拟南芥内膜Na+,K+/H+反向转运体研究进展

拟南芥内膜Na,K~+/H~+反向转运体(Endosomal NHX)的亚细胞定位、离子转运特性及生物学功能阐释取得了重要进展。拟南芥内膜Na~+,K~+/H~+反向转运体包含AtNHX5和AtNHX6两个成员,它们的氨基酸序列相似性为78.7%。研究表明,AtNHX5和AtNHX6具有功能冗余,它们都定位在高尔基体(Golgi)、反面高尔基体管网状结构(TGN)、内质网(ER)和液胞前体(PVC),参与调控耐盐胁迫、pH平衡和K~+平衡等。有报道显示内膜NHXs跨膜结构域存在能够调控自身离子活性的酸性保守氨基酸残基,对其自身功能具有决定性作用。最新研究结果表明,拟南芥内膜NHXs影响囊泡运输和蛋白存贮,并参与生长素介导的植物生长和发育。文中主要对拟南芥内膜NHXs的亚细胞定位、离子转运、功能及应用进展进行了概述。     

几种抗血吸虫药物对日本血吸虫雄虫体表膜液内K~+,Na~+,H~+转递的影响

本文采用Oak＇s脱膜方法与火焰光度测定经吡喹酮,吐酒石和敌百虫作用后的日本血吸虫体表膜液内的K~+,Na~+的含量实验结果,吡喹酮和吐酒石能刺激K~+从虫体表膜内向外流,分别降低K~+浓度约50%和20%,但对Na~+转运无显著影响.敌百虫的作用是减少膜内K~+外流,导致了膜内K~+浓度升高.这些结果是与体外~(86)Rb渗入虫膜实验一致的.我们也测定了药物作用后虫体表膜液内的H~+,其结果是K~+的外流与H~+的内流有关.     

离子转运蛋白调控钝齿棒杆菌离子和pH稳态促进L-精氨酸合成

L-精氨酸是一种半必需氨基酸,广泛应用于食品、制药、饲料等行业。【目的】当前对L-精氨酸生产菌株的研究,极少涉及离子转运领域。在本研究中,发现在发酵时适量添加外源K~+有利于促进钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum) SYPA5-5合成L-精氨酸。【方法】在C. crenatum SYPA5-5发酵培养基外源添加0.5 g/L和2.5 g/L的K_3PO_4,取对数期发酵样品进行转录组数据分析,挖掘出K~+转运相关的阳离子转运ATP酶CTAP1以及单价阳离子/H~+逆转运蛋白Mrp1A,研究其在C. crenatum SYPA5-5快速合成L-精氨酸阶段,对菌株生长及L-精氨酸合成的影响。【结果】对基因ctap1和mrp1分别进行敲除和过表达,深入研究突变株对L-精氨酸合成的影响。研究发现同时过表达离子转运蛋白CTAP1和Mrp1A更有利于胞内离子、pH稳态和渗透压调节,最终提高L-精氨酸的产量。在补料分批发酵中分别过表达Mrp1A、CTAP1以及同时过表达Mrp1A和CTAP1的菌株L-精氨酸产量分别达到61.4 g/L、63.9 g/L和65.3 g/L,产率分别为0.383 g/g、0.392 g/g和0.395 g/g,比C. crenatum SYPA5-5分别提高了34.9%、38.0%和39.1%。【结论】CTAP1是特异性的K~+转运ATP酶,可以将培养基中的K~+运输到胞内。同时Mrp1A可将胞内K~+和Na~+等单价阳离子运输到胞外,将胞外H~+运输至胞内,中和胞内L-精氨酸所导致的碱性环境,从而维持胞内pH稳定。CTAP1和Mrp1A的研究为解析离子转运机制和L-精氨酸合成之间的联系奠定了基础。     

