海藻糖酶抑制剂--一种新型农药先导结构

海藻糖是细菌、真菌以及许多无脊椎动物主要的能源供应物质之一,它可以被海藻糖酶水解成为两分子葡萄糖单体,进而参与氧化供能。因此,海藻糖酶可以作为创新农药的作用靶点。该扼要介绍了几种海藻糖酶抑制剂,讨论了它们的结构一活性关系,以期对研发新型海藻糖酶抑制剂有所帮助。     

昆虫海藻糖酶的基因特性及功能研究进展

海藻糖酶(Treh)是昆虫能量代谢必不可少的一类酶, 亦是昆虫体内几丁质合成通路的第一个酶。其基因表达和酶活性直接与正常发育、 蜕皮、 变态以及繁殖等昆虫重要生理过程密切相关。目前已有多种昆虫的海藻糖酶基因被成功克隆, 从而发现昆虫海藻糖酶基因家族由多个成员组成。海藻糖酶基因所编码的蛋白大多数具有一个信号肽前导区, 部分蛋白拥有1~2个跨膜结构域, 根据是否具有跨膜结构, 可将其分为可溶性海藻糖酶(Treh1)和膜结合型海藻糖酶(Treh2)两类, 膜结合型海藻糖酶具有2个特有的标签序列, 即“PGGRFREFYYWDSY”和“QWDYPNAWPP”。海藻糖酶的主要功能是将胞外和胞内的海藻糖降解成葡萄糖, 为昆虫的生命活动提供能量。具体表现为两个方面, 一是参与昆虫几丁质合成途径, 从而调控表皮、 中肠等处的几丁质合成; 二是通过与激素的协同作用, 调控昆虫体内海藻糖和葡萄糖等糖类物质的浓度变化, 从而有效保护体内细胞的适应并渡过相应的逆境环境, 并提高其抗逆能力。鉴于海藻糖酶的重要功能, 其已成为害虫控制的潜在新靶标。不同类型海藻糖酶的功能研究及酶抑制剂的研发与应用将进一步推动害虫生物防治的发展。     

海藻糖的生物学功能简介

海藻糖（Ｔｒｅｈａｌｏｓｅ,α－Ｄ－ｇｌｕｃｏｐｙｒａｎｏｓｙｌ－α－Ｄ－ｇｌｕｃｏｐｙｒａｎｏｓｉｄｅ）是一种非还原性二糖,广泛存在于海藻、酵母、霉菌、食用菌、虾、昆虫、高等植物等生物体内,是一种贮藏性碳水化合物。它具有保护生物细胞和生物活动性物质...     

拟南芥海藻糖酶基因克隆及其在大肠杆菌中高效表达与功能研究

从拟南芥幼苗中提取RNA, 通过RT-PCR克隆得到海藻糖酶基因后, 将其构建到原核高效表达载体pET30a(+)上并在大肠杆菌BL21菌株中进行高效诱导表达, 继而对纯化得到的海藻糖酶蛋白进行活性检测和酶学特性研究。实验结果表明, 植物源的海藻糖酶基因在异体大肠杆菌中能够高效表达, 纯化获得的海藻糖酶蛋白在试管条件下具有较高的海藻糖水解活性, 其活性最适温度为45℃。通过GC-MS分离检测, 可以明显地看到酶反应过程中底物海藻糖和产物葡萄糖的含量随反应时间变化的消长关系, 这充分证明克隆基因在大肠杆菌中的表达产物具有海藻糖酶的功能。     

杓兰果胶杆菌海藻糖酶的克隆表达及应用

海藻糖酶在工业发酵和食品医药等领域应用广泛,我国缺乏性能优良工业品种的海藻糖酶,同时在应用研究领域还不够深入。本研究从自然界筛选获得一株产酸性海藻糖酶的杓兰果胶杆菌(Pectobacterium cypripedii),克隆获得其海藻糖酶基因PCTre,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)体系中实现了重组表达,在5L发酵罐上28h产酶达到4130U/mL。酶学性质研究显示,PCTre能特异性水解海藻糖,最适反应温度和pH分别是35℃和5.5,在pH4.0、4.5、5.0处理8h后残余酶活仍超过80%,表现出良好的耐酸性。同时该酶还显示出优良的有机溶剂耐受性,在20%(V/V)乙醇溶液中处理24h仍能保留60%的酶活。进一步在含有20%(V/V)乙醇和7.5%海藻糖的模拟发酵体系中,当添加500U/L PCTre,可在16h内完全水解海藻糖,具有良好的应用于工业乙醇发酵的潜力。     

