玉米可溶性无机焦磷酸酶家族基因的克隆和表达分析

可溶性无机焦磷酸酶(Soluble inorganic pyrophosphatase)通过水解作用调节细胞质中无机焦磷酸盐(PPi,pyrophosphate)的含量使其维持在适当水平。本研究一共克隆了玉米(Zea mays L.)中7个可溶性无机焦磷酸酶基因Zm PPases,分别位于第2、4、5、6、8、10号染色体上。同源基因分子量介于22.8~25.6 kDa之间,等电点介于4.84~6.24之间。可溶性无机焦磷酸酶蛋白的二级结构主要由α螺旋和β折叠构成。系统进化分析表明可溶性无机焦磷酸酶基因在玉米、水稻(Oryza sativa L.)、高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)和拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)物种中可以分为3组。亚细胞定位进一步揭示了玉米可溶性无机焦磷酸酶在细胞膜和细胞核中表达。此外,在不同非生物胁迫(盐和干旱)下Zm PPases基因表现出不同的应激反应,除了Zm PPase2.1(Zm00001d051564)在盐胁迫下表达下调,其余Zm PPases在盐和干旱胁迫下均表达上调。本研究通过对Zm PPases家族成员序列及表达进行全面分析,为进一步探讨Zm PPases的基因功能提供理论基础。     

植物焦磷酸酶(PPase)的研究进展

植物焦磷酸酶(PPase)可分为存在于细胞质中可溶性的无机焦磷酸酶和与膜结合的不可溶性焦磷酸酶.后者不仅能水解焦磷酸,同时还具有质子泵的功能.橡胶树乳管中与黄色体膜结合的不可溶性焦磷酸酶,是调控橡胶生物合成的一个必不可少的酶.对植物焦磷酸酶的结构及其功能和分子生物学研究的进展进行了综合论述,并着重阐述了焦磷酸酶在橡胶树橡胶生物合成中的作用.     

病毒dUTPase研究进展

脱氧尿苷焦磷酸酶（dUTP pyrophosphatase,dUTPasc）广泛存在于真核、原核细胞和病毒等生物有机体中,通过催化水解脱氧尿苷三磷酸（dUTP）,减少尿嘧啶在DNA合成中的错误掺入,降低细胞中的dUTP／dTTP比例,保证DNA复制的正确性和顺利进行。病毒编码的dUTPasc具有种属特异性,且与病毒的毒力和高效复制密切相关。本文就dUTPase的生物学功能、分类特征、表达调控、分布定位及病毒dUTPase功能的研究进展进行了概述,为深入开展dUTPase功能研究提供理论基础。     

茶尺蠖无机焦磷酸酶EoPPase672的表达与功能研究

【目的】本研究旨在通过克隆茶尺蠖Ectropis obliqua解毒相关无机焦磷酸酶(inorganic pyrophosphatase, PPase)基因EoPPase672，并对其进行原核表达和功能验证，为更好地了解EoPPase672在茶尺蠖解毒过程中的作用及相关功能的应用提供理论依据。【方法】从茶尺蠖转录组数据库中筛选到EoPPase672 cDNA,构建原核表达载体pET-32a-EoPPase672，转化到大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)，SDS-PAGE及Western blot鉴定重组表达蛋白；测定EoPPase672的浓度以及酶促反应最适温度、最适pH和最适金属离子。利用qRT-PCR检测亚致死浓度(LC₁₀=2.08 mg/L)溴氰菊酯刺激后不同时间不同龄期茶尺蠖幼虫中EoPPase672的表达水平。基于PPase的特性，分析重组蛋白EoPPase672在PCR反应中对焦磷酸盐(PPi)的去除效果和对PCR扩增效率的影响。【结果】通过原核表达和纯化获得重组蛋白EoPPase672。通过无机磷酸盐(Pi)含量标准曲线测得该酶的比活力为1 279.6 U/mg，酶促反应的最适温度为65℃、最适pH为7.5、最适金属离子为Mg²⁺。茶尺蠖幼虫被溴氰菊酯(2.08 mg/L)刺激12 h后，2和3龄幼虫EoPPase672的表达量与对照组的相比显著上调，4龄幼虫EoPPase672的表达量小幅上调；被溴氰菊酯刺激24 h后，2和3龄幼虫EoPPase672的表达量与对照组的相比仍然显著上调，但与刺激12 h的2和3龄幼虫中的相比下调。在PCR反应中添加重组蛋白EoPPase672后，部分PPi被水解，解除了PPi对PCR扩增的抑制作用，对PCR扩增效率起到了增强效果。【结论】这些结果表明，重组蛋白EoPPase672可提高PCR扩增效率，EoPPase672基因可能参与了茶尺蠖的解毒过程。研究结果为进一步研究茶尺蠖EoPPase672的功能提供了依据。     