牛磺酸跨膜转运的意义及机制

牛磺酸是正常存在于体内的含硫氨基酸,其跨膜转运对细胞渗透压的维持及细胞内外Ca~(2 )的稳态调节具有重要的作用。心肌细胞膜上存在Na~ /taurine协同转运系统。牛磺酸跨膜转运主要受Na~ 的调控,另外,渗透压、Ca~(2 )和K~ 等亦影响牛磺酸的转运。牛磺酸转运蛋白的克隆为进一步研究牛磺酸跨膜转运的 机制提供了新的手段。     

拟南芥液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白研究进展

盐分是植物生长发育的主要限制因素之一,而离子在胞内区室之间的选择性运动对提高植物耐盐性是至关重要的。来自于拟南芥(Arabidopsis thaliana)的AtNHX1基因可编码Na /H 逆向转运蛋白,而Na /H 逆向转运蛋白AtNHX1可将细胞质中多余的Na 排进液泡来消除Na 的毒害,维持细胞的渗透平衡,提高植物的耐盐性。简要综述了AtNHX1基因及Na /H 逆向转运蛋白AtNHX1的特征,AtNHX1的耐盐机制以及植物耐盐基因工程改良等方面的研究进展。     

K~+/Na~+浓度比对罗汉果悬浮细胞生长和甜苷V合成的影响

本文研究了不同K~+/Na~+浓度比对罗汉果悬浮细胞生长和甜苷V合成的影响。结果表明,合适的K~+/Na~+浓度比促进细胞生长和甜苷V生物合成。当K~+/Na~+最佳浓度比为15:1时,罗汉果悬浮细胞内K~+浓度、K~+/Na~+、S_((K,Na))值均为最大,此时细胞利用K~+效率最高,细胞生长速率最快。此外,胞外有机酸和胞内氨基酸的变化表明此浓度比例下,细胞可能通过降低TCA循环代谢强度,以及增强EMP途径和MVA途径代谢强度,从而促进萜类化合物前体乙酰Co A向罗汉果甜苷V合成。     

山莨菪碱对重组的大鼠脑(Na~++K~+)-ATP酶活力的影响

本文研究了山莨菪碱对经胆酸盐透析重组的鼠脑(Na~++K~+)-ATP酶活性的影响.结果表明.用大豆磷脂重组的(Na~++K~+)-ATP酶活力恢复最大;酸性磷脂PG次之;中性磷脂DPPC最低.对用DPPC和大豆磷脂重建的(Na~++K~+)-ATP酶,山莨菪碱降低酶的水解活性,而对PG重组的脂酶体,山莨菪碱则提高(Na~++K~+)-ATP酶的活力.     

钙对盐胁迫下冰叶日中花不同器官离子含量和根部K~+、Na~+吸收的影响

以冰叶日中花(Mesembryanthemum crystallinum L.)实生苗为材料,经NaCl、NaCl+ CaCl_2、NaCl+LaCl_3处理后,利用电感耦合等离子发射光谱仪检测叶、茎、根中Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量,计算K~+/Na~+、Ca~(2+)/Na~+和Mg~(2+)/Na~+比值,利用非损伤微测技术测定根尖Na~+流和K~+流,研究盐胁迫下钙在维持离子平衡中的作用。结果显示,NaCl处理后,冰叶日中花各器官中Na~+含量增加,K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量降低,离子比值降低;CaCl_2处理降低了Na~+含量,提高了K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量,离子比值升高,而LaCl_3处理后的结果相反。经NaCl处理24 h后,冰叶日中花根尖Na~+和K~+明显外流,加入CaCl_2后,Na~+外流速度显著增加,K~+外流速度受到抑制,而加入LaCl_3后则降低了Na~+的外流速度,促进了K~+的外流。研究结果表明冰叶日中花受到盐胁迫后,钙参与了促进根部Na~+外排、抑制K~+外流的过程,进而保持各器官中较低的Na~+含量,表明钙在维持和调控离子平衡中起到重要作用。     

