海藻糖及其在生物工程方面的应用

自海藻糖发现以来对其化学性质、生理功能、作用机理、代谢途径等已进行了较为深入的研究,其分子生物学的研究也渐渐兴起。研究表明海藻糖能提高生物体对干旱、低温、高温、pH、盐渍等逆境条件下的抗性。离体试验表明海藻糖能保护生物膜、蛋白质的结构并能保持逆境下的酶活性,同时,外源海藻糖同样对生物体有保护作用。由于海藻糖具有这些独特的生物学功能,它已在许多方面得以应用,可作为食品工业的一种添加剂和甜味剂,使干燥食品在得水后保持原有的色、香、味;也可作为医药工业的非特异性生物制品和生化药品保护剂,使其在常温下保存,从而降低运输与储存费用;另外,在农业研究中可利用现代分子生物技术培育表达海藻糖的转基因作物,提高农作物的抗旱、抗冻等抗逆性能。     

昆虫海藻糖酶的基因特性及功能研究进展

海藻糖酶(Treh)是昆虫能量代谢必不可少的一类酶, 亦是昆虫体内几丁质合成通路的第一个酶。其基因表达和酶活性直接与正常发育、 蜕皮、 变态以及繁殖等昆虫重要生理过程密切相关。目前已有多种昆虫的海藻糖酶基因被成功克隆, 从而发现昆虫海藻糖酶基因家族由多个成员组成。海藻糖酶基因所编码的蛋白大多数具有一个信号肽前导区, 部分蛋白拥有1~2个跨膜结构域, 根据是否具有跨膜结构, 可将其分为可溶性海藻糖酶(Treh1)和膜结合型海藻糖酶(Treh2)两类, 膜结合型海藻糖酶具有2个特有的标签序列, 即“PGGRFREFYYWDSY”和“QWDYPNAWPP”。海藻糖酶的主要功能是将胞外和胞内的海藻糖降解成葡萄糖, 为昆虫的生命活动提供能量。具体表现为两个方面, 一是参与昆虫几丁质合成途径, 从而调控表皮、 中肠等处的几丁质合成; 二是通过与激素的协同作用, 调控昆虫体内海藻糖和葡萄糖等糖类物质的浓度变化, 从而有效保护体内细胞的适应并渡过相应的逆境环境, 并提高其抗逆能力。鉴于海藻糖酶的重要功能, 其已成为害虫控制的潜在新靶标。不同类型海藻糖酶的功能研究及酶抑制剂的研发与应用将进一步推动害虫生物防治的发展。     

海藻糖合酶的分子生物学研究进展

海藻糖合酶能够将麦芽糖转化为海藻糖,在海藻糖的工业生产中具有十分重要的意义。本文从海藻糖合酶的基因克隆、基因工程应用、结构和催化机制的研究以及其在微生物体内的功能等方面讨论了海藻糖合酶的研究进展。     

昆虫海藻糖及其合成酶基因的特性与功能研究进展

海藻糖广泛存在于细菌、真菌、昆虫、无脊椎动物和植物等大量生物中。它不仅可以作为昆虫的能量来源,而且在抗逆等方面起着重要作用。海藻糖合成酶(Trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成过程中的一个关键酶。目前细菌、真菌和植物中都已经被发现和克隆,但其不存在于哺乳动物中。海藻糖是昆虫的"血糖",主要通过海藻糖合成酶和海藻糖-6-磷酸脂酶(Trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)在脂肪体中催化合成。TPS基因所编码的蛋白序列一般都包含两个保守的结构域:TPS和TPP,分别对应着酵母中的Ots A和Ots B基因。昆虫海藻糖合成酶的基因表达和酶活性的变化与昆虫的多项生理过程有着密切的关系,海藻糖合成酶有可能成为控制害虫的新靶标。     