焦磷酸在植物细胞能量代谢中的作用(综述)

ADVANCESINRESEARCHONTHEROLESOFPYROPHOSPHATEINCELLULARENERGYMETABOLISMOFPLANTSWangYixing(DepartmentofBiology,JinanUniversity,Guangzhou510632)LiMingqi(DepartmentofAgriculturalBiology,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642)焦磷酸（PPi）是一种高能化合物,其水解的G为-33．4kJmol,即PPi水解释放的自由能与ATP相似（ATP水解为ADP和Pi的G为-31．3kJmol）。但是对于焦磷酸代谢的传统观点是：细胞内焦磷酸水平很低,代谢中的焦磷酸,主要是在大分子如蛋白质、淀粉等生…     

NTP焦磷酸酶的生物学功能及临床相关性研究进展

核苷三磷酸焦磷酸酶(nucleotide triphosphates pyrophosphatase,NTP-PPase)是一类可将核苷三磷酸(nucleotide triphosphates,NTPs)水解生成其对应的NMPs,同时释放出焦磷酸的核酸酶。随着其在从大肠杆菌到哺乳动物细胞中的广泛发现,它们在进化上的保守性表明该家族分子在维持生命过程中具有重要作用。NTP焦磷酸酶可以通过水解异常核苷酸,避免其掺入到新合成的DNA或RNA链中,保证DNA合成的精确性和基因组的稳定性,并与肿瘤的发生、发展密切相关。将对NTP焦磷酸酶的研究进展作简要介绍。     

甲基戊糖梭菌膜整合焦磷酸酶提高转基因烟草的抗旱性

由焦磷酸(PPi)驱动的膜整合焦磷酸酶(PPase)在生物适应逆境方面可能起着重要作用,包括H~+-PPase、Na~+-PPase和Na~+,H~+-PPase三个亚家族。相比于H~+-PPase,其它两个亚家族PPase近年来才在原核生物(特别是动物肠道菌)中被发现,有关它们的应用研究更是匮乏。通过两轮巢式PCR从人肠道宏基因组中扩增得到甲基戊糖梭菌膜整合焦磷酸酶(CmPP)全长基因。序列分析表明该基因含有一个完整的ORF(长2 100 bp,编码一个699 aa的蛋白质,G+C含量为59.9%,碱基分布均衡)。膜拓扑学结构预测CmPP是一个由16个跨膜α螺旋组成的膜蛋白,与目前已鉴定过的膜PPase跨膜结构相符。序列比对分析推测CmPP属于K+依赖型Na~+,H~+-PPase亚家族成员。另外,通过农杆菌转化获得了CmPP转基因烟草。对其子一代植株的抗旱分析发现,在干旱胁迫条件下CmPP转基因株系的干物质含量、总叶绿素含量和根系活力均下降,而其叶片MDA含量和电解质渗透率均升高,但相同胁迫下的变化程度都显著低于野生型烟草。这些结果表明CmPP基因的导入能够有效提高烟草的抗旱能力。     

封面故事

<正>生物体内存在着复杂的一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)活性调节机制以精确调控一氧化氮的生成。在神经系统中,一氧化氮主要由神经型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase,nNOS)催化生成     

吡啶核苷酸转氢酶的结构及功能

吡啶核苷酸转氢酶(pyridine nucleotide transhydrogenases)是能直接催化NADP(H)与NAD(H)之间氢负离子可逆转移的氧化还原酶, 主要调控分解代谢和合成代谢过程中NADH与NADPH之间的动态平衡. 膜结合吡啶核苷酸转氢酶(TH)是ATP依赖性跨膜蛋白, 由2个亚基构成, 每个亚基包含dⅠ、dⅡ和dⅢ三个结构域. 在TH结合可变催化机制中, 氢负离子的转移总是与质子转移相偶联. 可溶性吡啶核苷酸转氢酶(STH)是非能量依赖性的黄素蛋白, 以可溶性多聚体形式存在. 目前认为,很多因活性氧自由基异常增多而引起的线粒体疾病都与TH的活性有关, 包括糖尿病、癌症、神经退行性疾病及心血管疾病等. TH分子机制的研究将有助于揭示这些线粒体疾病的致病机理以及为其诊断和基因治疗提供分子依据. STH作用机理的研究及其在辅酶再生系统中的应用, 将会推动代谢工程和工业生物催化过程的进一步发展.     

