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。

巴夫杜氏藻1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶小亚基基因的克隆和分析

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)是光合作用中的一个关键酶,其小亚基rbcS具有调控羧化反应催化效率和影响该酶对二氧化碳/氧气底物特异性的功能。从巴夫杜氏藻中克隆rbcS基因及其5′-上游序列,并对基因及5′-上游序列进行了分析。根据已知rbcS基因保守核苷酸序列设计引物,分别克隆到1 841 bp的DNA和380 bp的cDNA序列。以此为基础,使用染色体步移(Genome walking)和cDNA末端快速扩增(RACE)技术,获得了799bp的5′端DNA序列和500 bp的3′端cDNA序列。序列分析发现,巴夫杜氏藻rbcS DNA全长为2 031 bp(不包括476 bp 5′-上游序列),cDNA全长包括570 bp开放读码框(GenBank登录号:HQ315783)和294 bp 3′端非翻译区。5′-上游序列区域存在一系列预测的顺式作用元件。该研究旨在为后继的rbcS基因的功能和表达研究、Rubisco的遗传改造奠定基础。同时,rbcS启动子因其可驱动基因高效表达而引起广泛关注,因此获得的rbcS 5′-上游序列经验证和优化后,可用于在嗜盐微藻中驱动转基因的高效表达以及完善微藻转化系统。

蔗糖对水稻幼苗叶片谷氨酰胺合成酶和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的影响

报道了在光照和暗处培养下 ,不同浓度的蔗糖对水稻幼苗叶片 GS及其同工酶、1,5 -二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (Rubisco)的影响。无论是在光照或在暗处 ,蔗糖对 GS活性均有抑制作用 ,尤其是在较高蔗糖浓度下作用更为明显 ;虽然 Rubisco及可溶性蛋白的水平在光照和暗处有显著的差别 ,但蔗糖对其未见明显影响。 Native-PAGE与活性染色表明 ,在光照下或在暗处 ,蔗糖对 GS2的抑制作用随蔗糖浓度升高而加强 ,但对 GS1未有明显影响。这些结果提示 ,在水稻幼苗生长中 ,蔗糖不能象光一样诱导叶片

小麦叶片内1,5二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基由53000到50000裂解反应的定位研究

研究了小麦叶片内1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rub isco,EC 4.1.1.39)大亚基(LSU)由53 000裂解为50 000的反应。结果显示,成熟叶片的粗提液在pH 5.5的条件下反应后能检测到50 000的裂解产物,而暗诱导衰老叶片的粗提液在pH 7.5的条件下也能发现LSU的这一降解。分别从成熟叶片和衰老叶片中提取叶绿体,以其裂解液为反应体系研究LSU由53 000裂解为50 000这步反应的细胞器定位。结果显示,衰老叶片中的叶绿体裂解液在pH 7.5时反应1 h后能检测到50 000降解产物,而成熟叶片叶绿体裂解液在pH 5.5和pH 7.5的条件下反应后均未检测到LSU的50 000裂解产物。上述结果表明:衰老叶片中LSU由53 000部分裂解为50 000的反应定位于叶绿体内,而成熟叶片中LSU由53 000裂解为50 000的反应可能定位于叶绿体外。

多能硫杆菌1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的酶学特征及基因检测

从固体平板的生长情况及RubisCO酶活性测定结果，表明多能硫杆菌是通过卡尔文循环固定的CO2，并具有该循环的关键酶──1，5－二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶．进一步将多能硫杆菌染色体DNA用各种限制性内切酸酶切，Southern转移到硝酸纤维素滤膜上，与光合细菌Rhodobactersphaeroides的RubisCO基因（rbcL－rbcS）探针杂交，显示出杂交带型，说明多能硫杆菌具有R．sphaeroides同源的羧化酶基因，并初步将该基因定位在3．0kb的PstⅠ片段内．

