嗜热紫硫细菌RuBisCO的冷冻电镜结构研究

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, RuBisCO)能够催化光合作用暗反应过程中CO_(2)的同化过程,完成生物圈中95%的碳固定。然而RuBisCO的催化效率极低,每个RuBisCO全酶每秒钟只能催化3~10个CO_(2)分子的转化,高温环境下,高等植物中RuBisCO的催化活性会更低。全球暖化环境下,获取高温环境下具有较高催化活性的RuBisCO突变体,既能增加作物产量,又可固定更多CO_(2),减缓全球暖化速度。本研究利用冷冻电镜技术获取了嗜热紫硫细菌1.9?RuBisCO的精细三维结构,并分析其与其他物种RuBisCO结构上的异同,对设计高温环境下具有较高催化活性的RuBisCO突变体提供了基础。

条浒苔蛋白核超微结构和Rubisco及其活化酶分子定位

研究了条浒苔蛋白核超微结构及其Rubisco和Rubisco活化酶金相免疫分子定位。超微结构显示,条浒苔细胞具有形态及组成相同的1～2个蛋白核,每个蛋白核被淀粉鞘所包围。蛋白核中央均有1条由1个类囊体构成的纵向孔道,并有时局部特别膨大。纵向孔道两端与叶绿体基质相连接。小球藻Rubisco抗体对条浒苔Rubisco的Western印迹图谱显示仅为1条带,其位置与SDS-PAGE电泳图谱上的主带相对应,分子量大约为55kD。金相免疫分子定位的结果显示,条浒苔Rubisco金标颗粒主要分布于叶绿体的蛋白核(71.86%)和淀粉鞘(27.94%)部位中,按面积密度计算二者总和占99.8%,极少分布在叶绿体类囊体和基质中(0.2%)。Rubisco活化酶分子定位也显示其主要分布于蛋白核和淀粉鞘中。这些结果均表明条浒苔蛋白核(及淀粉鞘)与单细胞绿藻的蛋白核相同,具有光合作用功能。条浒苔Rubisco初始活性和总活性的测定结果表明,其活化率较高,高达77.62%。

小麦旗叶Rubisco和Rubisco活化酶与光合作用日变化的关系

Rub isco是植物光合作用中的关键酶,其体内活性由Rub isco活化酶调节。研究了小麦旗叶的光合速率与Rub isco和Rub isco活化酶之间的相关性。结果表明,小麦旗叶的光合速率和Rub isco初始活力、Rub isco活化酶活力都存在着明显的日变化;小麦旗叶的光合速率主要取决于Rub isco的初始活力,即Rub isco被Rub isco活化酶活化的程度,而与Rub isco和Rub isco活化酶本身的含量关系不大。

水稻Rubisco及其活化酶的免疫金标定位

采用免疫胶体金标记电镜技术对水稻叶片中的Rubisco及其活化酶进行细胞器定位,结果表明Rubisco主要分布于叶绿体,Rubisco活化酶特异性分布于叶绿体和线粒体中,预示Rubisco活化酶可能具有除活化钝化态Rubisco以外的其他功能.

小麦Rubisco活化酶基因的克隆和表达特性

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中调节Rubisco活性的酶,我们利用PCR技术,从小麦(Triticumaestivum)叶片cDNA文库中克隆得到Rubisco活化酶基因cDNA片段,该片段长度为850bp,编码201个氨基酸。Northernblot表明,小麦叶片在暗诱导衰老的条件下,叶片中活化酶基因表达水平逐渐下降;同时,小麦叶片的光合特性、叶绿素含量和Rubisco活性呈现下降趋势。这些结果表明,衰老时小麦叶片Rubisco活化酶基因表达水平下降与光合速率下降密切相关。