醌蛋白研究进展

醌蛋白又称醌酶,是一类以吡咯喹啉醌(PQQ)或其结构类似物(TTQ、TPQ或LTQ)为辅助因子的氧化还原酶。以PQQ为辅酶的醌蛋白是其中最重要的一类醌蛋白。按其在氧化还原反应过程中包含辅酶的种类和数量可以分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型等3种型别。Ⅰ型醌蛋白是一类简单的醌蛋白,只含有1分子的PQQ作为辅酶;而Ⅱ型和Ⅲ型醌蛋白含有PQQ和血红素c作为辅酶。Ⅱ型醌蛋白包含1分子PQQ和1分子血红素c,广泛存在于假单胞菌属、丛毛单胞菌属细菌的胞外周质中,参与催化反应过程。Ⅲ型醌蛋白仅存在于醋酸菌属细菌的细胞膜上,由3个亚基组成,即含有1个PQQ/血红素的催化亚单位、1个含有3个血红素c的亚单位和1个不含辅酶的功能未知的亚单位。综述了几种主要醌蛋白的结构、催化机制、电子传递,以及它们的应用情况。     

链霉菌磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶对载体蛋白的底物选择性的研究进展

磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶(PPTase)催化脂肪酸合酶(FAS)、聚酮合酶(PKS)和非核糖体肽合成酶(NRPS)中载体蛋白从脱辅基形态转化为全辅基形态,对脂肪酸、PKS产物和NRPS产物的生物合成起着不可或缺的作用。本文介绍并总结了链霉菌PPTase对载体蛋白底物选择性的最新研究进展:Ⅲ型PPTase特异性催化同一个多肽链中ACP的辅基化;Ⅱ型PPTase倾向于催化Ⅰ型PKS中ACP和NRPS中PCP的辅基化;Ⅰ型PPTase倾向于催化Ⅱ型PKS中ACP和Ⅱ型FAS中ACP的辅基化;编码基因位于基因簇内的Ⅰ型/Ⅱ型PPTase倾向于催化编码基因位于同基因簇内的PKS/NRPS中ACP/PCP的辅基化;这些研究结果为阐明并改造链霉菌辅基化网络以提高特定次级代谢产物的产量提供了参考和借鉴。     

Ⅱ型硫脂酶与次生代谢产物合成北大核心CSCD

Ⅱ型硫脂酶(type Ⅱ thioesterases,TEⅡ)属于α/β水解酶,含有保守的催化三元件(Ser-His-Asp),广泛存在于非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetases,NRPS)和聚酮合成酶(polyketide synthases,PKS)系中。与Ⅰ型硫脂酶(type Ⅰ thioesterases,TEⅠ)不同,TEⅡ作为一个独立的蛋白质行使硫脂键水解功能。以往的数据研究发现,合成途径中TEⅡ基因缺失导致聚酮(polyketides,PK)或非核糖体肽(nonribosomal peptide,NRP)的产量显著降低。本文通过对硫酯酶(thioesterases,TE)的聚类分析,显示序列同源性方面TE聚类成两个不同的进化枝,一个含有所有TEⅠ,第二个包含所有TEⅡ。对TEⅡ的多序列比对及结构分析,结果显示TEⅡ序列中的标记序列"GHSMG"为保守序列,结构的差异性导致TEⅡ功能的差异性,综合前期相关数据研究,对TEⅡ在生物合成中的功能途径进行了概括性论述,并对其今后在次生代谢物合成研究中的应用进行了展望,以期加深对TEⅡ的认识和理解。     

