还原型二(三)磷酸吡啶核苷酸[NAD(P)H]脱氢酶复合体及叶绿体呼吸研究进展

除了经过光系统II和光系统I的非循环电子传递以外,围绕光系统I的循环电子传递对维持高效率的光合作用也是不可缺少的,其中叶绿体还原型二(三)磷酸吡啶核苷酸[NAD(P)H]脱氢酶复合体(NDH复合体)介导的循环电子传递是目前研究的热点。随着质体末端氧化酶(PTOX)的发现,NDH参与的循环电子传递与叶绿体呼吸在补充光合作用所需能量以及抵御光氧化胁迫过程中的作用正日渐引起研究者的重视。文章根据近年的研究进展就叶绿体NDH复合体及其介导的循环电子传递与叶绿体呼吸的生理功能做了综述。     

高温胁迫对烟草叶绿体NADPH脱氢酶复合体活性的促进

为探讨叶绿体NAD(P)H脱氢酶复合体(NDH)在植物抵御热胁迫中的生理意义,比较了烟草ndhJK基因缺失突变体(ΔndhJK)和野生型对50℃高温胁迫的响应.高温下,野生型中一条NBT-NADPH氧化还原酶活性带有所增加,免疫印迹分析确定了此活性染色带是NDH亚复合体,该活性带中的NDH-K表达量也在热胁迫条件下明显地增加.与ΔndhJK相比,在高温胁迫下,野生型中远红光诱导的P700 氧化速率明显地变慢,而远红光关闭后的P700暗还原速率则显著地变快,表明高温促进NDH介导的围绕光系统I的循环电子传递.根据这些结果推测,在热胁迫条件下野生型中对NADPH底物专一的NDH活性的增加可能有利于减少NADPH的积累,减轻叶绿体间质的过度还原.     

烟草叶绿体NAD(P)H脱氢酶在抵御高温胁迫中的作用

经42℃高温处理48 h以上, 烟草(Nicotiana tabacum L.)ndhC-ndhK-ndhJ基因缺失突变体(ΔndhCKJ)植株较其野生型(WT)先出现茎部褐变、叶片萎蔫等氧化伤害症状. 作用光关闭后的叶绿素荧光动力学表明, WT植株中NAD(P)H脱氢酶(NDH)介导的PSI循环电子传递和叶绿体呼吸在高温胁迫时被促进了. 用甲基紫精(MV)处理叶圆片的结果显示, ΔndhCKJ光合机构更易受到光氧化伤害, 甚至首先发生叶绿素漂白. P700氧化还原分析表明, NDH介导的循环电子传递途径可能通过与MV竞争电子而减少活性氧(ROS)的积累. 将叶圆片于42℃处理6 h后, ΔndhCKJ光化学反应活性的下降比WT更显著, 与此一致, 可溶性Rubisco活化酶含量显著低于WT, 且电子传递链还原程度和非光化学能量耗散水平均显著高于WT. 叶绿素毫秒延迟发光慢相的测定结果显示NDH介导的循环电子传递有助于跨膜质子梯度(ΔpH)的形成, 但其耗用在DndhCKJ中受到严重抑制. 根据以上结果推测, NDH介导的循环电子传递在高温胁迫下运转加快, 并将过剩的电子分流至叶绿体呼吸途径, 此外, NDH途径提供的DpH可能在一定程度上有利于维持CO₂同化的进行, 从而能够减轻光氧化胁迫的伤害.     

Towards Characterization of the Chloroplast NAD（P）H Dehydrogenase Complex

The NAD（P）H dehydrogenase （NDH） complex in chloroplast thylakoid membranes functions in cyclic electron transfer, and in chlororespiration. NDH is composed of at least 15 subunits, including both chloroplast- and nuclear-encoded proteins. During the past few years, extensive proteomic and genetic research on the higher plant NDH complex has been carried out, resulting in identification of several novel nuclear-encoded subunits. In addition, a number of auxiliary proteins, which mainly regulate the expression of chloroplast-encoded ndh genes as well as the assembly and stabilization of the NDH complex, have been discovered and characterized. In the absence of detailed crystallographic data, the structure of the NDH complex has remained obscure, and therefore the role of several NDH-associated nuclear-encoded proteins either as auxiliary proteins or structural subunits remains uncertain. In this review, we summarize the current knowledge on the subunit composition and assembly process of the chloroplast NDH complex. In addition, a novel oligomeric structure of NDH, the PSI/NDH supercomplex, is discussed.     

