工业真菌中的交替氧化酶

真菌是现代微生物发酵产业的主力军之一。交替呼吸途径(Alternative respiration pathway,ARP),以其非磷酸化电子传递途径,起到了能量溢流(Energy overflow)的作用,调节细胞能量代谢,平衡碳代谢和电子传递,有利于代谢产物的积累。此外,交替呼吸对真菌的抗逆反应和条件致病菌的生理作用也都具有非常重要的影响。交替氧化酶(Alternative oxidase,AOX)是线粒体中交替呼吸途径的末端氧化酶,广泛存在于高等植物及部分真菌和藻类中。由于交替氧化酶对水杨氧肟酸(Salicylhydroxamic acid,SHAM)敏感而对细胞色素呼吸抑制剂氰化物不敏感,交替氧化酶AOX介导的交替呼吸途径又被称为抗氰呼吸途径(Cyanide-resistant respiration,CRR)。近年来,研究交替呼吸途径和交替氧化酶已成为细胞呼吸代谢领域的热门课题。本文主要对真菌交替呼吸途径和交替氧化酶的结构与其在工业真菌体内功能的最新研究进展作一简要的综述。     

交替氧化酶在番茄种子萌发中的作用研究

交替氧化酶(AOX)是植物体线粒体抗氰呼吸途径的末端氧化酶。本研究表明,番茄种子吸水后,AOX及其介导的抗氰呼吸快速上升,并在第3天达到峰值。当用AOX抑制剂处理后,番茄种子萌发减慢,呼吸作用减弱,乙烯的释放量减少,活性氧(ROS)增多。此外,外施乙烯也能促进番茄种子的萌发,但不能促进AOX受抑制种子的萌发,表明乙烯对种子萌发的诱导作用依赖于AOX的表达。因此,本实验推测AOX在番茄种子萌发过程中起关键作用,并与调节ROS代谢及乙烯作用有关。     

高等植物的交替氧化酶研究进展

交替氧化酶(Alternative Oxidase,AOX)广泛存在于高等植物、藻类和原生生物线粒体内膜。从主呼吸链的辅酶Q分岔,是氧化辅酶Q、还原氧分子生成水的另一终端氧化酶。氧化过程没有质子穿膜运动、热量以产热方式散发。产热植物中交替氧化产生的热量使花粉发出芳香味吸引虫传粉。推测植物AOX使植物在环境胁迫下维持呼吸,调节能量平衡,抵抗氧化胁迫,保持三羧酸循环的运行。AOX是首次发现的双铁羧酸蛋白质成员中的膜蛋白质,AOX与膜分离后容易失活,至今尚未有三级结构的报导,只有二级结构的2种假设模式,最新的模式AOX为膜界面蛋白质而不是跨膜蛋白。最近我们的研究表明有2个途径可获得适量有活性的AOX:建立优化的pFLAG-1-AOX大肠杆菌超量表达系统;从产热植物如斑叶阿若母(Arum maculatum)花序组织线粒体分离纯化有活性的AOX。     

交替氧化酶结构和功能研究进展

交替氧化酶(a lternative ox idase,AOX)是植物线粒体呼吸链中抗氰呼吸途径(cyan ide-res istan t resp irationpathw ay)的末端氧化酶,它广泛存在于高等植物及部分真菌和藻类中。交替氧化酶是一种双铁羧基蛋白(d i-ironcarboxy late prote in),它不仅具有其它双铁羧基蛋白共有的结构特点以及去除分子氧的功能,更重要的是它还可以通过改变自身结构等方式来主动调节抗氰呼吸途径的运行程度,进而调节细胞多方面的代谢和功能,以适应环境条件的改变,增强植物适应各种逆境的能力,调节植物生长速率,并与细胞凋亡和光合作用相关。本文主要对交替氧化酶的结构与其在植物体内功能的最新研究进展进行综述。     