香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基克隆与生物信息学分析

通过PCR技术成功克隆1个香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基基因的全长序列,并登录GeneBank,登陆号为FJ973633。利用生物信息学方法,分析香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基基因序列,对其推导的氨基酸的理化性质、亲水性/疏水性、跨膜结构、导肽、二级结构进行预测,并对香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基的氨基酸做进化发育分析,为进一步了解香蕉1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基在香蕉光合吸收中的作用奠定基础。

核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的结构,调节及遗传工程前景

核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶是光合作用固定二氧化碳的一个关键酶。如能应用遗传工程技术增加其催化效率,有可能导致净光合作用的增加,从而使作物增产。最近用高分辨力的X-射线对烟草酶的空间结构已进行了测定。原核生物酶的定位突变也已开始研究。虽然高等植物酶已可进行体外重组,但小亚基的功能仍不很清楚,大、小亚基基因尚不能在大肠杆菌中表达出有活性的酶。新的大亚基遗传讯息还不能有效地引入叶绿体基因组中。酶的结构与功能关系,催化及分子装配机理等基本问题还需要全面深入研究。

普通白菜1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基基因Bcrbc S的克隆及表达分析

利用RACE技术,从普通白菜抗霜霉病品种苏州青叶片克隆到1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit,Bcrbc S)基因的全长c DNA序列。采用q RT-PCR分析该基因在普通白菜不同组织的表达模式。利用SDS-PAGE技术分析了该基因的原核表达特征。序列分析结果表明,Bcrbc S基因的c DNA序列全长为733 bp,其中开放阅读框长度为543 bp,共编码181个氨基酸,分子质量为20.3×10~3 Da,理论等电点为8.23。氨基酸同源系统进化分析表明,普通白菜Bcrbc S基因与同科植物的进化关系相近。实时定量分析结果表明,Bcrbc S基因在普通白菜叶中表达最强;在SA和Na Cl处理下,Bcrbc S基因表达量均在处理24 h后达到峰值。原核表达载体经IPTG诱导表达出分子质量约为20×10~3 Da的融合蛋白。

糠椴核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶基因生物信息学分析

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是植物光合作用的关键酶.利用生物信息学对糠椴Rubisco基因进行开放阅读框、氨基酸组成、跨膜结构域、亚细胞定位和结合区分析,预测糠椴Rubisco的亲/疏水性和二级结构,通过同源建模构建糠椴Rubisco的三维结构.结果表明:糠椴Rubisco基因共有5个开放阅读框,其中最长的开放阅读框为1454 bp;糠椴Rubisco为亲水蛋白,共有12个蛋白结合区,含有20种氨基酸,由34.92%的α螺旋、11.36%的β折叠和53.72%的无规则卷曲组成.该结果可为研究糠椴Rubisco基因结构和功能提供参考.

沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶基因克隆及其在大肠杆菌中的表达

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶(RubisCO)(EC4.1.139)是光合细菌通过卡尔文循环固定二氧化碳的关键酶。本文采用PCR方法,从沼泽红假单胞菌株No.9中克隆到RubisCO基因(cbbM)序列(该序列已提交GenBank,登录号:GU061327)。采用同源建模法,建立了该RubisCO蛋白的三维结构模型,预测其活性位点。将cbbM基因亚克隆到表达载体pTV118N上,构建表达质粒pTV-CBBM,转化大肠杆菌BL21(DE3),获得表达菌株BL21(DE3)/pTV-CBBM,该菌株经IPTG诱导表达后,进行SDS-PAGE检测。采用气相色谱法测定破菌上清中的RubisCO酶活。结果表明:①cbbM基因编码461个氨基酸,与沼泽红假单胞菌株DCP3和DH1的RubisCO蛋白序列相似性分别为98%和99%;②推测沼泽红假单胞菌No.9中RubisCO蛋白的活性中心由Asn112、Lys192、Asp194、Glu195、His288、Arg289、His322、Gly424、Ser369、Gly370和Gly394等氨基酸残基组成;③重组蛋白分子量约为50kDa左右,与预测相符;④破菌上清中的RubisCO酶比活高于原始菌株中的酶活,说明目的基因在大肠杆菌中得到了有效表达。

