肌紅蛋白在藏羚羊心肌和骨骼肌低氧適應(yīng)中的作用.pdf

1、藏羚羊（Pantholops hodgsoni）俗稱獨(dú)角羊，偶蹄目、?？?、藏羚屬。生活在中國青藏高原（西藏、青海和新疆），有少量分布在印度拉達(dá)克地區(qū)。我國特有物種，群居。常年生活在海拔3250m-5500m，尤以4500m-5500m的無人區(qū)較常見，如高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠等缺氧環(huán)境，具有極強(qiáng)的耐高寒、抗缺氧等能力，是研究高原低氧適應(yīng)機(jī)制較理想的動(dòng)物模型。肌紅蛋白(Myoglobin，Mb)是一種主要表達(dá)于心肌和具有氧化特性的骨骼

2、肌中的一種細(xì)胞質(zhì)血紅素蛋白，其在肌肉中的主要作用是通過可逆性的與氧結(jié)合和釋放，促進(jìn)氧從細(xì)胞質(zhì)彌散到線粒體，為肌肉組織儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)氧。有研究報(bào)道，肌紅蛋白與氧的親合力高于血紅蛋白，在相同氧分壓下，其結(jié)合的氧量是血紅蛋白的6倍。因此，肌紅蛋白作為攜氧珠蛋白之一，在機(jī)體對(duì)氧的儲(chǔ)存和利用方面發(fā)揮了重要的作用。藏羚羊能在高寒缺氧地區(qū)以60公里的時(shí)速連續(xù)奔跑70-100公里，說明其肌紅蛋白發(fā)揮了特殊的氧傳遞作用。為了揭示肌紅蛋白在藏羚羊心肌和骨骼肌低

3、氧適應(yīng)中的作用及其機(jī)制，我們用RACE的方法，對(duì)藏羚羊Mb基因cDNA全長序列進(jìn)行了克隆和分析，并以同海拔高度的高原適應(yīng)動(dòng)物藏綿羊及低海拔的綿羊?yàn)閷?duì)照，從mRNA水平和蛋白水平比較了Mb在三種動(dòng)物中的表達(dá)差異。測定和分析了三種動(dòng)物心肌、骨骼肌中Mb含量與乳酸(lactic acid，LD)含量、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH)活力和蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenase，MDH）活力等能量

4、代謝指標(biāo)間的關(guān)系，并對(duì)三種動(dòng)物的LDH同工酶譜做了進(jìn)一步的分析。結(jié)果得到藏羚羊Mb基因全長cDNA序列為1154bp，5’非翻譯區(qū)（untranslated region，UTR）長111bp，3’UTR由578bp組成。開放閱讀框（open reading frame，ORF）為465bp，編碼154個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)。將該序列的全長序列登錄于GenBank，登錄號(hào)為JN561790。用DNAMAN軟件，將藏羚羊Mb基因cDNA序列

5、與其他物種進(jìn)行同源性比較分析，結(jié)果顯示藏羚羊的Mb基因cDNA序列與綿羊和牛有98％同源性，而與其他哺乳動(dòng)物如牦牛、豬、馬、人、高原鼠兔、小鼠、大鼠及雞的同源性在97%-71%，推導(dǎo)出的氨基酸序列與綿羊、牛和牦牛有98%同源性，與其他哺乳動(dòng)物的同源性在89%-72%之間，說明藏羚羊Mb基因序列較保守。二級(jí)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)藏羚羊肌紅蛋白基因由8個(gè)α螺旋結(jié)構(gòu)組成的多肽鏈，進(jìn)一步將藏羚羊Mb基因編碼區(qū)序列與綿羊比較后發(fā)現(xiàn)，位于第21位和78位的密

6、碼子均發(fā)生了突變，分別是第21位的GGT突變?yōu)镚AT，第78位的GAA突變?yōu)锳AG；推導(dǎo)的氨基酸也發(fā)生了相應(yīng)的改變，分別是甘氨酸突變?yōu)樘於彼峒肮劝彼嵬蛔優(yōu)橘嚢彼?，進(jìn)一步用生物信息學(xué)分析軟件對(duì)其氨基酸序列3D結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)位點(diǎn)的突變并沒有改變其分子結(jié)構(gòu)從而改變攜氧能力。進(jìn)而對(duì)藏羚羊Mb mRNA和蛋白表達(dá)水平的研究發(fā)現(xiàn)，不論是心肌還是骨骼肌，藏羚羊明顯高于低海拔綿羊。此結(jié)果表明，藏羚羊心肌和骨骼肌中肌紅蛋白的高表達(dá)能夠提高其在低氧

7、環(huán)境中獲取和儲(chǔ)存氧的能力，從而使心肌和骨骼肌在缺氧的極端環(huán)境下仍保持充足的氧供。能量代謝指標(biāo)測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，藏羚羊心肌和骨骼肌中的LD含量和LDH活力顯著低于藏綿羊和低海拔綿羊，而MDH活力和MDH/LDH比值則明顯高于藏綿羊和低海拔綿羊，這可能是因?yàn)椴亓缪蛐募『凸趋兰≈芯哂休^高含量的Mb,肌細(xì)胞氧供應(yīng)充足，這樣LDH的合成受到抑制，其活性較低，肌細(xì)胞主要通過有氧代謝獲取能量以滿足機(jī)體對(duì)氧的需求。本研究為進(jìn)一步闡明藏羚羊在高原低氧適應(yīng)中肌