不同倍性小麦对盐胁迫的适应性差异

为了揭示不同倍性小麦适应盐胁迫的差异,该研究以人工合成六倍体(AABBDD)小麦及其四倍体(AABB)小麦(Triticum turgidum)和二倍体(DD)节节麦(Aegilops tauschii)亲本为材料,研究了不同浓度NaCl(0、200 mmol·L~(-1))胁迫处理下小麦幼苗K~+、Na~+含量以及K~+/Na~+的变化规律,以及不同浓度(0、50、100、200 mmol·L~(-1))盐胁迫对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响规律。结果表明:四倍体表现出显著的高Na~+低K~+以及较低的K~+/Na~+,二倍体表现出显著的低Na~+高K~+和较高的K~+/Na~+,NaCl胁迫时离子含量变化大,对盐胁迫的适应性更强,六倍体在积累K~+的能力上也有一定的优势。低浓度(50~100 mmol·L~(-1))盐胁迫使3种倍性材料的丙二醛含量和抗氧化酶活性升高。四倍体在累积渗透调节物质和调节抗氧化酶活性的能力上显著强于二倍体和六倍体,六倍体在POD活性以及积累脯氨酸和可溶性蛋白的能力上也具有一定的优势。根据研究结果推测,含有DD染色体组的二倍体节节麦主要通过调节K~+/Na~+来适应盐胁迫,而含有AABB染色体组的四倍体小麦主要通过调节抗氧化酶的活性累积渗透调节物质来适应盐胁迫,作为二倍体和四倍体远缘杂种的人工合成六倍体小麦则表现出了综合的耐盐适应性机制,相较于两亲本具有更加广泛耐盐适应性。     

第二信使分子c-di-AMP调控细菌中钾离子转运的机制

钾离子(K~+)是维持生命体存活的必需元素。原核生物进化出一系列K~+转运系统,如Kdp系统﹑Ktr系统和Trk系统等,来维持胞内相对恒定的K~+浓度。环二腺苷酸单磷酸(cyclic diadenosine monophosphate,c-di-AMP)是新发现的第二信使分子,可以与K~+转运系统中的KdpD、KtrA和TrkA结合。当胞内c-di-AMP浓度高时,c-di-AMP会与K~+转运蛋白结合,降低其转运活性。c-di-AMP的靶标除蛋白质外,还有RNA元件,即c-di-AMP的核糖开关。高浓度的c-di-AMP与其核糖开关结合后,可抑制下游K~+转运蛋白编码基因,如kdp、ktr和trk操纵子以及kup基因的转录,从而调控K~+的转运。总之,胞内高浓度的c-di-AMP抑制细菌对K~+的吸收。c-di-AMP调控K~+转运机制的研究,不仅丰富了K~+转运的调控方式,而且也扩大了c-di-AMP的调控范围,为细菌的利用与防治提供了新思路。     

Na~+/HCO_3~-共转运体的电生理学原理

离子通道或离子转运体介导的离子跨膜运输是细胞中两种重要的离子跨膜运输方式。与离子通道介导的被动运输不同,离子转运体介导的离子跨膜转运是一种主动运输方式,具有多种独特的生物学特性。本文以Na~+/HCO_3~-共转运体(Na~+/HCO_3~-cotransporter,NBC)为例,对离子转运体的物理化学和电生理学基本原理及其特性进行分析与介绍。从本质上说,离子转运体是一种酶,本文首先从酶促反应的角度,对NBC介导的离子跨膜运输过程进行分析,介绍了离子转运体的化学计量比、表征离子转运效率的转换数及与此相关的离子转运体的运输通量等。本文进一步从热力学的角度对NBC介导Na~+和HCO_3~-跨膜运输的电生理学原理进行了较为详细的分析。通过热力学分析,本文阐释了NBC依据化学计量比决定其离子转运方向的原理。最后,本文对NBC化学计量比的实验测定和化学计量比的生理学意义,即NBC不同工作模式与其在特定组织中的具体生理学过程的关系,进行了讨论。     