酶法合成海藻糖研究的新进展

海藻糖（bondooe）是由两个葡萄糖残基经a－l,l键接的非还原二糖,广泛存在于细菌、酵母、真菌、藻类、昆虫中］。海藻糖具有独特而令人感兴趣的生物学功能。例如可以保护蛋白质、生物膜及敏感细胞的细胞壁免受干旱、冷冻、渗透压的变化等造成的伤害,用作不稳定药品、食品和化妆品的稳定剂,多种食品和药品的甜味剂,种子的包衣,冷冻干燥菌株的保护剂l’］等,最近报道海藻糖可保护DNA防止放射线引起的损伤［’］。海藻糖来源目前主要从酵母中提取,但收率较低,成本高,限制了其应用。以往的研究表明,海藻糖在真菌和细菌中的合成主要…     

奇妙的双糖——海藻糖

奇妙的双糖──海藻糖黄平（益阳卫生学校,湖南益阳４１３０００）关键词　海藻糖,生物学功能某些生物（例如某些植物种子、酵母细胞、真菌孢子以及某些微小生物）当其细胞内的水分完全或几乎完全除去时,仍能以一种极低新陈代谢或停止生命活动的状态长期生存下来,若重...     

海藻糖微生物酶法合成机制的研究

来源于嗜酸热古菌芝田硫化叶菌(Sulfolobus shibatae)B12的麦芽寡糖基海藻糖合酶(MTSase)和麦芽寡糖基海藻糖海藻糖水解酶(MTHase)基因在大肠杆菌中获得表达。将获得纯化的两个酶,分别以麦芽寡糖和淀粉为转化底物,在pH5.5,60℃条件下合成海藻糖。从反应产物分析结果可知,两个酶合成海藻糖时能利用的最小底物是麦芽四糖,海藻糖产率与麦芽寡糖链长正相关。同时还发现两个酶都具有轻微的α-1,4-葡萄糖苷酶活性,能在麦芽寡糖还原末端水解α-1,4糖苷键,生成葡萄糖分子,其反应最小底物分别是麦芽三糖和四糖。推测海藻糖合成酶可能有两个不同的催化活性中心。     

酵母内源性海藻糖代谢调控研究进展

作为一种天然稳定剂的双糖,海藻糖(Trehalose)在逆境下对生物体活性的保护功能既吸引了广泛的研究兴趣,也使其具有良好的应用价值和潜力。本文聚焦重要模式微生物和工业应用微生物酵母,结合组学研究最新进展,从海藻糖代谢途径、应激条件下的海藻糖代谢和转录特征以及提高胞内海藻糖含量策略等方面,对内源性海藻糖研究新进展进行了综述。     

海藻糖合酶的研究进展

海藻糖是一种天然存在的非还原性二糖, 对生物膜和蛋白质等大分子有独特的保护作用, 在食品、医药、化妆品等多个领域中都有广泛的发展空间。海藻糖合酶(TreS)是一类分子内转糖苷酶, 专一性地以麦芽糖为底物, 一步转化生成海藻糖, 操作工艺简单、底物价格低廉、应用前景良好。本文综述了海藻糖合酶的酶学性质、催化机理、基因工程以及目前存在的主要问题和拟解决方案。     

红色亚栖热菌TPS/TPP海藻糖合成途径中相关基因的克隆、表达及功能鉴定

通过构建红色亚栖热菌(Meiothermus ruberCBS-01)的基因组DNA文库,克隆得到该嗜热菌海藻糖合成途径中的磷酸海藻糖合成酶(TPS)和磷酸海藻糖磷酸酯酶(TPP)基因。以pET21a为表达载体,将磷酸海藻糖合成酶和磷酸海藻糖磷酸酯酶在大肠杆菌中进行表达并纯化,利用薄层层析的方法验证了这两个酶的活性。同时,本研究检测了红色亚栖热菌在各种环境压力下细胞内含物成分的变化情况,发现在高渗环境压力的诱导下,该菌会在胞内积累大量的6-磷酸海藻糖,而并非海藻糖,这为进一步研究TPS/TPP和TreS途径在细胞体内的作用奠定了基础。     