菠萝叶片绿色组织与贮水组织液泡膜ATPase和焦磷酸酶特性

研究了景天酸代谢 (CAM)植物菠萝叶片绿色组织与贮水组织液泡膜ATPase和焦磷酸酶 (PPase)特性。绿色组织有较高的ATPase和PPase活力。贮水组织 (绿色组织 )ATPase和PPase活力的最佳温度分别为 43和 49℃ (3 7和 46℃ )。当温度小于最佳温度时 ,ATPase和PPase活力随着温度的上升而上升 ;而当温度大于最佳温度时 ,ATPase和PPase活力随着温度的上升而下降。在 (1 0～ 46℃ ) 1 0～3 7℃的温度范围 ,绿色组织 (PPase)ATPase活力随着温度的上升而上升的速度大于贮水组织中(PPase)ATPase活力上升的速度 ,绿色组织有 (相对 )较高的ATPase和PPase活力 ;但在 (49～ 6 1℃ )43～ 5 5℃的温度范围 ,贮水组织中 (PPase)ATPase活力随着温度的上升而下降的速度小于绿色组织中(PPase)ATPase活力下降的速度 ,贮水组织有相对较高的ATPase和PPase活力。此外 ,贮水组织中这两种酶活力的热稳定性强于绿色组织中这两种酶活力的热稳定性。对这两种酶活力的最佳 pH和底物依赖性也进行了研究     

Ⅱ型硫脂酶与次生代谢产物合成

Ⅱ型硫脂酶(type Ⅱ thioesterases,TEⅡ)属于α/β水解酶,含有保守的催化三元件(Ser-His-Asp),广泛存在于非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetases,NRPS)和聚酮合成酶(polyketide synthases,PKS)系中。与Ⅰ型硫脂酶(type Ⅰ thioesterases,TEⅠ)不同,TEⅡ作为一个独立的蛋白质行使硫脂键水解功能。以往的数据研究发现,合成途径中TEⅡ基因缺失导致聚酮(polyketides,PK)或非核糖体肽(nonribosomal peptide,NRP)的产量显著降低。本文通过对硫酯酶(thioesterases,TE)的聚类分析,显示序列同源性方面TE聚类成两个不同的进化枝,一个含有所有TEⅠ,第二个包含所有TEⅡ。对TEⅡ的多序列比对及结构分析,结果显示TEⅡ序列中的标记序列"GHSMG"为保守序列,结构的差异性导致TEⅡ功能的差异性,综合前期相关数据研究,对TEⅡ在生物合成中的功能途径进行了概括性论述,并对其今后在次生代谢物合成研究中的应用进行了展望,以期加深对TEⅡ的认识和理解。     

人细胞核dUTPase的克隆表达及其酶学活性

以阿尔茨海默病 (Alzheimer’sdisease ,AD)患者脑cDNA文库质粒为模板 ,用PCR方法扩增得到人细胞核dUTP焦磷酸酶 (dUTPase)的cDNA ,将其克隆到谷胱甘肽 S 转移酶 (GST)融合表达载体pGEX 4T 1中 ,并在大肠杆菌BL2 1中获得高效表达 .表达的融合蛋白GST dUTPase经过谷胱甘肽 Sepharose 4B亲和层析 ,凝血酶酶切和SephacrylS 10 0纯化 ,得到高纯度dUTPase蛋白 .通过SDS PAGE ,氨基酸组成分析 ,N端氨基酸序列测定以及HPLC测Mr 结果与期望值一致 .通过检测该酶水解dUTP释放的焦磷酸 (PPi)来测定表达产物dUTPase蛋白及GST dUTPase融合蛋白的酶活性 ,发现两蛋白都具有正常的酶水解dUTP活性 ,但融合蛋白的活性比dUTPase蛋白低 7～ 8倍 .同时研究了Mg2 +和EDTA对酶活性的影响     

玉米叶片依赖焦磷酸的磷酸果糖激酶两种分子型动力学特性的研究

从玉米叶片中部分纯化了依赖焦磷酸的磷酸果糖激酶(PPi-PFK),对果糖2,6-二磷酸具有很高的敏感性(K_a≈15nmol/L)。纯化过程中酶的生糖方向活性对酵解方向活性的比值逐渐增加。F2,6-P_2的参与使这一比值下降,并且解除高浓度PPi对酶FBP形成活性的抑制。 用胰蛋白酶限制酶解,90min使80％酶的酵解方向活性丧失而仍然保持几乎全部的酶的生糖方向活性。胰蛋白酶修饰的酶的动力学结果表明F6P饱和曲线呈明显S型而且V_(max)大大下降。在F2,6-P_2存在下修饰酶的K_m(F6P)值比天然酶约大4倍。 酶的生糖方向活性动力学特性的比较说明天然酶和胰蛋白酶修饰酶几乎具有相同的催化能力和底物(F6P)亲合力。 实验支持植物PPi-PFK存在两种可以相互转化的酶分子型的调节酶的活性和作用方向的模型。     

