C_4,C_3,CAM植物叶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶分子聚体的比较

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)广泛存在于所有植物不同部位(或器官)中,在C_4和CAM植物的CO_2固定上起着重要作用。近几年来在C_3植物中也加强了有关PEPC的研究。本文用SDS和原性凝胶电泳的方法,比较不同光合型植物和不同环境条件下PEPC分子亚基和聚体的差异,为进一步研究代谢功能的调节和分子聚体的关系提供依据。     

C_4,CAM植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶性质的昼夜调节机理

PEP羧化酶是C_4-双羧酸途径和CAM途径的关键酶,在活体中它的性质存在昼夜调节。本文概括了近几年国内外关于此调节机理研究的最新进展,特别是对目前较为接受的聚合态变化和磷酸化修饰调节机理作了总结。     

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的分子结构研究进展

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)广泛存在于高等植物、藻类及大多数细菌中,催化C4光合作用固定CO2的第一步反应。在过去的10年中关于PEPC分子的一级结构研究已取得显著的进展,最近,通过X-射线衍射分析阐明了大肠杆菌和玉米C4型PEPC分子的三维结构,就这些研究进展进行总结。     

几种CAM植物PEP羧化酶同工酶的比较研究

比较研究几种兼性和专一性ＣＡＭ植物材料的ＰＥＰＣ同工酶表明：经自然干旱诱导,兼性ＣＡＭ植物露花（Ｍｅｓｅｍｂｒｙａｎｔｈｅｍｕｍｃｏｒｄｉｆｏｌｉｕｍ）、长药景天（Ｓｕｄｕｍｓｐｅｃｔａｂｉｌｅ）有新的ＰＥＰＣ同工酶的出现,诱导前后各同工酶的天然分子量变化不大;而土三七（Ｓｅｄｕｍａｉｚｏｏｎ）则没有新的ＰＥＰＣ同工酶出现,但诱导后其同工酶的天然分子量有所增大。以上几种兼性ＣＡＭ植物的ＰＥＰＣ同工酶酶谱无明显昼夜变化。专一性ＣＡＭ植物的ＰＥＰＣ酶谱和天然分子量均较一致,亦无昼夜差异。     

高粱叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶溶液构象状态的紫外差示吸收光谱研究

PEP诱导产生的差光谱在237nm是一强负峰,在252nm附近呈宽负峰。Mg~(2+)产生的差光谱在275nm附近为正的阔峰,在237nm处为一负峰。PEP、Mg~(2+)共同与酶作用的差光谱在263nm附近呈宽的负峰。正效应剂G6P、Gly及GG分别存在条件下PEP羧化酶的差光谱亦各具明显差异,在270nm以下光区内尤其显著。在284nm和291nm为两个负峰,Gly诱导的峰强度大于G6P的,而GG复合效应剂对此两峰的影响表现很大的协同作用。Mal作用于酶的差光谱在246nm处有一负峰。     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的可逆胍变性

纯化的高梁叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEP羧化酶)经不同浓度的盐酸胍处理变性失活后,在试验的蛋白浓度范围内,它的失活时间进程的动力学分析表明为一级反应。0.4 M盐酸胍处理25分钟后(O℃),酶的催化活性完全丧失,酶蛋白的远紫外圆二色性光谱、内源荧光光谱及免疫特异性等测定均表明酶的结构发生了深刻变化。甘油及PEP羧化酶的变构效应剂G6P和甘氨酸对酶在盐酸胍溶液中的变性作用有一定的保护效果。变性酶用复性缓冲液稀释20倍后,在最佳条件下,再经30分钟保温,酶的催化活性能恢复70％以上。G6P和甘氨酸能促进变性酶的复性,甘油亦有明显效果。随着酶活性的恢复,它的远紫外圆二色性、内源荧光及免疫特异性也随之恢复,变性酶的复性速率在常温下(25℃)比在低温下(0℃)要快得多。     

Ti质粒介导的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶cDNA转化烟草植株

将玉米Ｃ４－磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（ＰＥＰ羧化酶）ｃＤＮＡ亚克隆至穿梭质粒ｐＢｉｎ１９,通过在杆菌Ｔｉ质粒（ＬＢＡ４４０４）介导的时圆片共培养法将其转入Ｃ３植物烟草中。在获得的抗性转化植株中,８０％具有较强的ＮＰＴⅡ报道基因表达。Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交表明Ｃ４－ＰＥＰ羧化酶ｃＤＮＡ已被整合到了烟草核基因组中。     