应用离子选择性电极研究植物组织及根部的离子运转

以往研究高等植物的组织或根部的离子运转,采用化学分析方法测定植物材料或外部溶液内离子浓度的变化,来观察离子运转的情况。60年代以来,发展了离子选择性电极。Hinke(1959)用玻璃微电极测定细胞内Na~+、K~+的活度。Bowling(1971)用K~+选择性的玻璃微电极插入玉米根皮层细胞的液     

内质网-高尔基体中间体功能研究进展

内质网-高尔基体中间体(ERGIC)的发现来自于对病毒蛋白胞内转运的研究.最初认为ERGIC是内质网和高尔基体之间的膜泡运输分选站,主要调控早期分泌途径中的货物分选及双向运输.随着研究的深入,发现ER-GIC在细胞应激条件下发挥其他重要细胞学功能,包括在自噬过程中调控早期自噬体膜的形成,以及在非经典蛋白分泌途径中扮演蛋...     

低分子量GTP—结合蛋白Ras超家族研究进展

Ｒａｓ蛋白超家族结构上均由１９０个左右的氨基酸残基构成,仅有一个ＧＴＰ酶结构域。Ｒａｓ及相关蛋白在众多的细胞调节过程中起着关键作用,包括细胞增殖与分化,胞内胞液间运输,胞内氧化酶的产生,细胞骨架的调控以及胞外信息的跨膜传递等分子开关作用。     

盐胁迫下植物Na~+调节机制的研究进展

盐胁迫是限制农作物生产的主要非生物因素之一。土壤中过量的可溶性盐(主要指Na~+)可使植物受到渗透胁迫、离子胁迫和氧化胁迫等次生胁迫。在高盐环境下,植物通过Na~+外排或胞内区隔化等策略来降低胞内Na~+浓度,进而重建或维持植物体内的离子稳态平衡。主要综述了盐胁迫下植物细胞维持Na~+离子动态平衡的主要途径和调控机制的最新进展。对盐胁迫下离子动态平衡过程的深入了解将有助于创制更高耐逆性的作物品种,实现农业的可持续发展。     

NaCl胁迫对圆柏幼苗生长和离子吸收及分配的影响

以当年生圆柏幼苗为实验材料,采用温室调控盆栽土培法研究了不同浓度NaCl(0、100、200、300mmol·L-1)胁迫21d对其生长情况及不同器官(根、茎、叶)中K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+)的吸收和分配的影响,以探讨圆柏幼苗对盐环境的生长适应性及耐盐机制。结果表明:(1)随着NaCl胁迫浓度的增加,圆柏幼苗生长,包括株高、地径、相对生长量以及生物量的积累均呈下降趋势,而其根冠比却增加。(2)在各浓度NaCl胁迫处理下,圆柏幼苗根、茎、叶中Na~+含量较对照均显著增加,而且叶中Na~+含量显著高于茎和根,叶中Na~+含量是根中的5倍。(3)随着NaCl胁迫浓度的升高,圆柏幼苗各器官中K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+)含量以及K~+/Na~+、Ca~(2+)/Na~+及Mg~(2+)/Na~+比值均呈下降趋势。(4)在NaCl胁迫条件下,圆柏幼苗根系离子吸收选择性系数SK,Na、SCa,Na、SMg,Na显著提高,茎、叶离子转运选择性系数SCa,Na、SMg,Na则逐渐降低,叶中离子转运选择性系数SK,Na则随着NaCl胁迫浓度的升高显著降低,大量Na~+进入地上部,减缓了盐胁迫对根系的伤害。研究认为,圆柏幼苗的盐适应机制主要是通过根系的补偿生长效应及茎、叶对Na~+的聚积作用来实现的,同时也与根对K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的选择性运输能力增强和茎、叶稳定的K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的选择性运输能力有关。     