An active supercomplex of NADPH dehydrogenase mediated cyclic electron flow around Photosystem I from the panicle chloroplast of Oryza sativa

Chloroplast NAD（P）H dehydrogenase-like complex （NDH） plays a crucial role in the protection of plants against oxida- tive stress. In higher plants, NDH interacts with Photosystem I （PSI） to form an NDH-PSI supercomplex. However, the chloroplast supercomplex with NADPH oxidation activity remains to be identified. Here, we reported the identification of a supercomplex of NDH with NADPH-nitroblue tetrazo- fium oxidoreductase activity in the chloroplast of rice panicle. The active supercomplex from the panicle chloro- plast contained higher amounts of the NDH subunits （NdhH, NdhK, and NdhA） than that from the flag leaf chloroplast. The highly active supercomplex might underlie the high ac- tivity of the NADPH-dependent NDH pathway and the larger proton gradient across thylakoid membranes via cyclic electron flow around PSI, as well as the higher maximal photochemical efficiency of Photosystem II at the flowering to grain-filfing stage. The supercomplex is sug- gested to be essential for the high efficiency of photosynthesis and play a protective role in the grain formation in rice plant.     

几种蓝藻光合NAD（P）H脱氢酶复合体研究的新进展

蓝藻NAD（P）H脱氢酶（NDH-1）是一种重要的光合膜蛋白复合体,参与CO2吸收、围绕光系统I的循环电子传递和细胞呼吸。就几种蓝藻NDH-1复合体的鉴定、结构、生理功能等研究的新进展进行了综述与分析,并对今后NDH-1复合体的研究作了展望。     

Molecular properties,functions, and potential applications of NAD kinases

NAD kinase catalyzes the phosphorylation of NAD（H） to form NADP（H）, using ATP as phosphoryl donor. It is the only key enzyme leading to the de novo NADP＋/ NADPH biosynthesis. Coenzymes such as NAD（H） and NADP（H） are known for their important functions. Recent studies have partially demonstrated that NAD kinase plays a crucial role in the regulation of NAD（H）/ NADP（H） conversion. Here, the molecular properties, physiologic functions, and potential applications of NAD kinase are discussed.     

过量表达苹果酸脱氢酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

大肠杆菌NZN111是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌,厌氧条件下由于辅酶NAD(H) 的不平衡导致其丧失了代谢葡萄糖的能力。构建了苹果酸脱氢酶的重组菌大肠杆菌NZN111/pTrc99a-mdh,在厌氧摇瓶发酵过程中通过0.3 mmol/L的IPTG诱导后重组菌的苹果酸脱氢酶 (Malate dehydrogenase,MDH) 酶活较出发菌株提高了14.8倍,NADH/NAD+的比例从0.64下降到0.26,同时NAD+和NADH浓度分别     

