摘要:景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(sedoheptulose-1,7-bisphosphatase, SBPase)是卡尔文循环过程中的限速酶与关键酶,对植物叶片中营养成分的积累至关重要。本文在前人研究的基础上综述了SBPase的结构及功能,并分析其可能的应用前景,以期为提高植物光合作用效率及增加作物生产率提供理论基础。
关键词:马尾松;景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶;结构;功能
Structure and Function Analysis of sedoheptulose-1,7-bisphosphatase
Abstract: Sedoheptulose-1,7-bisphosphatase is the rate-limiting and key enzyme in Calvin cycle. And it is vital to the nutrients accumulation of leaves. The paper mainly states the structure and its biological functions and analyzes its application prospect,aiming to lay the basis for the theory of improving the photosynthesis efficiency and increasing the crop yield.
Keywords: Pinus massoniana L.; SBPase; Structure; Function
光合作用是植物生长发育的基础,其产生的碳水化合物除了供植物本身和全部异养生物之用外,还可以为人类营养和活动提供能量来源。景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(sedoheptulose-1,7-bisphosphatase, SBPase)是光合作用卡尔文循环中的关键酶,它不可逆地催化水解景天庚酮糖-1,7-二磷酸成为景天庚酮糖-1,7-磷酸。后者经过一系列酶促反应转变为C3植物中二氧化碳的直接受体1,5-二磷酸核酮糖(Ribulose-1,5-disphosphate,RUBP)。研究[1]发现,SBPase是控制Rubisco(Ribulose bisphosphate carboxylase oxygenase,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)的再生和碳源流通的重要因子。SBPase在植物体内含量不高,但SBPase活性轻微受到抑制,就会导致卡尔文循环更新能力减弱。光合活性下降影响着碳同化过程,限制光合作用的速率。因此,景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶结构与功能的研究成为近几年植物光合作用的研究热点与重点。本文总结了前人的相关研究,阐述了景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶的结构和功能及其应用前景,以期为该酶的充分利用提供理论基础。
1 SBPase的结构
SBPase 由核基因编码,其前体是在细胞质中合成的具有N-末端延伸的信号肽,引导该酶从细胞质运转到叶绿体[2]。SBPase的蛋白质结构与FBPase(Fructose 1,6-bisphosphatase, 果糖-1,6-二磷酸酶)相似,两者蛋白序列一致的保守区远多于其他酶[3]。SBPase包含两个相同的、分子量为35~38 kDa的亚基,为同型二聚体。两个亚基均由一系列alpha;-螺旋和beta;-折叠通过无规卷曲联系在一起,两个亚基配对形成一个功能二聚体[4]。酶的活性位点位于两个亚基的分界线上,两个亚基共同维持这个组合体。
在比较小麦和拟南芥的SBPase 基因序列时,发现它们有相似的内含子和外显子结构,两者都包含7个内含子,其中6个位置是相同的[5]。与高等植物相比,绿藻的SBPase基因在内含子的数量和位置上无保守性[6]。绿藻、拟南芥和水稻的SBPase基因均为单拷贝[7],而在六倍体小麦中存在5个与SBPase基因同源的序列,可以预测基因拷贝数为3,说明在小麦的进化过程中发生了基因的复制。
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