质膜H+-ATPase与环境胁迫

植物根系质膜H -ATPase在调节细胞内pH值,促进养分吸收、同化物运输等方面具有重要作用。对质膜H -ATPase的结构、功能和分子机制进行综述,并讨论了质膜H -ATPase在信号传递过程及植物适应环境胁迫中的作用,最后就植物质膜H -ATPase的研究及应用提出几点看法。     

空泡膜类型H+-ATPase的研究进展

真核细胞内空泡细胞器,如高尔基体、内质网、溶酶体等,膜上存在的质子泵ATPase 与线粒体类型的质子泵 ATPase 类似.近几年对该类型 H⁺-ATPase 的结构、作用机制进行了深入的研究,证明这是一类新型质子泵,在进化的过程中与线粒体类型的 H⁺-ATPase 有密切的亲缘关系.     

植物细胞中膜H+-ATPase的研究进展

本文介绍了植物细胞中各种膜微囊的制备和分离原理,及其在膜转运分子机制研究中的应用。对质膜、线粒体和液泡,膜三种类型膜转运质子ATP酶(H⁺-ATPase)的性质进行了比较,说明它们的催化特性和泵质子功能。     

液泡膜H+-ATPase质子泵活性的荧光测定

使用荧光猝灭法测定植物液泡膜H⁺-ATPase质子转运活性. 比较了两种常用荧光染料吖啶橙和喹亚因在不同浓度的测定灵敏度. 探讨了不同蛋白量和缓冲系统对测定结果的影响. 得到了用5 μmol/L吖啶橙,200～250 μg蛋白质含量,Hepes-Tris(pH 7.0)为缓冲介质,ATP-Na为底物的最适体系.     

大豆下胚轴质膜H+-ATPase质子转运的测定

以大豆下胚轴为材料,采用改进的匀浆介质,通过两相法制得具有质子转运活力的高纯度质膜微囊.并且发现冻融处理可以促进质膜微囊的翻转而提高荧光猝灭效率.质子载体和质子转运特性分析表明,由Mg^2＋-ATP引发的荧光猝灭可以被质子载体CCCP恢复,并被质子通道抑制剂DCCD抑制;并且发现质膜H^＋-ATPase专一抑制剂钒酸钠可以完全抑制荧光猝灭,同时发现荧光猝灭依赖于Mg^2＋,并受K^＋刺激,最适pH为6.5.以上证明所测荧光猝灭是由质膜H^＋-ATPase所进行的质子转运引起的.结果同时表明,维持H^＋-ATPase合适构象和提高质膜微囊封闭性是制备具有H^＋转运活力质膜微囊的两个关键因素.     

V型H+-ATPase结构和调控机制的研究现状

V-ATPase存在于所有已知的真核生物中,有极为重要的生理作用.近几年来,对V-ATPase的结构、功能和调控机制的研究进展很快,对复合体的组装有了进一步的认识.对V-ATPase的主要亚基已经完成序列测定及分析,对各亚基生理功能也进行了较为深入的研究.生物化学及分子生物学工作揭示：生物体内以多种方式对编码V-ATPase主要亚基的基因表达和该酶的活力进行调控.     

谷氨酸棒杆菌H+-ATPase基因失活提高谷氨酸产生量

为了证实在谷氨酸棒杆菌中,利用H⁺-ATPase基因失活构建高产谷氨酸基因工程菌的应用可行性,通过重组PCR技术部分缺失H⁺-ATPaseγ亚基基因序列,采用插入失活方法构建H⁺-ATPase失活的谷氨酸棒杆菌。考察了其谷氨酸产生能力及对生长速率的影响。实验结果表明,H⁺-ATPase失活的谷氨酸棒杆菌在含有100g/L的葡萄糖培养基中摇瓶发酵,其谷氨酸最大累积量为51.6g/L, 比野生菌株提高了42.9%。生长速率研究结果表明,H⁺-ATPase失活的谷氨酸棒杆菌生长速率略低于野生谷氨酸棒杆菌。证实了H⁺-ATPase基因失活对提高谷氨酸产量的作用,为利用H⁺-ATPase基因构建高产谷氨酸基因工程菌株提供了科学依据。     