间歇性低氧对小白鼠营养代谢的影响

目的：探讨间歇性低氧对营养代谢功能的影响。方法：健康小白鼠随机分为正常、正常低氧、高脂、高脂低氧。通过17d的喂养和低氧训练,测量动物的体重、血糖、血胆固醇含量的变化及肝脏组织切片。结果：经间歇性低氧处理明显抑制高脂高糖饲养导致的体重、血糖、血胆固醇增高,肝脏脂肪细胞分布的密度和范围均比单纯高脂组有所降低。结论：适度的间歇性低氧可以降低血糖以及血液中胆固醇的水平,减轻体重,并可以有效防止肝细胞脂肪变性。     

Utilisation de glucose specifiquement marque en C-1 ou en C-6 par les jeunes Plantes de Suaeda macrocarpa

In 14-day-old plants of Suaeda macrocarpa, the pentose phosphate pathway exists at the same time as the Embden-Meyerhof-Parnas pathway. Its importance, always low compared to the pathway of the Krebs cycle, increases according to the sodium chloride concentration in the growth medium.     

沉默类胰岛素多肽(Ilp)基因对褐飞虱翅和卵巢发育及海藻糖代谢的影响

[目的]类胰岛素多肽(insulin-like peptide,Ilp)位于胰岛素信号通路最上游,其在糖类物质调控中发挥关键作用.本研究则旨在探究Ilp在褐飞虱Nilaparvata lugens海藻糖代谢平衡的调控作用.[方法]以褐飞虱5龄若虫为实验材料,采用RNAi技术干扰Ilps的表达,观察RNAi后褐飞虱的表型...     

褐飞虱两个糖转运蛋白的功能分析及调控海藻糖代谢的影响

海藻糖转运蛋白(Trehalose transporter, Tret)可将昆虫“血糖”——海藻糖由脂肪体转运到血淋巴中,是维持昆虫体内海藻糖平衡的重要转运蛋白。本研究通过对褐飞虱Nilaparvata lugens两条糖转运蛋白序列(NlTret1、NlTret1 X1)进行生物信息学分析,并利用RNAi技术沉默NlTret1与NlTret1 X1基因,探讨其对褐飞虱调控海藻糖代谢的生物学功能。生物信息学分析表明,NlTret1与NlTret1 X1分别有1 353 bp和1 488 bp的开放阅读框,编码具有450和495个氨基酸残基,蛋白分子量大小为49.984 kDa和53.059 kDa,理论等电点pI为6.53和7.46;保守结构域分析NlTret1和NlTret1 X1分别包含10个和12个跨膜结构域,属于MFS超家族;二级结构以及三级结构预测NlTret1和NlTret1 X1主要包含无规卷曲和α螺旋结构。进化树分析显示NlTret1和NlTret1 X1皆与同为半翅目昆虫的Tret1蛋白亲缘关系接近。与注射dsGFP相比RNAi后显著抑制了靶标基因的表达量。荧光定量检...     

UDP‐sugar pyrophosphorylase is essential for arabinose and xylose recycling,and is required during vegetative and reproductive growth in Arabidopsis

Numerous nucleotide sugars are needed in plants to synthesize cell wall polymers and glycoproteins. The de novo synthesis of nucleotide sugars is of major importance. During growth, however, some polymers are broken down to monosaccharides. Reactivation of these sugars into nucleotide sugars occurs in two steps: first, by a substrate‐specific sugar‐1‐kinase and, second, by UDP‐sugar‐pyrophosphorylase (USP), which has broad substrate specificity. A knock‐out of the USP gene results in non‐fertile pollen. By using various genetic complementation approaches we obtained a strong (>95%) knock‐down line in USP that allowed us to investigate the physiological role of the enzyme during the life cycle. Mutant plants show an arabinose reduction in the cell wall, and accumulate mainly two sugars, arabinose and xylose, in the cytoplasm. The arabinogalactanproteins in usp mutants show no significant reduction in size. USP is also part of the myo‐inositol oxygenation pathway to UDP‐glucuronic acid; however, free glucuronic acid does not accumulate in cells, suggesting alternative conversion pathways of this monosaccharide. The knock‐down plants are mostly sterile because of the improper formation of anthers and pollen sacks.     