金龟子绿僵菌中性海藻糖酶基因的克隆及其表达特性分析

根据中性海藻糖酶NTL基因的同源序列设计引物,PCR扩增出杀蝗专一菌株———金龟子绿僵菌CQMa102NTL基因片段,利用5′_RACE和3′_RACE扩增出NTLcDNA的5′和3′端序列,经拼接得到CQMa102NTL基因cDNA全长。根据其全长cDNA序列,设计引物PCR扩增出CQMa102NTL的完整基因。为了解该基因的上游调控信息,采用PanhandlePolymeraseChainReactionAmplification方法扩增其上游序列。序列分析表明,CQMa102NTL全长DNA3484bp,cDNA全长2385bp,编码737个氨基酸的蛋白,推测蛋白分子量为83.1kD;含有3个内含子,包含一个依赖于cAMP的磷酸化作用位点(RRGS)和一个钙附着位点(DTDGNMQITIED);上游序列含有一个压力反应元件(CCCCT);与金龟子绿僵菌广谱性菌株ME1NTL的核苷酸序列和氨基酸序列分别具有93%和99%同源性,由此确定该序列为金龟子绿僵菌中性海藻糖酶基因序列。Southern杂交表明,NTL基因在CQMa102基因组中为单拷贝。Northern杂交表明,NTL基因转录出约2.5kb的mRNA单带,在液体培养条件下,对数生长前期表达水平最高,对数生长后期降到最低,进入稳定生长期后表达水平又有所提高。金龟子绿僵菌CQMa102中性海藻糖酶基因DNA全长和cDNA全长登录GenBank,登录号分别为:AY557613,AY557612。     

栗精碱对棉铃虫中肠组织可溶型海藻糖酶的抑制效应

【目的】研究一种植物源化合物栗精碱对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)5龄幼虫中肠组织可溶型海藻糖酶的活体和离体抑制效果,初步探索其抑制作用。【方法】经过离子交换层析和疏水层析从棉铃虫5龄幼虫中肠组织分离纯化得到可溶型海藻糖酶,通过凝胶过滤层析确定其分子量。分别用不同浓度的抑制剂进行离体和活体抑制研究,得出栗精碱对可溶型海藻糖酶的抑制率和抑制中浓度(IC50),并采用Lineweaver-Burk和Dixon作图法分析抑制类型。【结果】棉铃虫中肠可溶型海藻糖酶比活力为2.022 U/mg,回收率为67.57%,纯化倍数为23.84,分子量约为67 k Da。离体抑制研究表明,3.75,7.5,15和30μmol/L的栗精碱对可溶型海藻糖酶的抑制率分别为42.00%,50.30%,58.32%和67.33%;抑制中浓度(IC50)为7.32μmol/L。通过LineweaverBurk和Dixon作图法,确定栗精碱是棉铃虫中肠组织可溶型海藻糖酶的一种有效的竞争性抑制剂,Ki值为4.9μmol/L。活体抑制研究表明,分别注射浓度为30,15和7.5μmol/L栗精碱10和20 h后,棉铃虫中肠可溶型海藻糖酶活性被显著抑制(P0.05)。相应地,注射后随着时间的延长,血淋巴海藻糖含量连续增加。而注射栗精碱20 h后,血淋巴葡萄糖浓度显著下降,使棉铃虫的能量供给出现障碍。【结论】结果表明,栗精碱是棉铃虫中肠可溶型海藻糖酶的一种有效的抑制剂,可为下一步开发有效的棉铃虫杀虫剂提供理论支持。     