拟南芥AtNHX2启动子的克隆及表达模式分析

AtNHX2基因是拟南芥NHX基因家族的一员,编码了一种液泡膜中的Na+/H+反向运输体并对拟南芥的耐盐能力起着重要的作用.采用PCR扩增的方法克隆了拟南芥AtNHX2基因启始密码子上游约2.8kb的DNA片段,并将其克隆到植物表达载体pCAMBIA1301-1中,通过基因枪轰击洋葱表皮瞬时表达的方法,初步检测启动子的活性.将重组质粒pCAMBIA1301-1/AtNHX2 promoter转化拟南芥并筛选纯合子.AtNHX2 promoter-GUS分析显示AtNHX2在所有的组织中均有表达,包括根尖.在保卫细胞中检测到了强烈的GUS表达,这一结果表明,AtNHX2对特殊细胞的pH调控和K+自身稳定方面起着重要的作用.AtNHX2启动子的活性可被NaCl抑制,并且抑制的强度和NaCl的浓度成正相关.300 mmol/L KCl处理可增强启动子的活性,说明NaCl和KCl是在转录水平上调控AtNHX2的表达.在老叶中GUS活性比在新叶中GUS活性强,这说明了AtNHX2优先将有毒的离子积累在老叶中,从而有利于植物的正常发育.在根毛细胞中也观测到了强烈的GUS活性,这就暗示了AtNHX2在扩大的液泡中储存Na+.     

褪黑素对盐胁迫下香椿幼苗生长及离子吸收和光合作用的影响

以香椿幼苗为材料,采用水培法研究不同浓度褪黑素(0、50、100、200和400μmol/L)对盐(150 mmol/L NaCl)胁迫下香椿幼苗生长指标、矿质元素离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))含量、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和胞间CO_2浓度(C_i)等光合作用指标的影响,以探究外源物质褪黑素对盐胁迫下香椿幼苗生长和生理的调控作用。结果表明:(1)在盐胁迫条件下,香椿幼苗的生长受到显著抑制,叶绿素含量和P_n显著降低,叶片和根系中Na~+含量比对照(CK)显著增加,而K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)含量以及离子含量的比值(K~+/Na~+、Mg~(2+)/Na~+和Ca~(2+)/Na~+)则明显下降,且丙二醛含量显著增加。(2)施加适宜浓度褪黑素能显著促进盐胁迫下香椿植株生长,降低其叶片和根系中Na~+含量,提高其K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量和离子含量比值以及叶片P_n、T_r、水分利用效率(WUE)和G_s和C_i,但却降低了气孔限制值(L_s)。(3)适宜浓度褪黑素使盐胁迫下香椿植株叶片的丙二醛积累明显下降,叶绿素含量显著上升。研究发现,外施适宜浓度的褪黑素能降低盐胁迫下香椿幼苗叶片和根系内Na~+浓度,增加K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)浓度,调控植物体内细胞的离子平衡状态,增强对营养元素的吸收,提高光合作用效率,从而提高香椿幼苗对盐胁迫的抗性,并以100μmol/L褪黑素处理的效果最佳。     

星形神经胶质细胞摄取谷氨酸与环境因子和离子运输的关系

本文以星形神经胶质细胞为对象,用同位素示踪技术较详细地研究了介质中Na、、K~+和CL~-、不同浓度的卡因酸以及几种抑制剂对L-谷氨酸摄取的影响;并观察了L-谷氨酸对星形神经胶质细胞膜运输Na~+、K~+、Cl~-和Ca~(2+)等的作用.结果表明:L-谷氨酸的摄取依赖于介质中是否存在Na~+ ,在缺Na~+介质中对Cl~-的依赖性也较明显,但在正常Na~+浓度下,含Cl~_和缺Cl~_没有明显差别.当增加介质中K~+浓度引起膜的去极化时,则能降低L~_谷氨酸的摄取.反过来,L-谷氨酸的摄取也对Na~+、K~+、Cl~-等的运输起刺激作用.此外,卡因酸及所用的几种抑制剂对谷氨酸的摄取办有明显抑制作用.