植物交替氧化酶(AOX)在大肠杆菌中优化表达

植物交替氧化酶(Alternative Oxidase,AOX)位于高等植物线粒体内膜,从细胞色素途径的辅酶Q分岔,催化4个电子还原氧分子形成水的另一终端氧化酶。分离纯化有活性的AOX比较困难。本文研究AOX原核表达,选择pFLAG-1分泌表达载体,用异丙基硫代-β-D-半乳糖苷(IPTG)诱导AOX优化表达,pFLAG-1-AOX大肠杆菌优化表达条件为:宿主DH5α、温度37℃、细胞密度OD600=0.6、IPTG浓度0.2mmol/L,诱导后60min收获细胞;获得少量可溶的细胞外周质AOX和大量不溶的AOX,为深入研究AOX打下基础,同时为研究膜蛋白原核表达提供依据。     

布氏锥虫苯丙氨酰-tRNA合成酶在大肠杆菌中的克隆、表达、纯化及活性测定

苯丙氨酰-tRNA合成酶是布氏锥虫蛋白合成过程中的一类重要酶,以其为靶点的抑制剂可能发展成为新一代的抗锥虫药物,但此前并没有分离锥虫苯丙氨酸-tRNA合成酶的报道。本研究用大肠杆菌成功克隆表达并纯化了布氏锥虫苯丙氨酰-tRNA合成酶并进行了活性测定。首先通过PCR方法从布氏锥虫细胞基因组中分别扩增出苯丙氨酰-tRNA合成酶的α亚基、β亚基的基因,依次克隆入pCOLADuet共表达载体,然后在大肠杆菌BL21(DE3)RIPL中进行了成功表达,并采用Ni-Bind亲和层析对其进行了纯化,最后用免疫印迹进行了鉴定。此外还采用放射性同位素方法进行了酶活性测定,这为下一步进行布氏锥虫苯丙氨酰-tRNA合成酶抑制物的设计和体外筛选奠定了良好的基础。     

烟草叶片中呼吸电子传递途径在缓解叶绿体PSⅡ光抑制中的作用

前期研究发现线粒体交替氧化酶(AOX)呼吸途径对叶绿体光系统II(PSII)的光抑制有明显的缓解作用。线粒体内另一条呼吸途径——细胞色素氧化酶(COX)呼吸途径是否也具有光保护作用尚不清楚。该文通过荧光快速诱导动力学和荧光淬灭分析,解析了烟草(Nicotiana tabacum)叶片中COX途径对PSII光保护的贡献及其与AOX途径的关系。结果表明,强光处理后PSII活性在所有叶片中均下降。AOX途径受抑明显加速了叶片PSII活性的下降。而当COX途径受抑后,叶片PSII活性的下降与水处理的对照叶片无明显差异。当AOX途径与COX途径同时受抑时,叶片PSII活性的下降比单独抑制AOX途径时更严重。此外,呼吸电子传递受抑均导致叶片非光化学淬灭(NPQ)增加,AOX途径受抑导致的NPQ上调比COX途径受抑时更明显,AOX和COX途径同时受抑时NPQ的增幅最大。上述结果表明,烟草叶片中COX途径和AOX途径均参与PSⅡ的光保护。当COX途径受抑时,其光保护功能可以被AOX途径和NPQ补偿,而AOX途径的光保护作用不能被COX途径和NPQ完全补偿。     

烟草叶片中呼吸电子传递途径在缓解叶绿体PSII光抑制中的作用

前期研究发现线粒体交替氧化酶(AOX)呼吸途径对叶绿体光系统II(PSII)的光抑制有明显的缓解作用。线粒体内另一条呼吸途径——细胞色素氧化酶(COX)呼吸途径是否也具有光保护作用尚不清楚。该文通过荧光快速诱导动力学和荧光淬灭分析,解析了烟草(Nicotianatabacum)叶片中COX途径对PSII光保护的贡献及其与AOX途径的关系。结果表明,强光处理后PSII活性在所有叶片中均下降。AOX途径受抑明显加速了叶片PSII活性的下降。而当COX途径受抑后,叶片PSII活性的下降与水处理的对照叶片无明显差异。当AOX途径与COX途径同时受抑时,叶片PSII活性的下降比单独抑制AOX途径时更严重。此外,呼吸电子传递受抑均导致叶片非光化学淬灭(NPQ)增加,AOX途径受抑导致的NPQ上调比COX途径受抑时更明显, AOX和COX途径同时受抑时NPQ的增幅最大。上述结果表明,烟草叶片中COX途径和AOX途径均参与PSII的光保护。当COX途径受抑时,其光保护功能可以被AOX途径和NPQ补偿,而AOX途径的光保护作用不能被COX途径和NPQ完全补偿。     