感染布氏白僵菌后油松毛虫血淋巴中海藻糖酶活性、海藻糖和葡萄糖含量的变化

为了揭示病原真菌白僵菌Beauveria侵染昆虫过程中如何利用虫体内糖类物质作为自身营养, 本研究测定了布氏白僵菌Beauveria brongniartii (Sacc.) Petch （2382菌株）感染油松毛虫Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu幼虫后, 虫体血淋巴中酸性海藻糖降解酶活性及海藻糖和葡萄糖含量的变化。油松毛虫4龄幼虫感染菌株孢子悬浮液后, 血淋巴中酸性海藻糖降解酶的活性明显高于对照组, 感染后第3天酶活性达到最大值（0.2786 U/mg）, 此后第4-6 天酶活性逐渐降低; 染菌后的6 d中, 血淋巴中海藻糖含量显著低于对照组, 同样在感染后第4天其含量逐渐降低, 第6天时降到最低值。相比之下, 处理组血淋巴中的葡萄糖含量显著高于对照组; 处理组其含量在第1-3天内呈现快速升高趋势, 在第3天达到最大值（7.7615 mmol/L）, 然后逐渐降低。结果说明, 白僵菌侵入昆虫血淋巴后, 菌株代谢产生酸性海藻糖降解酶, 将血淋巴中的海藻糖水解成为葡萄糖, 然后为真菌利用, 破坏了虫体内的血糖平衡, 这是一个相互连接的生理代谢和生化反应过程。     

昆虫海藻糖及其合成酶基因的特性与功能研究进展

海藻糖广泛存在于细菌、真菌、昆虫、无脊椎动物和植物等大量生物中。它不仅可以作为昆虫的能量来源,而且在抗逆等方面起着重要作用。海藻糖合成酶(Trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成过程中的一个关键酶。目前细菌、真菌和植物中都已经被发现和克隆,但其不存在于哺乳动物中。海藻糖是昆虫的"血糖",主要通过海藻糖合成酶和海藻糖-6-磷酸脂酶(Trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)在脂肪体中催化合成。TPS基因所编码的蛋白序列一般都包含两个保守的结构域:TPS和TPP,分别对应着酵母中的Ots A和Ots B基因。昆虫海藻糖合成酶的基因表达和酶活性的变化与昆虫的多项生理过程有着密切的关系,海藻糖合成酶有可能成为控制害虫的新靶标。     

三种杀虫剂对褐飞虱海藻糖含量和海藻糖酶活性的影响

为了解农药处理导致褐飞虱Nilaparvata lugens (Stål）飞行能力增强的生理机制, 本文采用蒽酮法和酶促反应终止法, 研究了吡虫啉、 三唑磷和溴氰菊酯3种杀虫剂亚致死剂量对褐飞虱3龄、 5龄若虫及长、 短翅型雌雄成虫体内海藻糖含量和海藻糖酶活性的影响。结果表明： 杀虫剂处理的褐飞虱3龄若虫海藻糖含量和海藻糖酶活性与对照相比没有显著差异（P>0.05）。40 mg/L三唑磷处理的褐飞虱5龄若虫体内海藻糖含量显著低于对照（P<0.05）, 比对照降低了24%; 而20和40 mg/L三唑磷处理的褐飞虱5龄若虫海藻糖酶活性显著高于对照（P<0.05）, 分别比对照高出了100%和129%。10 mg/L吡虫啉, 20 和40 mg/L三唑磷以及3和6 mg/L溴氰菊酯处理的褐飞虱短翅雌成虫和雄成虫体内海藻糖含量显著低于对照（P<0.05）, 雌成虫体内海藻糖含量比对照分别降低了36%, 53%, 67%, 58%和69%, 雄成虫体内海藻糖含量比对照分别降低了59%, 71%, 65%, 70%和77%; 而40 mg/L三唑磷以及3和6 mg/L溴氰菊酯处理的褐飞虱短翅型雌成虫和雄成虫体内海藻糖酶活性显著高于对照（P<0.05）, 雌成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了124%, 100%和88%, 雄成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了146%, 132%和118%。10 mg/L吡虫啉, 40 mg/L三唑磷和3 mg/L溴氰菊酯处理的褐飞虱长翅型雌成虫和雄成虫海藻糖含量显著低于对照（P<0.05）, 雌成虫海藻糖含量比对照分别降低了44%, 34%和37%, 雄成虫体内海藻糖含量比对照降低了48%, 54%和43%; 而5和10 mg/L吡虫啉处理的长翅型雌成虫和雄成虫海藻糖酶活性显著高于对照（P<0.05）, 雌成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了317%和300%, 雄成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了170%和97%。这些结果说明这3种杀虫剂亚致死剂量处理可以增强褐飞虱体内海藻糖酶活性, 并导致海藻糖含量下降。本研究结果对深入阐明农药诱导褐飞虱再猖獗及杀虫剂处理增强其飞行能力的生理机制具有一定的科学价值。     