二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶装配研究进展

本文对Rubis CO大、小亚基在叶绿体和大肠杆菌中的合成,装配,酶的体外重组以及亚基结合蛋白的性质和作用等进行了综述,并对这个领域的研究前景作了展望。

二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶在植物代谢中的作用

据英国 Nature,2004,432:779报道,美国密执安大学植物生物学系的科研人员,在一种高等植物中发现了一种新的生物化学途径。种子中碳的有效储存对植物适应及农业生产都是至关重要的。对绝大多数种子来说,油脂是主要的储存物质,而这些油脂又是自然界可更新的还原碳链的最大来源。然而,在糖通过糖酵解向油酸转化时,种子中三分之一的碳会以 CO2的形式损失掉。

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶活化酶在植物抗逆性中的作用

自上世纪80年代核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶活化酶(Ru Bis CO activase,RCA)被发现后,一直广受关注,其酶学特性、体内外活化及其对光合作用的影响、体内外活性调节机制、基因和分子结构、反义突变和超表达等研究,已成为了光合研究领域的一大热点。本文结合国内外研究进展,就RCA分子结构、与光合作用的关系,特别是其在植物抗逆中的作用等方面进行综述。

桂糖11号Rubisco基因克隆、原核表达及纯化

【目的】通过原核表达及纯化获得甘蔗1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)的大、小亚基融合蛋白,为获得符合抗体制备条件的高纯度融合蛋白提供技术支持。【方法】以甘蔗品种桂糖11号(GT11)+1叶为材料,根据NCBI公布的甘蔗Rubisco大、小亚基基因(rbc L和rbc S)的编码域序列(CDS)设计特异性引物,PCR扩增rbc L和rbc S基因的CDS,然后连接至原核表达载体p ET-30a(+),构建重组质粒后转入原核细胞(大肠杆菌Rosetta)中诱导表达,用镍亲和层析柱对融合蛋白进行纯化,并比较分析桂糖11号与其他甘蔗品种在rbc L和rbc S基因的CDS及编码蛋白序列方面的差异。【结果】rbc L和rbc S基因的CDS长度分别为1431和510 bp,其中桂糖11号rbc L基因的CDS与Saccharum hybrid cultivar SP80-3280(Gen Bank登录号AE009947)、Saccharum hybrid cultivar Q155(Gen Bank登录号KU214867)的一致,桂糖11号rbc S基因的CDS与Saccharum hybrid cultivar GT28(Gen Bank登录号JN591757)的存在7个碱基差异,但仅有2个氨基酸发生错义突变。Rbc L和Rbc S融合蛋白以包涵体形式存在原核细胞中,用镍离子亲和层析纯化及超滤浓缩后其浓度均在1.0 mg/m L以上。【结论】从桂糖11号成功克隆Rubisco大亚基和小亚基基因的CDS,大亚基基因的CDS比小亚基的保守性更高,且均可在原核细胞中高度表达,经纯化浓缩获得的高纯度融合蛋白可用于制备Rubisco单克隆抗体。

新型植物蛋白来源RuBisCO的研究进展

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase,RuBisCO)是决定植物光合作用碳同化速率和光呼吸的关键酶,在C4植物(如玉米或高粱)中构成15%的叶可溶性蛋白质,在C3植物(如小麦、烟草、苜蓿)中占总氮的50%以上。RuBisCO的分子质量约为560 kDa,由8个大亚基和8个小亚基组成,形状近似空心球体或圆柱体,在一定条件下大小亚基可以发生解离。RuBisCO的提取和纯化工艺主要受到多酚、叶绿素、纤维和多糖等物质的影响,目前的提取方法存在成本高、效率低、工艺复杂等问题,应当严格把控原材料的品质,开拓经济性和质量兼具的提取和纯化方法,并且考虑附加子产品开发。在理化性质方面,RuBisCO具有出色的溶解性、乳化性、起泡性和可在低浓度下形成脆性凝胶的特性,极具应用潜力。在营养与功能特性方面,RuBisCO富含必需氨基酸,其衍生的多肽在体外已被证实具有促进健康的功能。本文对RuBisCO的来源、结构、提取工艺、理化特性、营养及功能特性进行了综述,提出了未来的研究方向,并展望了其应用前景。