质膜NAD（P）H氧化酶参予金瓜炭疽（Colletotr8ichum lagerarium）细胞壁激发子诱导人参细胞产生激发反应

在人参（Panax ginsengC.A.Meyer)悬浮细胞质膜上测出了NAD（P）H氧化酶活性可以被金瓜炭疽细胞壁激发子（Cle)诱导,Cle处理还能诱导人参悬浮细胞的氧迸发,促进人参悬浮细胞的皂苷合成,提高苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活力,以及诱导查尔式酮酶（CHS）的累积和细胞壁上抗性相关蛋白基因脯氨酸富裕蛋白基因hrgp(Hydroxyprolin-rich glycoproteins)的表达,当用哺乳动物白细胞质膜NADPH氧化酶的特异性抑制剂二精致苯基碘（Diphenylene iodonium,DPI)与奎吖因（quinacrine)预处理人参悬浮细胞30min后,Cle诱导的H2O2释放与Cle激活的质膜NAD（P）H氧化酶活性被抑制。同时Cle诱导的PAL活性及CHS的积累下降,皂苷合成与hrgp的表达被抑制。由此推测;人参细胞质膜NAD（P）H氧化酶与哺乳动物白细胞质膜NADPH氧化酶有很大的相似性,在Cle激发人参悬浮细胞产生氧迸发的过程中,NAD（P）H氧化酶活性被诱导从而导致H2O2的产生,H2O2作为第二信使,激活苯丙氨酸途径,诱发人参皂苷的合成及hrgp防御基因的表达,这一过程中还涉及到Ca^2 内流,胞内Ca^2 浓度的升高,蛋白磷酸化与去磷酸化。人参细胞质膜NAD（P）H氧化酶在人参细胞对Cle的反应过程中起一种介导作用。因此可能存在由Cle刺激,NAD（P）H氧化酶被诱导,H2O2释放,到人参细胞产生激发反应这样一个由外及内的级联反应。     

氧化磷酸化中质子的转运机制介绍和讨论

氧化磷酸化过程中电子传递和磷酸化所伴随的质子（H＋）跨线粒体内膜转运,是生物化学教学中的一个重点和难点。该文介绍参与H＋跨膜（线粒体内膜或细菌质膜）转运的复合体Ⅰ（又称为NADH-Q还原酶或NADH脱氢酶）、复合体Ⅲ（又称为细胞色素还原酶或细胞色素bc1复合体）、复合体Ⅳ（又称为细胞色素氧化酶或细胞色素c氧化酶）和复合体Ⅴ（又称为F1F0-ATP合酶）跨膜转运H＋的机制。     

过量表达烟酸单核苷酸腺苷酰转移酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

大肠杆菌NZN111是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因(ldhA)和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因(pflB)的发酵生产丁二酸的潜力菌株。厌氧条件下NADH不能及时再生为NAD+,引起胞内辅酶NAD(H)的不平衡,最终导致厌氧条件下菌株不能利用葡萄糖生长代谢。nadD为催化NAD(H)合成途径中烟酸单核苷酸(NaMN)生成烟酸腺嘌呤二核苷酸(NaAD)的烟酸单核苷酸腺苷酰转移酶(Nicotinic acid mononucleotide adenylyltransferase,NAMNAT)的编码基因,通过过量表达nadD基因能够提高NAD(H)总量与维持合适的NADH/NAD+比例。文中构建了重组菌E.coli NZN111/pTrc99a-nadD,在厌氧摇瓶发酵过程中通过添加终浓度为1.0 mmol/L的IPTG诱导表达,重组菌E.coli NZN111/pTrc99a-nadD中NAD+和NADH的浓度分别比宿主菌E.coli NZN111提高了3.21倍和1.67倍,NAD(H)总量提高了2.63倍,NADH/NAD+从0.64降低为0.41,使重组菌株恢复了厌氧条件下生长和代谢葡萄糖的能力。重组菌与对照菌相比,72 h内可以消耗14.0 g/L的葡萄糖产6.23 g/L的丁二酸,丁二酸产量增加了19倍。     

甲酸脱氢酶及其在手性生物制造中的应用

氧化还原生物合成体系在绿色生物制造手性化合物中具有重要应用价值.甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase,FDH)能氧化甲酸盐生成二氧化碳,同时将NAD(P)+还原为NAD(P)H,是氧化还原生物合成中辅酶再生体系的关键酶.但天然的FDH催化效率低、稳定性差、辅酶利用率不高等缺点制约了其在工业生产中的应用...     