Multifunction of autophagy-related genes in filamentous fungi

Autophagy (macroautophagy), a highly conserved eukaryotic mechanism, is a non-selective degradation process, helping to maintain a balance between the synthesis, degradation and subsequent recycling of macromolecules to overcome various stress conditions. The term autophagy denotes any cellular process which involves the delivery of cytoplasmic material to the lysosome for degradation. Autophagy, in filamentous fungi plays a critical role during cellular development and pathogenicity. Autophagy, like the mitogen-activated protein (MAP) kinase cascade and nutrient-sensing cyclic AMP (cAMP) pathway, is also an important process for appressorium turgor accumulation in order to penetrate the leaf surface of host plant and destroy the plant defense. Yeast, an autophagy model, has been used to compare the multi-valued functions of ATG (autophagy-related genes) in different filamentous fungi. The autophagy machinery in both yeast and filamentous fungi is controlled by Tor kinase and both contain two distinct phosphatidylinositol 3-kinase complexes. In this review, we focus on the functions of ATG genes during pathogenic development in filamentous fungi.     

蛋白质合成肽链释放因子的多功能性

肽链释放因子在蛋白质合成终止过程中,对新生肽链从核糖体上释放起重要作用。第一类肽链释放因子识别终止密码子,水解肽酰-tRNA酯键;第二类肽链释放因子是一类依赖于第一类肽链释放因子和核糖体的GTP酶,促进第一类肽链释放因子发挥肽链释放的功能。最近的研究表明,肽链释放因子不仅在细胞内蛋白质合成终止过程中起重要的作用,其在细胞的骨架形成,尤其是细胞有丝分裂过程中对纺锤体的形成起重要的作用。两类肽链释放因子还与其他功能蛋白质相互作用,表现出多功能蛋白质的特征。     

极具有应用前景的生物学检测技术-生物传感器

生物传感器是近年逐渐发展起来的一种高新生物学分析检测技术,它将生物学或仿生学信号感应部件紧密连接或整合到传感系统内,具有特异、敏感、快速、便携以及操作简便等优点,发展非常迅速,并且被应用到医疗保健、食品工业、畜牧兽医等多个领域,已成为人们研究的热点之一。本文概述了生物传感器的概念与工作原理、分类、与主要领域的研究应用,分析了生物传感器的产业现状,优点与现存问题,并对其应用发展前景进行了展望。     

A Biological Rationale for Musical Scales

Scales are collections of tones that divide octaves into specific intervals used to create music. Since humans can distinguish about 240 different pitches over an octave in the mid-range of hearing [1], in principle a very large number of tone combinations could have been used for this purpose. Nonetheless, compositions in Western classical, folk and popular music as well as in many other musical traditions are based on a relatively small number of scales that typically comprise only five to seven tones [2]–[6]. Why humans employ only a few of the enormous number of possible tone combinations to create music is not known. Here we show that the component intervals of the most widely used scales throughout history and across cultures are those with the greatest overall spectral similarity to a harmonic series. These findings suggest that humans prefer tone combinations that reflect the spectral characteristics of conspecific vocalizations. The analysis also highlights the spectral similarity among the scales used by different cultures.