温度和盐度对吉富品系尼罗罗非鱼幼鱼鳃Na+-K+-ATPase活力的联合效应

试验采用中心组合设计(central composite face-centered design,CCF)和响应曲面法(response surface methodology,RSM)研究了温度(12—34℃)和盐度(0—26)两因素对体长为(4.36±0.105)cm,体重为(2.45±0.153)g的吉富品系尼罗罗非鱼(GIFT Nile tilapia,Oreochromis niloticus;简称吉富罗非鱼)幼鱼鳃Na+-K+-ATPase活力的联合效应。结果表明:(1)温度和盐度的一次效应和二次效应对Na+-K+-ATPase活力影响极显著(P<0.01),温度和盐度的互作效应不显著(P>0.05);(2)经响应曲面法分析,随着温度和盐度的增大,Na+-K+-ATPase活力呈先减小后增大的趋势;(3)建立了Na+-K+-ATPase活力与温度、盐度间关系的模型方程(R2=0.9829,Pred.R2=0.8550,P<0.01),并可用于预测吉富罗非鱼幼鱼鳃Na+-K+-ATPase的活力;(4)优化结果显示,温度为24.15℃,盐度为11.75时,Na+-K+-ATPase活力最小为0.62μmol无机磷.mg-1蛋白.h-1,满意度函数值高达0.961。Na+-K+-ATPase活力可以作为检测罗非鱼生长性能的指标,其活力较低时,一般反映了鱼体生存环境适宜,生长代谢旺盛,消耗于渗透调节的能量较少。     

大豆液泡膜H+-ATPase功能与构象关系的初步研究

大豆液泡膜V型H⁺-ATPase是ATPases中的一种,它在植物细胞的生长发育中有重要的作用.利用竹红菌乙素(HB）和KI这两种分别猝灭蛋白质疏水区域内源荧光和亲水区域内源荧光的荧光猝灭剂,在不同pH值、温度条件下对纯化的大豆液泡膜V型ATPase进行荧光猝灭实验,初步探讨了V型H⁺-ATPase的水解活性同其蛋白质折叠状态间的关系.研究表明,通过比较不同pH值、温度条件下蛋白质疏水区域和亲水区域内源荧光的荧光猝灭常数（K_SV）,发现当环境pH值、温度偏离酶的最适pH值和温度时,蛋白质的内源荧光强度降低且疏水区域和亲水区域内源荧光的荧光猝灭常数（K_SV）降低,说明伴随着酶的水解活性降低,蛋白质的折叠状态发生了变化.我们认为蛋白质在膜内的折叠状态变化是酶失活机制的一个重要方面,为植物的抗冻和抗盐研究提供了一定的参考.     

温度、pH和盐度对克氏原螯虾鳃 Na+-K+-ATPase活性的影响

采用钼蓝法测定克氏原螯虾(Procambarus clarkii)鳃Na~ -K~ -ATPase活性,探讨温度、pH、盐度3个环境因子在环境驯化和突变状态下对Na -K -ATPase活性的影响。实验结果表明,Na~ -K~ -ATPase的活性与环境因子密切相关。酶活性在温度、盐度驯化实验中都表现为正相关关系,不同pH驯化中则表现为中性pH活性最高。在突变状况下表现出明显的应激性,应激响应在2～8h之间,之后逐渐缓和,最终结果与驯化结果相同。     