黄瓜幼苗Rubisco与Rubisco活化酶对光强的响应

以津优3号幼苗为试材,研究弱光(LL:100μmol.m-2.s-1)、亚弱光(SL:300μmol.m-2.s-1)下黄瓜幼苗光合速率(Pn)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)活性及其基因表达量的变化。结果表明,11 d弱光处理后,黄瓜幼苗叶片的Pn、Rubisco初始活性、总活性及RCA活性均显著降低,亚弱光处理的Pn也明显降低,但其Rubisco初始活性和总活性与CK差异不显著。弱光和亚弱光处理的rbcS相对表达量有所降低,而rbcL和CsRCA相对表达量明显增加。说明弱光下Rubisco和RCA活性降低是引起Pn降低的重要原因之一,但当光强达到300μmol.m-2.s-1时,Rubisco和RCA活性与Pn相关性不明显。较长时间的弱光处理后,Pn的降低与rbcS相对表达量减小有关,而rbcL和CsRCA的表达量增加可在一定程度上弥补Rubisco和RCA活性降低引起的光合速率下降。

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)

文章就核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的分布、结构、性质、分类与功能的研究进展作了介绍。

Rubisco活化酶的分子生物学

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中、调节Rubisco活性的酶,Rubisco活化酶同时具有活化Rubisco和催化ATP水解的作用。它依赖ATP水解,促使RuBP或其它磷酸糖类从Rubisco上解离下来,以恢复Rubisco的活性。该文介绍Rubisco活化酶的分子特性、作用机制、光合作用调节及基因工程的最新研究进展。

大麦和玉米叶片叶绿体中Rubisco及其活化酶的免疫金标记定位

运用免疫金标记电镜技术研究了禾本科C_3植物大麦(Hordeum vulgare L.)和C_4植物玉米(Zea mays L.)叶片中Rubisco及其活化酶(RCA)的细胞定位,结果表明:两种植物叶片解剖结构及叶绿体超微结构差别明显。在大麦叶细胞中,只有一种叶肉细胞叶绿体,Rubisco和RCA主要分布于叶绿体的间质中。在玉米叶细胞中,存在着维管束鞘细胞和叶肉细胞两种类型叶绿体,Rubisco主要分布于鞘细胞叶绿体的基质中,但在叶肉细胞叶绿体中亦有少量特异性标记;RCA在鞘细胞叶绿体和叶肉细胞叶绿体的基质中都有分布。两种植物叶绿体结构及光合作用关键酶定位的不同,体现了C_3植物和C_4植物在光合器结构与功能上的差异。

Rubisco活化酶的研究进展

Rubisco活化酶是近年中发现的一种可以调节Rubisco活性的酶 ,它能使Rubisco在植株体内条件下达到最大活化程度。Rubisco活化酶不仅具有活化Rubisco的活性 ,而且具有ATP水解酶活性。在ATP水解过程中 ,Rubisco活化酶促使各种磷酸糖抑制物从Rubisco上解离下来 ,恢复Rubisco活性。Rubisco活化酶的发现与研究使许多Rubisco体内活化中的疑难问题得到了阐明。本文还介绍了Rubisco活化酶的分子特性、酶作用机制以及环境因素对它活性影响等方面的最新研究进展。

水稻Rubisco和RCA的日变化及其细胞定位(英文)

采用免疫胶体金标记电镜技术对水稻(Oryza sativa subsp. indica cv. 浙农952)叶片中的Rubisco及其活化酶(RCA)进行细胞器定位和定量, 同时用免疫扩散法进行叶片含量分析, 研究了这两种酶含量及活力的日变化。结果表明Rubisco主要分布于叶绿体,RCA分布于叶绿体和线粒体中;光合速率(Pn)、Rubisco 初始活力和RCA活力与光合日变化密切相关;在光照最强的13时, 出现光合“午休”, 叶绿体中Rubisco的密度有一定程度降低,而全叶的总Rubisco保持稳定, Rubisco初始活力也有明显的“午休”, 这意味着体内Rubisco的活力除受RCA调节外, 可能还与叶绿体中Rubisco的分布有关。RCA活力变化与叶绿体中RCA含量变化较为一致, 表明RCA在叶绿体中的分布对调节其本身活力和Rubisco活性有重要作用。