植物叶片中RuBP羧化酶／加氧酶及光反应机构衰老机理的研究进展

在作者及其实验室多年研究的基础上，针对今后的研究方向，对国内外在植物光合机构与功能衰老研究的进展进行综述和讨论。叶向导度、ＲｕｂｉｓＣＯ含量、ＲｕＢＰＣａｓｅ活性及光系统活性是老化过程中光合速率的内部限制因素。在衰老过程中，１，５－二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶活性降低，ＲｕｂｉｓＣＯ蛋白合成在转录和翻译水平上均受到抑制，同时ＲｕｂｉｓＣＯ蛋白也受到蛋白水解酶的分解；类囊体膜结构紊乱，膜上结合色素、脂类和功能蛋白受到破坏，光合电子传递链活性及光合磷酸化水平发生衰退。植物光合机构及功能衰老在多条途径上渐次展开，叶绿体内光合电子传递生成还原物质的过程与碳素、氮素同化及Ｍｅｌｈｅｒ反应利用还原物质过程之间的失衡可能是光合机构不可逆衰老的重要机制。

原核生物Rubisco的研究进展

1 ,5 二磷酸核酮糖羧化酶 /加氧酶 (Rubisco)是卡尔文循环中的关键酶 ,该酶广泛存在于植物和一些原核生物中。由于在结构上 ,原核生物中Rubisco与植物有相似之处 ,因此人们对原核生物中的Rubisco进行了大量研究 ,就原核生物Rubisco的结构、基因调节。

外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦Rubisco及其活化酶的影响

以抗旱品种‘晋麦47’和干旱敏感品种‘郑引1号’为材料,通过室内水培试验研究了外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦叶片净光合速率、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(RCA)含量和相关基因表达特性的影响。结果表明:(1)外源海藻糖和渗透胁迫均能显著增加2个小麦品种叶片海藻糖含量。(2)渗透胁迫显著降低了2个品种小麦叶片的净光合速率,而外源海藻糖能显著缓解受胁迫小麦叶片净光合速率的降低幅度。(3)渗透胁迫仅使‘郑引1号’Rubisco大亚基基因(rbcL)相对表达量及相应蛋白含量显著降低;渗透胁迫显著降低了小麦RCAα和β亚基基因相对表达量,并显著降低RCA蛋白含量,而外源海藻糖不能缓解RCA蛋白含量的降低;渗透胁迫显著降低了Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性,而外源海藻糖则能显著缓解上述酶活性的下降。(4)小麦叶片净光合速率与其rbcL、RCAα和β亚基基因相对表达量及Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性均呈极显著正相关关系。研究发现,在渗透胁迫条件下,外源海藻糖主要从翻译后层面对小麦叶片Rubisco和RCA的活性发挥显著保护作用,从而缓解了小麦净光合速率的降低。

不同抗性烟草品系Rubisco及其活化酶对赤星病胁迫的响应

本研究以抗、感烟草品系JYH、CBH为试验材料,分析赤星病胁迫对光合作用和核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)、核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(RCA)活性及基因表达的影响。结果表明,胁迫9 d,JYH的光合作用及Rubisco、RCA活性、基因表达水平和蛋白含量受到明显抑制。赤星病胁迫显著降低CBH的光合作用及Rubisco、RCA活性和蛋白含量,Rubisco大、小亚基基因(rbcL、rbcS)、RCA基因(rca)的相对表达量也持续下降。JYH的Rubisco、RCA活性、基因表达水平和蛋白含量均显著高于CBH。相关性分析结果显示,Pn与Rubisco、RCA活性及基因表达量呈显著、极显著正相关。在赤星病胁迫下,JYH可维持较高的Pn与Rubisco、RCA活性,从而具有较强抗性。