巯基乙醇(sigma产品),蛋白质分子量(上海丽璩东风产 品),其它均为国产分析纯试剂. 1.2方法 1.2.1大腹园蛛丝腺蛋白的氨基酸组成分析方法 1)样品处理:将解剖所得壶状腺,葡萄状腺,梨状腺,管状腺分别放入EP管中,加入双 蒸水,经破碎,离心,取上清液.冷冻干燥.然后取样品放于反应瓶中,于1IOV水解24h.再 经衍生处理,待上样. 2)采用PITC法,用HPLC仪分析蛛丝腺蛋白的氨基酸组成.得壶状腺,葡萄状腺,梨 状腺,管状腺四种丝腺蛋白的氨基酸组成分析图谱. 1.2.2大腹园蛛可溶性丝腺蛋白的分子量测定方法 1)样品处理:提取丝腺蛋白(同前),用SDS样品溶解液溶解样品,沸水浴3min,待上 样. 2)用SDSPAGE法测定可溶性丝腺蛋白的相对分子质量.聚丙烯酰胺凝胶浓度为 l2,磷酸缓冲系统,pH7.2.得葡萄状腺,集合腺,壶状腺,梨状腺四种丝腺蛋白的电泳图 谱. 2结果 2.1丝腺蛋白的氨基酸组成分析 壶状腺,葡萄状腺,梨状腺,管状腺4种大腹园蛛丝腺蛋白的氨基酸组成分析结果见图 1,2及表1. l40生命科学研究l999年 图1雌蜘蛛壶状腺蛋白的氨基酸组成分析(PITC法) Fig.1AminoacidcomposttionotGLampullaceaeproteinin早Aroneusventri’cosus 表1备腺体分泌的丝隙蛋白的氨基酸组成及含量() Table1Aminoacidcompositionandpercentageoftheeachsilkglandprotein 往{SSCR表示Smartsidechainrescues:G【y—Ala+;PR表示PolarresiduesAsp+Thr+Ser+G[u+Tyr十Iys+ His+Arg;AR表示Acidresidues:Asp+G[u;BR击示Basicresidues:I.ys+His--Arg 『 第2期曹梦林等:大腹园蛛丝腺的氨基酸组成分析141 2150 t0O 050 图2雄蜘蛛壶状腺蛋白的氪基酸组成分析(PITC法) Fig.2AminoacidcompositionofGl—ampul[aceaeproteinin0Aronezl$vemrlcosus 2.2丝腺蛋白的相对分子质量测定 结果见图3及表2. 】lille 2345 ??口 ?口l =E 一衄 血衄_ 日皿_皿I ?m_ _—_ ll-衄 ll I皿 图3可溶性丝腺蛋白SDS—PAGE谱带图 660301.葛萄状腺2.壶状腺3.集合腺 4.梨状腺5.相对分于质量标准 450…] Fi3SDS—PAGEfoilkgland 3470oD rotelnofs0lub 24ooo1.GL.appullaceasprotein;2.GL.aggr较各丝腺蛋白的氨基酸组成及含量可以看出: 壶状腺(G1ampullaceae)分泌的丝腺蛋白是拖丝的重要组成部分.其功能是制造网 架0].此丝腺蛋白中Gly,Ala,Pro,Glu含量较高,特别是雄蜘蛛壶状腺丝腺蛋白的Gly含量 高达39.9;同时发现小侧链的氨基酸含量高,旱为54.3;0为66.3,而酸性氨基酸含 量偏低.由此看来,高含量小侧链氨基酸,特别是Gly,Ala对丝腺蛋白的弹性,韧性有一定 影响-_ 葡萄状腺(G1aggregatae)分泌的丝腺蛋白其主要功能与蛛网的粘性有关.此丝腺蛋 白中Gly,Pro,Glu含量较高,但Gly的含量不如壶状腺中的含量那么高,旱为16.3,0 为18.3,极性氨基酸含量相对较高.而高含量的Pro与蛛网的粘弹性有密切的关系. 梨状腺(G1Piriformes)分泌的丝腺蛋白其功能被认为是作蛛网的连接盘,使蛛丝稳定 在蛛网基底部].此丝腺蛋白中小侧链的氨基酸相对较少,而极性氨基酸含量较高,旱为 53.2,0为51.5.酸性氨基酸和碱性氨基酸含量较其它丝腺体的高.由此看来,含量高 的极性氯基酸可能与丝腺蛋白起连接盘作用有关. 管状腺(GLtubuli(ormes)分泌的丝腺蛋白其功能与蜘蛛卵袋的网丝有关.此丝腺蛋白 中极性氨基酸及小侧链氨基酸含量均较高.Peakall等人(1964)通过研究发现,蜘蛛卵囊丝 腺蛋白中Ser和Ala含量较高.本实验的测试结果与文献报道基本相符. 由表2可看出:在大腹园蛛的各个腺体中,壶状腺含有不同相对分子质量的蛋白质最 多,并且分布较为均匀;葡萄状腺中高相对分子质量蛋白质较多,低相对分子质量的蛋白质 少或缺;集合腺中蛋白质分布较均匀,各个区间都有;梨状腺中的蛋白质,高相对分子质量和 低相对分子质量的都有,而处于中间状态的相对分子质量蛋白质少或缺.这些结果说明,具 有不同功能的丝腺体的蛋白质组成是不同的. 综上所述,从氮基酸组成分析结果看.其中甘氨酸,丙氨酸,脯氨酸和谷氨酸的高含量特 征.可能对蛋白质结构有一定影响.大腹园蛛的五种丝腺体在蛋白质种类与含量,氨基酸 组成等方面相互之间存在着差异,可能与不同丝腺蛋白在纺丝结网的功能方面有所不同有 关. 不同种类和含量的氨基酸残基构成不同腺体蛋白质.其蛋白质的一级结构和空间结构 怎样,对蛛丝的性能有何影响,还有待进一步研究. 参考文献: r1王迎,谢锦云.大腹园蛛拖丝蛋白一级结构初步研究LJ-.生物化学与生物物理学报,1997,5(29): 469-474. [2:尹长民主编.无脊推动物学实验[M_.北京:高等教育出版杜,1991 [3:LUCASF.SpidersandtheirsilkslJ]DiscoveryI.ond,1964.25.1—7. L4一PEAKALLDB.Composition.{unction.andglandularorigin..silkfibroinsofthespider,A~neus di,sdemaluscTexp~J]Zoo[.1964.156,345350. [5]ANDERSENSO.Aminoacidcompositionofspidersilks口].CompBiochemnPhysio1.197D.35: 7057l1. [6_谢锦云.陈平.王迎三种蜘蛛丝蛋白组成分析口].激光生物学.1995,3(4):705708