MeJA诱导的拟南芥保卫细胞H2O2积累与质膜H+-ATPase的关系

茉莉酸类物质(JAs)作为与昆虫啃噬及损伤相关的植物激素和信号分子在植物防御反应中起重要作用,但是茉莉酸引起的早期防御反应的机理仍不清楚。该研究以拟南芥叶片保卫细胞为材料,结合非损伤微测(NMT)及激光共聚焦技术探讨了茉莉酸诱导的保卫细胞中质膜H+-ATPase与H2O2积累的调控关系。结果表明:茉莉酸甲酯(MeJA)处理导致H+迅速跨膜外排和H2O2积累,H+外排和H2O2积累能够被钒酸钠抑制,而二苯基碘(DPI)处理则对MeJA诱导的H+跨膜外排无显著影响。研究结果证明,在MeJA诱导的早期信号事件中,质膜H+-ATPase的激活先于H2O2的产生。     

水分胁迫对抗旱性不同的荔枝叶片细胞壁H+-ATPase活性的影响

以抗旱性较强的荔枝东刘1号和抗旱性较弱的陈紫1－2年分盆栽实生幼苗为试验材料。研究了水分胁迫对荔枝（Litchi chinensis Sonn）叶片细胞胞质以及以离子键和共价键与细胞壁结合的H^ -ATPase活性的影响。结果表明：（1）叶片相对含水量随水分胁迫程度的增加而减少,抗旱性强的东刘1号下降的幅度小于抗旱性弱的陈紫。（2）H^ -ATPase在细胞中的分布是：细胞胞质H^ -ATPase占绝大多数,其次是共价键结合H^ -ATPase,离子键结合H^ -ATPase最少,品种间差异不明显。（3）在水分胁迫下,荔枝叶片H^ -ATPase活性（比活性）均上升,抗旱性强的品种上升的幅度均大于抗旱性弱的品种。     

Cardiotonic steroid-resistant α1-Na+,K+-ATPase rescues renal epithelial cells from the cytotoxic action of ouabain: evidence for a Na i+ ,K i+ -independent mechanism

Mechanisms underlying the tissue-specific impact of cardiotonic steroids (CTS) on cell survival and death remain poorly understood. This study examines the role of Na⁺,K⁺-ATPase α subunits in death of Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells evoked by 24-h exposure to ouabain. MDCK cells expressing a variant of the α1 isoform, CTS-sensitive α1S, were stably transfected with a cDNA encoding CTS-resistant α1R-Na⁺,K⁺-ATPase, whose expression was confirmed by RT–PCR. In mock-transfected and α1R-cells, maximal inhibition of ⁸⁶Rb influx was observed at 10 and 1000 μM ouabain, respectively, thus confirming high abundance of α1R-Na⁺,K⁺-ATPase in these cells. Six-hour treatment of α1R-cells with 1000 μM ouabain led to the same elevation of the [Na⁺]_i/[K⁺]_i ratio that was detected in mock-transfected cells treated with 3 μM ouabain. However, in contrast to the massive death of mock-transfected cells exposed to 3 μM ouabain, α1R-cells survived after 24-h incubation with 1000 μM ouabain. Inversion of the [Na⁺]_i/[K⁺]_i ratio evoked by Na⁺,K⁺-ATPase inhibition in K⁺-free medium did not affect survival of α1R-cells but increased their sensitivity to ouabain. Our results show that the α1R subunit rescues MDCK cells from the cytotoxic action of CTS independently of inhibition of Na⁺,K⁺-ATPase-mediated Na⁺ and K⁺ fluxes and inversion of the [Na⁺]_i/[K⁺]_i ratio.     

胡杨质膜的纯化及其H＋-ATPase活性的研究

用Dextran T-500, PEG 3350两相分配法分离并纯化了悬浮培养的胡杨细胞质膜.不同聚合物浓度(5.5%、5.7%、5.9%、6.1%、6.3%、6.5%)和KCl浓度(0、5、10、15 mmol/L)对分离效果影响的研究结果表明, 采用聚合物浓度为5.9%和无盐存在的两相分配体系可获得纯度较高的胡杨细胞质膜.纯化的质膜H^＋-ATPase的活力提高8倍,且酶定向程度较高,这为进一步研究胡杨细胞质膜特性及获得高纯度H^＋-ATPase提供了良好基础.