孔雀绿定磷法测定植物NADP磷酸酶活性

AMethodofPhosphateDeterminationUsingMalachiteGreenFitfortheMeasurementofNADPPhosphataseActivityYANGWan-Nian,HEZhi－Chang（CollegeofLifeSciences,WuhanUniversity,Wuhan430072)NADP磷酸酶催化NADP水解生成NAD和磷酸：NADP＋H2O→NAD＋Pi。该酶与NAD激酶一起参与NAD和NADP水平的调节。其活性通过乙醇脱氢酶循环反应生成的NAD确定［1］。该方法虽然比较灵敏,但操作比较繁琐,反应条件不易控制。孔雀绿定磷法是一种灵敏度很高的测定无机磷的方法［2,3］已用于ATP酶［2,3,4］活性及钙调素含量[3]的…     

铝对玉米生长和硝酸还原酶活性的影响

测定了生长在Al2（SO4）100μmol／L氮素营养液中的两个玉米品种（SC704和VA35的根系和叶片）的NADH-硝酸还原酶（EC1．6．6．）和NAD（P）H-硝酸还原酶（EC1．6．6．2）活性。结果表明铝的存在阻碍了玉米根系和叶片的生长、降低了营养液的pH值,降低了叶片的NADH-及NAD（P）H-硝酸还原酶活性（酶活性降低的程度SC704低于VA35）,增加了根系的NADH-和NAD（P）H-硝酸还原酶活性（VA35根系的比活性除外）。铝胁迫下根系的NADH-和NAD（P）H-硝酸还原酶活性的增加SC704大于VA35。耐铝品种SC704的高NR活性以及在铝胁迫下能维持更高的NR活性的特点说明硝酸还原酶与植物组织的Al解毒机制有关。同时,在铝胁迫下的硝酸盐代谢中NAD（P）H-硝酸还原酶具有更重要的作用。     

糙皮侧耳乳酸脱氢酶鉴定及其菌丝高温胁迫下表达特征分析

乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LDH）可催化丙酮酸与乳酸（lactic acid,LA）之间的可逆转化，为探索乳酸脱氢酶基因在糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus）菌丝体高温胁迫响应中的作用，在糙皮侧耳（P. ostreatus）菌株CCMSSC00389基因组中鉴定获得了8个乳酸脱氢酶编码基因。生物信息学分析结果显示，3个基因编码D型乳酸脱氢酶，5个基因编码L型乳酸脱氢酶。氨基酸序列比对、系统发育、三维结构和亚细胞定位分析显示，3个D型乳酸脱氢酶的同源性较高，可能属于细胞色素C依赖的D型乳酸脱氢酶，D-LDH2和D-LDH3位于线粒体中；5个L型乳酸脱氢酶的氨基酸序列同源性较低，并按电子受体和亚细胞定位的不同分为3个类型。通过检测36℃、40℃高温胁迫下乳酸脱氢酶基因的表达量变化，明确D-ldh3、L-ldh5和L-ldh7表达特征相同，L-ldh6和L-ldh8的表达特征相同，D-ldh1、D-ldh2和L-ldh4则表现出不同的基因表达趋势，表明乳酸脱氢酶基因对不同高温胁迫温度的响应方式存在差异。高温胁迫条件下，乳酸脱氢酶总酶活性降低，胞内乳...     

植物细胞中蛋白质向叶绿体转运的研究进展

植物细胞中叶绿体的功能主要依赖于叶绿体蛋白, 大部分叶绿体蛋白由核基因组编码, 在细胞质中合成并经过正确的分选后, 通过叶绿体外膜上的Toc复合体和/或内膜上的Tic复合体转运到叶绿体的不同部位。该文主要综述可能参与叶绿体蛋白分选的胞质因子以及Toc和Tic组分如何参与叶绿体蛋白转运的研究进展。     