温度上升提高了黄瓜叶片线粒体交替氧化酶呼吸途径对光破坏防御作用的贡献

本文以黄瓜为实验材料,研究了不同温度下植物叶片交替氧化酶呼吸途径(AOX途径)对光破坏防御贡献的差异及其机理。结果表明,低温不仅抑制了AOX途径的活性,还抑制了"Malate-OAA"穿梭,导致光合作用产生的过剩还原力NAD(P)H的消耗减少,低温下抑制AOX途径后没有加重叶片光抑制;而高温下AOX途径活性的上调有效消耗了通过"Malate-OAA"穿梭机制转运而来的过剩还原力,缓解了光合电子传递链的过度还原,并且AOX途径受抑后,叶片光抑制显著增加。上述结果表明AOX途径在低温下对光破坏防御的贡献受到明显限制,而在高温下AOX途径的上调增加了其对光破坏防御的贡献。     

斑叶阿若母花序中交替氧化酶(AOX)的分离

斑叶阿若母（Arum maculatum）开花时花序组织中线粒体通过交替氧化呼吸途径产生很高的热量。从花序线粒体中分离的蛋白质浓度约14．0mg／ml。氧电极测定的线粒体交替氧化呼吸耗氧量为32umoles／min。用渗透压法破碎线粒体,分离线粒体膜和基质。再用非离子去污剂dBC溶解线粒体膜上的交替氧化酶（AOX）。线粒体、线粒体膜和线粒体膜可溶蛋白都具有AOX活性。而线粒体基质和线粒体膜不可溶蛋白则没有AOX活性。用快速蛋白液相层析（FPLC）法纯化了AOX,其活性可达70—100％,在-70℃中保持6个月以上仍具有活性。银染显示纯化的AOX有4个不同分子量（30—32kD）的蛋白质斑点。双向电泳表明这四个蛋白质的等电点为pH6．4至pH7．4。分离出的斑叶阿若母AOX为测量其氨基酸序列和探索其空间结构创造了条件。     

AOX途径在苹果离体叶片失水过程中的光破坏防御作用

为探讨线粒体交替氧化酶呼吸途径（AOX途径）对水分胁迫下苹果叶片光破坏的防御作用,以苹果砧木平邑甜茶离体叶片为试材,通过AOX抑制剂水杨基羟肟酸(SHAM)处理,同时测定苹果叶片叶绿素荧光诱导动力学曲线和820 nm光的吸收曲线,结合JIP test分析,探讨了失水过程中AOX途径的光保护作用。结果表明：水分胁迫条件下,平邑甜茶叶片的AOX活性显著增加, SHAM抑制AOX途径后,叶片发生更严重的光抑制;在失水胁迫条件下,平邑甜茶叶片PSⅡ原初光化学反应的量子产额（TRo/ABS）、PSⅡ捕获的电子从Q_A传递到Q_B的概率（ETo/TRo）下降,PSⅡ单位反应中心吸收的光能（ABS/RC）上升,而PSⅠ的最大氧化还原活性（ΔI/I_o）未受影响;SHAM抑制AOX途径后,TRo/ABS和ETo/TRo进一步下降,ABS/RC进一步上升,同时引起了ΔI/I_o的下降。研究认为,水分胁迫条件下,平邑甜茶叶片PSⅡ发生了光抑制,而SHAM处理在加重PSⅡ光抑制的同时,引起了PSⅠ的光抑制;叶片失水过程中,AOX呼吸上调是平邑甜茶叶片的重要光破坏防御机制,特别是对PSⅠ具有重要的保护作用。     