水稻叶片生育过程中Rubisco活化酶及其与Rubisco和光合速率的关系

水稻叶片生育过程中Rubisco活化酶、Rubisco和光合速率的动态变化研究表明 ,Rubisco活化酶、Rubisco活力和光合速率密切相关 ,Rubisco活化酶活力和光合速率的相关系数分别是 0 .9687(浙农 952 )和 0 .9545(浙农 966) ;高产品种浙农 952的水稻叶片中Rubisco活化酶含量一直较高 ;尤其是生育后期 ,剑叶开始衰老 ,浙农 952的Rubisco活化酶含量下降较浙农 966慢。斑点杂交分析表明 ,生育期内浙农 952的Rubisco活化酶mRNA含量始终高于浙农 966,生育后期浙农 952的Ru bisco活化酶mRNA含量下降也比浙农 966略微平缓。

Rubisco活化酶的研究进展

Rubisco活化酶是最近发现的一种核编码的叶绿体蛋白，它在叶绿体内具有激活光合碳同化限速酶Rubisco的功能。该酶能在生理水平RuBP、CO2浓度（10μmol／L）下使Rubisco达到最大的活化程度。Rubisco活化酶的研究揭示了长期以来未能解决的Rubisco在体内活化的机理。Rubisco活化酶能解除磷酸糖对Rubisco活性的抑制作用，它的活化活性需耍有ATP的存在。同时它有ATP酶的活性，能水解ATP，ATP／ADP的比率对该酶有重要的调节作用。此外；对该酶的分子生物学特性研究进展也作了简要的评述。

水稻不同品种光合作用与Rubisco的关系

以两个不同产量性状的水稻品种（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．ｉｎｄｉｃａ）为材料，研究高产水稻品种的高光合机理。结果表明：在剑叶生育过程中，高产水稻品种浙农９５２的光合速率始终高于浙农９６６；Ｒｕｂｉｓｃｏ初始活力、总活力、Ｒｕｂｉｓｃｏ含量和光合速率均显著相关；除最大值外，浙农９５２的Ｒｕｂｉｓｃｏ的初始活力、总活力均高于浙农９６６；但浙农９５２的Ｒｕｂｉｓｃｏ含量在剑叶发育前期明显低于浙农９６６，后期则因浙农９５２降幅较慢而高于浙农９６６。因此推测品种间Ｒｕｂｉｓｃｏ确实存在着差异；Ｒｕｂｉｓｃｏ含量并非为光合速率的唯一限制因子，而是与Ｒｕｂｉｓｃｏ活力共同限制着光合速度，进而影响水稻产量。

小麦叶片Rubisco抗体的制备及其应用

利用DEAE TOYOPEARL 650M快流速阴离子交换层析技术,1d内可收集高纯度的Rubisco。以纯化的Rubisco为抗原,免疫新西兰白兔,得Rubisco抗体。以Rubisco抗体建立单向免疫扩散法,定量测定Rubisco含量,研究小麦叶片光合作用日变化过程中Rubisco含量及其活力的变化。结果表明:单向免疫扩散法可用于小麦叶片Rubisco含量的测定。

钾元素对植物光合速率、Rubisco和RCA的影响

钾离子可提高叶肉细胞渗透势 ,增加植物叶片水势 ,减少气孔阻力 ,增多叶绿体内基粒 ,促进光合电子传递及光合磷酸化 ,提高光合关键酶二磷酸核酮糖羧化酶 /加氧酶(Rubisco)和Rubisco活化酶 (RCA)的含量和活性 ,明显降低量子需要量 ,提高光合速率。Rubisco是光合速率的关键酶 ,RCA对Rubisco活性有重要的调节作用。低钾主要导致Rubisco及RCA含量均降低 ,限制了体内Rubisco的活化和Rubisco总活性 ,降低了Rubisco的初始活性 ,使CO2 固定作用低于Rubisco的最大能力 ,制约了光合速率和生物产量的提高。同时钾离子对Rubisco和RCA没有直接的活化作用。参 5

小麦Rubisco活化酶的纯化及其活性特性

试验以小麦为材料 ,纯化了Rubisco活化酶 ,经SDS 聚丙烯凝胶电泳鉴定呈 2条蛋白质谱带 ,分子量为410 0 0和 45 0 0 0 ,利用14 C标记法测定并探讨了Rubisco活化酶的活性 ,并发现Rubisco活化酶在纯化和储藏过程中都需要ATP以稳定其活性。