NAD(P)H依赖型氧化还原酶不对称还原胺化制备手性胺的研究进展

不对称还原胺化反应是制备医药中间体手性胺结构单元的重要反应。目前已有许多不同种类的酶被应用于合成手性胺,其中NAD(P)H依赖型氧化还原酶催化的还原胺化反应最为引人注目,因为其能够一步将潜手性酮化合物完全转化为光学纯的手性胺化合物。文中以亚胺还原酶、氨基酸脱氢酶、冠瘿碱脱氢酶和还原性酮胺化酶为例,从NAD(P)H依赖型氧化还原酶的结构特征、作用机理、分子改造及催化应用等方面,综述了其在不对称还原胺化合成手性胺领域的研究进展。     

烟酸转磷酸核糖激酶和丙酮酸羧化酶共表达对大肠杆菌BA002产丁二酸的影响

大肠杆菌BA002是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌。厌氧条件下NADH不能及时再生为NAD+,引起胞内辅酶NAD(H)的不平衡,最终导致厌氧条件下菌株不能利用葡萄糖生长代谢。pncB是烟酸转磷酸核糖激酶 (NAPRTase) 的编码基因,通过过量表达pncB基因能够提高NAD(H)总量与维持合适的NADH/NAD+,从而恢复了厌氧条件下重组菌E. coli BA014 (BA002/pTrc99a-pncB) 的生长和产丁二酸的性能。然而,BA014在厌氧发酵过程中有大量丙酮酸积累,为进一步提高菌株的丁二酸生产能力,减少副产物丙酮酸的生成,共表达NAPRTase和来自于乳酸乳球菌 NZ9000中丙酮酸羧化酶 (PYC) 的编码基因pyc,构建了重组菌E. coli BA016 (BA002/pTrc99a-pncB-pyc)。3 L发酵罐结果表明,BA016发酵112 h后,共消耗了35.00 g/L的葡萄糖。发酵结束时,菌体OD600为4.64,产生了25.09 g/L丁二酸。通过共表达pncB和pyc基因,使BA016的丙酮酸积累进一步降低,丁二酸产量进一步提高。     

集胞蓝藻PCC6803含疏水亚基的NAD（P）H脱氢酶亚复合体的分离

利用离子交换与凝胶过滤层析 ,从n dodecylβ D maltoside(DM)处理的集胞蓝藻SynechocystisPCC6 80 3细胞粗提液中 ,首次分离到两个包含NDH疏水亚基NdhA的亚复合体。酶活性分析表明 ,分离到的NDH亚复合体具有NADPH 氮蓝四唑 (NBT)氧化还原酶活性 ,以NADPH为电子供体可以还原铁氰化钾、二溴百里香醌 (DBMIB)、二氯酚靛酚 (DCPIP)、duroquinone以及UQ 0等质醌类电子受体。     

利用酵母双杂交筛选豌豆叶绿体镁离子螯合酶D亚基相互作用蛋白

植物叶绿体镁离子螯合酶是四吡咯化合物生物合成途径中合成叶绿素分支(镁分支)的第一个酶,它催化镁离子螯合到原卟啉IX中,形成镁原卟啉IX. 镁离子螯合酶是1个由3个亚基H、D和I组成的多亚基酶,3个亚基均由细胞核编码,进入叶绿体发挥功能.该酶不仅控制着叶绿素的合成,其各个亚基还具有很多其它的功能：H亚基既是ABA受体,又参与叶绿体到细胞核的反向信号传导;D亚基也与叶绿体到细胞核的反向信号传导有关. 本文利用酵母双杂交技术,将编码豌豆镁离子螯合酶D亚基的cDNA片段构建到诱饵载体pGBKT7中,分别用共转化的方法筛选豌豆叶片细胞核编码的均一化cDNA文库和用Mating的方法筛选豌豆叶片叶绿体编码的均一化cDNA文库,共得到121个候选克隆,其中有60个克隆共编码21个叶绿体蛋白质,19个来自于核基因编码,2个来自于叶绿体基因编码. 这些候选蛋白参与叶绿素合成、卡尔文循环、叶绿体蛋白质翻译和叶绿体基因转录等多个代谢过程. 酵母点对点和GST-pull down对其中的4个蛋白做了进一步的验证.这些结果将为D亚基的功能研究提供进一步的线索.