新的C4及CAM光合途径植物

以稳定性碳同位素比(δ~(13)C)鉴别禾本科、莎草科、苋科和萝摩科共46种植物的光合作用途径,发现了36种新的C_4植物(δ~(13)C-10.43到-13.66‰)和1种CAM植物(δ~(13)C-15.24‰)。根据Hattersley区分C_4植物三种亚类型的不同δ~(13)C值,提出在36种C_4中有8种具δ_(13)C值-10.4到-10.9‰者是NADP-ME型,6种具δ~(13)C值-13‰左右的是NAD-ME型,其余种类可能是NADP-ME或PCK型。     

蓝藻磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的生物信息学分析

应用NCBI、Expasy等在线生物信息学网站对蓝藻磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)与其他物种进行序列同源比对,分析相同的保守序列及催化活性位点,构建分子进化树;预测跨膜结构、疏水性/亲水性、二级结构、功能域和模体等.结果显示,蓝藻PEPC与高等植物、细菌、真核藻PEPC同源性都比较低(约为33%),但是它们含有两个类似的活性部位和相同的催化活性位点;该蛋白质是非跨膜的亲水性不稳定蛋白,二级结构以a-螺旋和无规则卷曲为主,舍有一个功能结构域,主要的功能是参与氨基酸的合成.     

几种C4和CAM植物光合亚途径的鉴别

C_4.植物鼠尾粟(Sporobolus indicus),金色狗尾草(Setaria glauca)、细叶结缕草(zoysia tenuifolia)、千金子(Leptochloa chinensis)和 CAM 植物芦荟(Aloe vera)属PEP 羧激酶亚型。C_4双子叶植物飞扬草(Euphorbia hirta)则为 NAD 苹果酸亚型。前面4种 PEP 羧激酶型的 C_4草本植物的维管束鞘细胞叶绿体呈均匀分布,与已知的该型的离心排列不同。认为这可为 C_4植物三种光合亚型的演化关系提供新的证据。     

露花磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶同功酶及其四级结构

PEPC的多态性在许多植物中都有报告。在CAM植物中,许多实验结果表明PEPC有两种分子量稍有不同的亚基（Hoffner等1989,Nimmo等1986,Muller和 Kludge1983,Muller等1982）。近年来,PEPC的多态性在基因水平也得到证实（Chollet等1996,Gehrig等1995）。冰叶日中花（Mesembtwcmptallinuzn）中,编码两个不同分子量PEPC多肽的基因已被克隆（Chollet等1996）。但这两个亚基究竟是相互结合而成异二聚体,还是以同聚方式各自缔合为两个同聚体酶目前尚有不同观点。有报告在有的CAM植物中,PEPC的聚合度有昼夜的变化,且这种变化引…     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的功能及其在基因工程中的应用

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC,EC 4.1.1.31)是广泛存在的一种细胞质酶,催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和HCO3-生成草酰乙酸(OAA),后者可转化生成三羧酸循环的多种中间产物.PEPC在植物细胞中参与植物的光合碳同化等重要代谢途径,并且在不同组织中具有多种生理功能.PEPC同时也参与调控植物种子的营养物质合成与代谢过程,控制糖类物质流向脂肪酸合成或蛋白质合成途径.以下介绍了植物PEPC的种类、蛋白质结构特点及其在植物组织中的调控方式,并重点论述了PEPC在生物基因工程中的应用方面的进展,随着对其功能机制和应用研究的深入,将有助于植物PEPC在高产优质农作物育种、能源植物和工业微生物等的开发利用等方面得到更好的发展与应用.     

光/暗对高粱叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因表达的调节

高粱幼苗黄化叶片经照光转绿后,其PEP-Case活性提高4～15倍,mRNA含量提高了1.03倍,并测定出PEPCase mRNA的分子量为3.4kb。以等量的总RNA及mRNA进行体外翻译,发现转绿后PEPCase专一性翻译活性提高了51％～53％。这表明光照可以在转录水平上调节PEP-Case的基因表达。     

马齿苋叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性及调节特性的光/暗变化

在光照条件下C_4植物马齿黄金苋叶片PEPC的提取活性高于在黑暗中的。PEPC的光/暗活性比率与测定系统的pH及底物PEP浓度有关。pH升高及PEP浓度增加均可使光/暗活性比值下降。日间提取的PEPC与夜间提取的PEPC对于激活剂G6P及抑制剂Mal的敏感性有明显差异。日型PEPC的敏感性低于夜型PEPC的。G6P对PEPC的激活作用表现为增加酶对底物PEP的亲和性,Mal的抑制作用表现为既降低酶对底物PEP的亲和性,又降低酶促反应的最大速度。G6P、Mal对于日型和夜型PEPC的动力学参数的影响是不同的。     

高梁叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶疏水微区的荧光研究

应用疏水荧光探针－－ＡＮＳ在不同浓度的变构效应剂存在时进行荧光滴定,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶分子中疏水微区的微环境能被效应剂或底物诱导产生变构,不同的变构效应所诱发的构象态是不一致的。这进一步证明了高梁叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶在溶液中的多构象态。