无机焦磷酸化酶基因转化甘蔗的遗传研究

甘蔗是我国最为重要的糖料作物,也是一种重要的能源作物,提高甘蔗的含糖量是甘蔗育种的主要目标.通过农杆菌介导法将无机焦磷酸化酶(PPase)基因导入甘蔗,以期获得提高蔗糖含量的转基因植株.经过PPT抗性筛选获得72株抗性植株,并对其进行PPase基因和bar筛选标记基因的双重PCR检测,其中有13株都呈阳性.结果初步证明无机焦磷酸化酶基因已整合到甘蔗的基因组中.     

聚糠萘水剂对不同积温带玉米花后叶片氮同化的影响

试验于2010—2011年在黑龙江省3个积温带哈尔滨市(Ⅰ)、绥化市(Ⅱ)、依安县(Ⅲ)的试验站进行,以郑单958和丰单3号为材料,研究大田条件下温度差异对花后玉米穗位叶氮同化及产量的影响与化学调控剂——聚糠萘水剂(PASP-KT-NAA,PKN)的调控效应。结果表明:(1)硝酸还原酶活性(Nitrate Reductase Activity,NRA)、硝态氮、叶绿素、叶片氮含量表现为ⅠⅡⅢ;可溶性蛋白与游离氨基酸含量花后0—10 d表现为Ⅲ高于Ⅰ、Ⅱ;在花后30—40 d游离氨基酸Ⅰ高于Ⅱ、Ⅲ;PKN处理提高NRA、硝态氮、叶绿素、叶片氮含量、可溶性蛋白和游离氨基酸含量。(2)玉米产量均表现为ⅠⅡⅢ,郑单958产量均高于丰单3号;PKN处理后,玉米产量均高于清水对照,其中郑单958化控处理(Zhengdan treatment,ZDTR)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的增产幅度分别为为3.09%—8.81%,4.61%—10.91%,5.91%—13.51%;丰单3号化控处理(Fengdan treatment,FDTR)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的增产幅度为2.43%—5.19%,3.03%—6.01%,2.57%—4.62%。PKN处理提高了3个积温带玉米穗位叶片氮同化关键酶活及其产物含量,促进低温条件下氮同化正常进行,最终提高产量。     

人肝二氢蝶啶还原酶的三个活性组分

本文测定了人肝二氢蝶啶还原酶三个活性组分(Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ)的动力学常数。对NADH来说,这三个组分几乎具有相同的Km值,对组分Ⅱ来说,二氢蝶啶还原酶对蝶啶的Km值顺序如下:醌型6,7一二甲基二氢蝶啶(qDMPH_2)>醌型6-甲基二氢蝶啶(q6MPH_2)>醌型生物喋呤(qBH_2)。以qDMPH_2为底物,组分Ⅰ和Ⅱ的Km值大约比组分Ⅲ的Km值高2.5倍。所有三个组分具有不同的Vmax值,因而催化效应也不相同。每一个组分的SDS凝胶电泳均为单一谱带,相当于分子量26kD亚基。这些结果告诉我们,不同组分的DHPR在结构上有某种联系但催化效应却有差别。     

冬小麦拔节期不同茎蘖对低温胁迫的反应及抗冻性评价

以小麦济南17和山农8355为材料,在低温胁迫条件下,测定了不同茎蘖功能叶和叶鞘超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)和可溶性蛋白含量,并利用主成分分析、聚类分析对其抗冻性进行综合评价.结果表明： 低温胁迫条件下,小麦拔节期不同茎蘖功能叶和叶鞘中SOD、POD和CAT活性均不同程度地上升,MDA和可溶性蛋白含量则不同程度地上升或下降.利用主成分分析和聚类分析,将济南17不同茎蘖分为3类：主茎和一级分蘖Ⅰ、Ⅱ属强抗冻蘖组,一级分蘖Ⅲ、Ⅳ和二级分蘖Ⅰp属中度抗冻蘖组,二级分蘖Ⅱp属弱抗冻蘖组;将山农8355不同茎蘖分为3类：主茎和一级分蘖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ属强抗冻蘖组,一级分蘖Ⅳ和二级分蘖Ⅰp属中度抗冻蘖组,二级分蘖Ⅱp属弱抗冻蘖组.表明冬小麦拔节期不同茎蘖存在抗冻性差异,且低位蘖较高位蘖抗冻.