水稻剑叶衰老期Rubisco活化酶对Rubisco活力和光合速率的调节(英文)

为明确 Rubisco活化酶在叶片衰老期间是否对 Rubisco羧化活性和光合速率起调节作用 ,本文研究了水稻剑叶衰老过程中叶片光合速率、可溶性蛋白含量、Rubisco初始羧化活力及含量 ,Rubisco活化酶活力及含量 .结果表明 :净光合速率与 Rubisco初始羧化活力和 Rubisco活化酶的活力间分别为 r2=0 .9663和 r2 =0 .70 2 ,Rubisco初始羧化活力与 Rubisco活化酶的活力和含量间分别为 r2 =0 .81 0 3和r2 =0 .81 4 3 ,Rubisco活化酶含量与 Rubisco和可溶性蛋白间分别为 r2 =0 .92 57和 0 .8675,Rubisco活化酶的活力与含量间 r2 =0 .7587.Rubisco活化酶的含量占 Rubisco含量的 0 .5%～ 1 .0 % ,占叶片可溶性总蛋白质的 0 .5%～ 0 .6% ,随着剑叶衰老 Rubisco活化酶所占的比值加速下降 .这表明水稻剑叶衰老期间 ,Rubisco活化酶对维持 Rubisco初始羧化活力和净光合速率有重要调节作用 .

RubisCO的研究进展

１ ，５二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶（ＲｕｂｉｓＣＯ） 是调节光合和光呼吸， 决定净光合作用的一个关键酶； 也是植物可溶性蛋白质中含量最高的蛋白质． 该酶广泛存在于植物及一些微生物体内． 综述了近年来有关ＲｕｂｉｓＣＯ 的一些研究进展． 包括ＲｕｂｉｓＣＯ 的基本性质、结构与功能、酶基因工程。

蘖穗氮肥追施比例对水稻灌浆成熟期Rubisco和GS同工型基因表达量的影响

【目的】氮素营养影响着水稻灌浆过程中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)和谷氨酰胺合成酶(GS)基因转录表达量,研究其变化动态及其与不同形态氮含量的关系,旨在为阐明氮素营养对光合效率和籽粒蛋白质积累的影响分子调控机理提供理论依据。【方法】选用寒地粳稻穗数型高产品种和穗重型超级稻品种进行盆栽试验。施肥比例为N∶P_2O_5∶K_2O=1∶0.5∶1,氮肥50%作为基肥,其余作分蘖肥和穗肥追施,分蘖肥和穗肥比例为10%∶40%、20%∶30%、30%∶20%、40%∶10%。分析了水稻灌浆过程中Rubisco和GS基因转录表达量及不同形态氮的积累动态。【结果】增加穗肥氮素施用量可显著提高水稻灌浆过程中叶片和籽粒的全氮、铵态氮、硝态氮含量;增加穗肥比例不同程度的上调了Rubisco大亚基和小亚基基因的m RNA表达量,其中Os RBCSL、Os RBCS2和Os RBCS4表达上调显著,Os RBCS3和Os RBCS5表达上调较小;穗肥比例增加延长了Rubisco各亚基基因高表达持续时间,增加了水稻灌浆中期和后期叶片中Os GS1;1和Os GS2基因的转录表达量以及籽粒Os GS1;1基因的转录表达量和整个灌浆过程中Os GS1;3基因的转录表达量。Rubisco五个亚基基因的转录表达量与叶片NO3–-N和全氮含量间以及叶片和籽粒中GS基因的转录表达量与NH4+-N和全氮含量间均呈显著或极显著的正相关。【结论】在灌浆过程中Os RBCL基因和GS基因的转录表达量变化动态不因品种或氮素营养不同而发生质的变化,不同基因对氮素营养的响应程度并不相同,增加叶片NO3–-N和全氮含量,可以显著提高Rubisco基因的转录表达量,增加灌浆成熟期叶片和籽粒的NH4+-N和全氮含量,可以显著提高叶片和籽粒的GS基因转录表达量。