蝙蝠的锥虫一新种——大黄蝠锥虫

国外对蝙蝠锥虫的研究已有八十多年的历史,记录的锥虫约20种(Hoare,1972)。我国仅秦耀庭(1938)在沈阳的一种蝙蝠中发现有类似Trypanosoma vespertilionis的锥虫存在。作者于1980—1981年检查了广州地区蝙蝠血寄生原虫,于大黄幅血中发现一种大锥虫,和前人描述过的蝙蝠血中的大锥虫亚属(Subgenus Megatrypanum)的各种锥虫不同,应是一新种。报道如下。     

异源表达NADH选择性氧化酶提高光滑球拟酵母酵解速率及丙酮酸生产强度

摘要：【目的】为进一步提高光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata)葡萄糖代谢速率及丙酮酸生产强度。【方法】将源于荚膜胞浆菌(Histoplasma capsulatum)的编码选择性氧化酶的AOX1基因过量表达于T. glabrata中,获得了一株线粒体内NADH氧化途径发生改变且胞内总NADH 氧化酶活性提高1.8倍的重组菌株AOX。【结果】与出发菌株CON比较,细胞浓度以及发酵周期降低了20.3%和10.7%,而平均比葡萄糖消耗速率和丙酮酸合成速率分别提高了34.7%和54.1%。其原因     

黄化水稻幼苗转绿期AOX1基因家族的表达与功能分析

完全黄化的水稻幼苗叶片在持续光照下总呼吸速率、交替途径的速率以及交替途径在总呼吸中的比值均上升,但以水稻AOX1基因家族3个成员的特异性片段为探针,仅观察到其中AOX1c转录本的增加。交替途径的专一性抑制剂SHAM可以降低水稻幼苗在持续光照过程中的相对光合放氧速率与叶绿素含量。同时,水稻黄化幼苗光照前黑暗处理时间越长,在恢复光照后交替途径能力的增加越显著,表现了转绿进程与交替途径之间的相关性。推测加强交替途径可能是植物缓和能量和物质需求矛盾的一个重要调控机制。     

锥虫系统发育的研究进展

锥虫(trypanosome)是最早在鱼类血液中发现、随后在几乎所有的脊椎动物血液里都有发现的原生动物寄生虫。它主要通过水蛭和吸血昆虫传播,使宿主受到不同程度的危害。为了较全面地了解锥虫系统发育的研究进展,本文综述了国内外有关锥虫系统发育研究的四个方面的内容锥虫的起源(介绍了锥虫起源于脊椎动物和起源于无脊椎动物的两种不同观点);锥虫的系统发育方式(单系发育);锥虫的进化是否与寄主存在协同性及进化史上分歧时间的差异性;目前研究中存在的问题。     

线粒体蛋白AOX和UCP在植物开花生热中的功能评述

有些植物的花器官能够主动产生大量热能,这种类似于动物的生热行为具有多样的生物学功能,对生热植物的生殖发育至关重要.开花生热及其调控机制的研究已引起研究者的极大关注.红外成像技术的发展为开花生热过程的动态监测和生热组织的精确定位提供了至关重要的技术支撑.交替氧化酶(alternative oxidase, AOX)和解偶联蛋白(uncoupling proteins, UCP)是参与调控植物生热的重要线粒体蛋白.本文综述了AOX和UCP在植物开花生热中的功能及其作用机制相关研究的进展,重点探讨了开花生热过程中AOX和UCP的功能与细胞呼吸代谢活动的关系.此外,最新研究还发现了一些非传统的不依赖于AOX和UCP的线粒体生热途径.在系统梳理开花生热调控机制最新研究进展的基础上,本文展望了将来以线粒体为基本功能单位系统性理解植物开花生热能量供应体系的研究.     