重金属镉胁迫对白纹伊蚊幼虫海藻糖代谢的影响

【目的】深入了解镉对白纹伊蚊Aedes albopictus的毒害作用机理和白纹伊蚊对极端环境的适应机制,揭示重金属胁迫对白纹伊蚊种群发生、疾病传播等可能存在的影响,为卫生害虫防控等提供参考依据。【方法】分别用200 mL配制好的50, 100, 200, 300和400 mg/L镉溶液对放置于320 mL一次性杯中长势一致的白纹伊蚊3龄末至4龄初幼虫急性染毒12 h,以双蒸水养殖幼虫作为对照。通过生化方法测定处理后12 h白纹伊蚊幼虫体内海藻糖、葡萄糖和总糖原含量以及可溶性海藻糖酶(TRE1)和膜结合型海藻糖酶(TRE2)活力,并采用qRT PCR测定这些幼虫体内海藻糖合成酶基因(TPS), TRE1和TRE2表达量。【结果】在200和300 mg/L重金属镉处理12 h时白纹伊蚊幼虫海藻糖含量显著增加,在高镉浓度(300和400mg/L)处理时葡萄糖含量显著下降,而不同镉浓度急性处理对总糖原含量没有影响。TRE1和TRE2活力在高镉浓度(300和400 mg/L)处理时显著下降。300 mg/L镉处理组TPS相对表达量达到最高值,TRE1和TRE2相对表达量在高镉浓度(300和400 mg/L)处理时显著下降,与酶活力变化趋势表现一致。【结论】当镉浓度低于半致死浓度(217 mg/L)时,镉急性胁迫使白纹伊蚊幼虫TPS基因表达上调,而TRE基因则表达量下降,TRE活力降低,从而促使葡萄糖转化为海藻糖,通过海藻糖的积累来应对镉胁迫压力。这些结果说明海藻糖在白纹伊蚊在重金属应激中起一定作用,白纹伊蚊幼虫可以通过合成海藻糖从而提高应对镉胁迫的抗逆能力。     

The Syntheses of Catechin-glucosides by Transglycosylation with Leuconostoc mesenteroides Sucrose Phosphorylase

Sucrose phosphorylase from Leuconostoc mesenteroides was found to catalyze transglycosylation from sucrose to catechins. All catechins were efficient glycosyl acceptors and their transfer ratios were more than 40%. The acceptor specificity of the enzyme decreased in the following order: (?)-epicatechin gallate= (+)-catechin> (?)-epicatechin > (?)-epigallocatechin gallate> (?)-epigallocatechin. About 150 mg of the purified transfer product was obtained from 100 mg of (+)-catechin. Its structure was identified as (+)-catechin 3′-O-α-D-glucopyranoside (C-G) on the bases of the secondary ion mass spectrometry analysis, the component analyses of its enzymatic hydrolyzates, and the nulcear magnetic resonance analysis. The browning resistance of C-G to light irradiation was greatly increased compared to that of (+)-catechin. The solubility of C-G in water was 50-fold higher than that of (+)-catechin. The antioxidative activity of C-G in the aqueous system with riboflavin was almost equal to that of (+)-catechin. In addition, C-G strongly inhibited tyrosinase, in contrast with (+)-catechin, which is the substrate of tyrosinase. The inhibitory pattern of C-G was competitive using L-β-3,4-dihydroxyphenylalanine as a substrate.