植物细胞壁松弛蛋白——膨胀素

膨胀素(expansin,也称作扩张素或扩张蛋白)是一种引起植物细胞壁松弛的蛋白质,在植物细胞伸展以及一系列涉及细胞壁修饰的生命活动中起着关键作用。膨胀素由多基因家族编码,目前的研究表明膨胀素超家族由4个基因亚家族构成。膨胀素存在于不同的种属植物中,并克隆了大量的扩张蛋白基因。综述了近年来国内外有关膨胀素基因和蛋白的结构特征及作用机制等方面的研究进展。     

一种植物细胞壁松驰蛋白:膨胀素

在植物细胞的生长过程中 ,多糖和蛋白质分泌到细胞壁里层 ,并形成具有一定机械强度的网络 ,这个网络是能伸展的 ,除非细胞停止生长。在细胞的生长过程中 ,一种细胞壁蛋白—膨胀素首次被鉴定出来具有使细胞壁的多糖网络疏松的能力 ,从而使膨压驱动的细胞扩大。膨胀素由两个多基因家族即α -膨胀素和 β -膨胀素多基因家族编码 ,每种基因的表达具有部位和细胞类型的特异性 ,但最新的研究也表明拟南芥中的膨胀素可以分为三个亚家族。越来越多的膨胀素基因从各种植物中鉴定出来 ,系统分析显示它们可能从一个共同的祖先基因进化而来。膨胀素的作用机理研究的还不是很清楚 ,但因为它们具有特别的功能 ,因此展现出良好的工业化应用前景。     

膨胀素的结构与功能

膨胀素是植物细胞生长期间释放的一种能使细胞壁松弛的蛋白质,是细胞壁伸展的关键调节剂,对细胞生长有重要作用。膨胀素由庞大的基因家族编码,分为α-、β-、γ-和δ-膨胀素。膨胀素有多种功能,研究它对搞清生长机制有着重要的意义。     

植物细胞壁松弛因子

植物细胞壁的松弛是细胞伸长必需的一个生理过程,发生于植物生长发育的各个阶段。研究发现参与细胞壁松弛的因子有多种,主要包括膨胀素（expansin）、木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（XTH）、糖基水解酶和羟基自由基（·OH）四大类。本文主要对这些细胞壁松弛因子的结构特征、作用机制及其在植物生理过程中的作用等方面的研究进展进行综述。     

膨胀素在植物生长发育中的作用

膨胀素是一类具有非水解活性的细胞壁松弛蛋白,参与植物生长发育过程中细胞壁的修饰。大多数植物中都发现有膨胀素基因家族成员存在,其功能涉及植物生长发育的各个方面,包括营养生长、形态发生、受精授粉、果实成熟等,并表现出高度的组织、器官和细胞特异性。本文综述膨胀素在种子萌发、叶的发育、根茎生长、花的发育等生长发育过程中的作用。     

植物细胞壁寡糖素的生理功能

植物细胞壁可分泌各种寡糖信息分子,称为寡糖素。它们对植物的抗性、生长速度、形态发生等方面有一定的调控作用。说明细胞壁是一个具有广泛生理活性的构造。     

Expansin(细胞壁松弛蛋白)的发展

Expansin是一种体外诱导分离的植物细胞壁伸展的蛋白,在修饰细胞壁基础上使细胞膨胀。Expansin的功能众多,除了促进细胞生长,还包括影响营养生长、形态发生、授粉受精、果实软化等,并表现出高度的组织、器官和细胞特异性。目前已经在多种植物及其他一些生物范围内对expansin及类expansin序列和蛋白质进行了研究,并对它们的作用机制进行了探索。     

奇妙的植物细胞壁扩展素

通常,在植物茎或根顶端分生组织后面的细胞,可进行 1— 3个数量级的扩展或生长,这种扩展主要是指细胞壁和液泡的扩展。那么植物细胞的细胞壁为什么会发生扩展呢 ?植物生理学家曾为此做过大量的研究工作,最近发现了一种能使植物细胞壁扩展的奇妙物质,即扩展素 (Expansin)　　早在 20世纪 70年代初期,有人曾提出一个假说,即生长中的植物组织细胞,在酸性条件下的扩展或生长速度将大大超过中性条件。由此可以设想,生长激素可通过把质子泵入细胞壁而诱导生长。该论点认为细胞壁酸碱值 (pH)的减小可激活一种或多种细胞壁松驰酶,从而使…     

伸展素—细胞壁糖蛋白

本文对伸展素的结构、生物合成、组装和功能作了概述。     

植物细胞壁酶的分子结构与生理功能

在细胞壁中发现的酶已近30种,大都属于水解酶或氧化还原酶类。已经测定了蛋白质一级结构的壁酶包括过氧化物酶、多聚丰乳糖醛酸酶和果胶酯酶等。建立了cDNA克隆的壁酶则有纤维素酶等。壁酶的主要生理功能是催化细胞壁各种组分的加工、聚合和解聚,提供还原力和氧化剂,并参与细胞生长调控、细胞问的分子识别以友抗逆防病。     

Expansin的研究进展

随着对植物生长机制的不断深入研究,发现expansin蛋白具明显而广泛的促进生长的作用。简述了expansin蛋白的生化特性及其对细胞壁的松弛机制,同时介绍了expansin在水稻中的组织定位。     