黄皮种子线粒体呼吸速率和活性氧清除酶活性对脱水的响应及其生态学意义

顽拗性种子脱落时具有较高的含水量和代谢活性, 对脱水高度敏感; 但顽拗性种子脱水敏感性的机理至今仍然不清楚。该文以顽拗性黄皮(Clausena lansium)种子为材料, 研究了种子和胚轴对水分丧失的响应, 在脱水过程中胚轴和子叶的呼吸速率, 胚轴和子叶线粒体的细胞色素c氧化酶(CCO)活性、外膜完整性、CCO和交替氧化酶(AOX)途径以及线粒体活性氧清除酶活性的变化。结果表明, 随着水分的丧失, 种子和胚轴的存活率逐渐下降, 种子的脱水敏感性大于胚轴; 胚轴和子叶的呼吸速率以及线粒体外膜的完整性降低。胚轴和子叶线粒体的CCO途径以及胚轴AOX途径的呼吸速率在脱水初期增加, 随着继续脱水下降, 胚轴线粒体AOX途径的呼吸速率则随着脱水显著下降。胚轴线粒体的超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性和子叶线粒体的APX活性随着脱水迅速下降; 胚轴线粒体的脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性和子叶线粒体的SOD、DHAR和GR活性在脱水初期增加, 然后下降。这些数据表明黄皮种子的脱水敏感性与线粒体的呼吸速率和活性氧清除酶的活性降低密切相关, 也与长期适应热带/亚热带的生境有关。     

单克隆抗体和抗合成多肽抗体检测烟草愈伤组织中交替氧化酶表达的比较(英文)

从经过不同温度处理的烟草 (NicotianarusticaL .)愈伤组织中提取并纯化线粒体蛋白 ,分别与交替氧化酶的单克隆抗体和抗合成多肽抗体进行免疫杂交。结果表明 :交替氧化酶的含量随温度的下降而显著上升 ;单克隆抗体的特异性较高于抗合成多肽抗体 ,但后者与交替氧化酶同样有良好的亲和性。因此 ,用合成多肽方法制备的抗体可以用于交替氧化酶的研究中。     

交替氧化酶在麻疯树盐胁迫响应中的作用

麻疯树耐贫瘠,能在降水量少、环境恶劣的地区种植,但麻疯树的抗逆机理至今尚未揭晓。研究了盐胁迫对麻疯树生长的影响以及交替氧化酶(AOX)在麻疯树盐胁迫响应中的作用。结果表明,麻疯树具有较强的耐盐性,200 mmol/L和400mmol/L NaCl处理对麻疯树幼苗生长影响不大,叶片叶绿素含量和细胞含水量与对照组材料相比无明显差异。1 mol/L NaCl处理时麻疯树生长减缓,气孔开度降低,但未表现出明显的胁迫损伤。盐胁迫条件下,AOX呼吸和AOX基因的转录水平明显上升。与对照组材料相比,AOX基因转录水平在200 mmol/L和400 mmol/L NaCl处理时上升近两倍,而在1 mol/L NaCl处理时上升近3倍。结果表明,AOX可能在麻疯树盐胁迫应答过程中起关键作用,与减轻植株氧化损伤有关。     

人类非洲锥虫病的治疗研究进展

人类非洲锥虫病是一种被忽视的热带寄生虫病,威胁着撒哈拉以南非洲人民的生命健康。目前临床使用的治疗药物有四种,这些药物副作用多,用药困难并产生了一定的耐药性,因此有必要开发安全有效且利于服用的药物。目前有三类候选药物相继进入临床实验阶段,在不久的将来可能会进入临床应用。另外,还有许多正在研究的治疗药物,包括天然产物、磷酸二酯酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、拓扑异构酶抑制剂、亮氨酰t RNA合成酶抑制剂、微管蛋白抑制剂以及一些靶点尚不明确却有很好的锥虫抑制活性的化合物。其中,壳二孢呋喃酮选择性较好,喹啉-3-羧酸类衍生物毒性低,5-硝基-2-呋喃酰胺类化合物对硝呋莫司耐受的锥虫仍有活性。这些研究无疑都为新型抗锥虫药物的出现提供了可能,相信在不久的将来越来越多的药物会在临床使用。