新发现的植物细胞壁蛋白

分别从矮牵牛和菜豆基因文库中分离到的一种基因都编码富含甘氨酸的蛋白质(GRP),经免疫学方法证实,GRP为细胞壁蛋白。从玉米悬浮培养细胞中分离到富含苏氨酸与羟脯氨酸的糖蛋白(THRGP)和富含组氨酸与羟脯氨酸的糖蛋白(HHRGP)。氨基酸及中性糖的组成、分子形状、免疫特性等生化特点都表明THRGP和HHRGP是单子叶植物类型的细胞壁蛋白。     

酶降解烟叶中细胞壁物质

烟叶中以细胞壁物质存在的碳水化合物在燃吸时产生不良影响,在一定条件下向烟叶中施加一定量的纤维素酶和果胶酶,使部分细胞壁物质降解为水溶性糖,烟质得到改善,纤维素酶和果胶酶最佳用量均为每克烟叶30u酶量（活力）,最佳作用条件为;烟叶水分25%,作用温度50℃,作用时间4h,且在真空条件下可使细胞壁物质降解更有效,可降解烟叶中细胞壁物质10%左右,烟叶的评吸质量得到明显改善。     

植物细胞壁研究进展

植物细胞壁是一种复杂的网状结构,其成分包含纤维素、半纤维素、果胶和少量的结构蛋白等。在植物细胞生长过程中,细胞能产生伸展素蛋白,打断纤维素和半纤维素之间的氢键,引起细胞膨压驱动的细胞壁扩张。成熟细胞壁扩张性的丧失是由于细胞壁硬化作用而对扩张性蛋白的作用不敏感造成的,细胞壁成熟过程中很多不同的连接会同时发生,当细胞壁基质多聚体分子之间的连接增加到一定的程度。细胞壁的伸长就会被完全抑制。     

植物的细胞壁

绝大多数植物细胞的质膜外都有细胞壁,这是区别予动物细胞的显著特征之一。由于细胞壁的存在,使原生质体的膨胀受到限制,细胞成熟后,使其形态和大小变为固定。细胞壁有保护作用,厚而硬的细胞壁还有支持植物器官的机械作用,同时,细胞壁能影响植物组织的吸收、蒸腾、运输和分泌等功能。     

细胞壁结合的β—葡聚糖酶对百合花粉管顶端生长的调节作用

从离体培养的麝香百合（Lillum longiforum Thunb.)花粉管细胞壁中分离纯化出β－葡聚糖酶。抑制剂野尻酶素（mojirimycin)使该酶活性明显降低。若在百合花粉培养的初始或培养1h时加入3mmol/L野尻酶素,与对照相比较,花粉的萌发率分别抑制99．6％和91.4％。若把3mmol/L野尻酶素分别在培养的不同时刻（0、1、1．5和2h）加入到液体培养基中,花粉管的生长都即刻受阻。此后,花粉管生长方向稍有改变,且花粉管直径略增,呈弯曲的非正常形态。用视频显微术跟踪记录在正常或含有不同浓度野尻酶素（0.003、0．03、0．3和3mmol/L）的半固体培养粉管直径、胞质内细胞器及囊泡的分布和顶端生长区的区域范围也呈现异常。野尻酶素对花粉管生长的抑制是可逆转的。这些结果表明,β－葡聚糖酶参与百合花粉的萌发和花粉管生长的调节。结合我们已报道的该酶的性质及作用方式,进而推测该酶通过降解1,3－1／1,4－或1,3：1,4－β－葡聚糖,影响细胞壁的延展性,从而对花粉管顶端生长显示调节作用。     

松弛素在心血管疾病中的研究进展

松弛素是一类新近发现可作用于心血管的肽类激素,参与心血管系统的生理和病理过程。大量实验研究显示松弛素有扩血管、改善心血管重塑及调节炎症反应的心血管保护作用,也有利于改善高凝状态和胰岛素抵抗。松弛素作用广泛,可与松弛素受体或糖皮质激素受体结合,但其受体后的确切机制以及不同生理和病理状态对松弛素的调控还需进一步基础研究阐明。在从实验室到临床应用转化的初期临床试验中可观察到,人重组松弛素治疗急慢性心力衰竭安全性好,可改善症状、血流动力学指标及近期预后,为Ⅲ期临床试验奠定了基础,其临床应用前景令人期待。     

植物络合素和植物络合素合酶的研究

植物络合素（Phytochelatins,PCs)是由于重金属离子诱导而在植物体内合成的一类小分子多肽,其结构式为（γ-Glu-Cys)n-Gly,(n=2-11);PCs能够螯合重金属,从而起到对对重金属解毒的作用,PCs并非基因的直接产物,而是由植物络合素合酶（phytochelatin syn-thase,PCS),以GSH为底物催化合成的;植物络合素合酶基因的表达是组成型的,重金属离子能够活化PCS,诱导PCs的合成。1989年,人们首次报道得到了部分纯化的PCS,10年后,3个研究小组分别于1999年同时克隆和鉴定了编码PCS的基因,这些结果不仅对于研究PCs的合成途径和模型的建立及植物抗重金属机制的探讨有重要意义,而且在利用基因工程改良植物抗重金属能力和净化环境污染方面有应用前景。