磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶综述.docx

文献综述磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶综述［摘要］磷酸烯醉式丙酮酸竣化酶(pepor泛存在于高等植物、藻类及人多数细菌中，催化C4光合作用固定C02的笫一步反应在过去的10年中关于PEPC分子的一级结构研究已収 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米C4型PEPC分子的三维结 构，就这些研究进展进行总结关键词：磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶人肠杆菌PEPC玉米C4型PEPC分了结构一、 磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶的分了结构⑷PEPC (EC4. 1. 1.31)以Mg2+或Mn2+为辅助因子，催化磷酸烯醉式丙酮酸(PEP)和 HC03-生成草酰乙酸(OAA)和无机磷酸的不可逆性反应PEPC广泛存在于光合牛物，如 植物、藻类、蓝细菌和光合细菌中，述存在于很多非光合细菌和原生动物中PEPC催 化的反应为细胞各种纽分的生物合成提供四碳二竣酸，参与维持柠檬酸循环，在初级 代谢中有重要的补给作用，在C4植物和CAM植物的光合作用小催化人气小CO2固定的 第一步反应，是C4光合作用途径中最重要的醐Z-所有已知的PEPC均是四聚体，四 个和同亚基的分子量大约为95^110k Dao大多数PEPC是变构陆，•其活性调控方式为 变构作川。

不同种类牛物的PEPC有多种变构效应物把C4光合作川特异性的PEPC基 因导入C3植物中，以期提高C3光合作用效率，是目前植物基因工程的一个研究热点 研究结果发现在转基因植物中PEPC的活性也如同在C4植物中一样，受代谢产物如苹 果酸，6-磷酸葡萄糖(Gluc6-P)和可逆性磷酸化的共价修饰调控由于PEPC的变构调 控方式和机理很复杂，使PEPC的转基因操作得不到预期的结果，为此PEPC的分了特 性需要通过基因工程改造使之更适合转基因操作的要求对PEPC分子结构的研究可以 为基因工程改造PEPC的分子特性提供理论依据、为提高C3光合作用固定C02的效率 和作物的产虽提供冇益的启示由于PEPC在生理学上的重要性，对PEPC酶学特性的 研究很多，在过去的10年里关于PEPC的一•级结构和调控特性方血的研究已取得极显 著的进展，最近山于PEPC蛋口质品体制备技术的改进，获得高分辨率的大肠杆菌 PEPC( Ec PEPC)和玉米C4型PEPC( Zm PEPC蛋白质的晶体,通过X-射线射分析PEPC 蛋白质晶体结阐明了 Ec PEPC和Zm PEPC的三维结构，着重介绍PEPC分了的一级结构 和三维结构方面研究的最新进展。

二、 磷酸烯醇式丙酮酸竣化嗨的光调节⑵1、 PRP竣化酶光活化测定条件及光活化现彖1. 1 IC;植物PEP梭化酶的光活化Rogiel等川以玉米为材料发现从光暗两种处理叶片中提収PE1)梭化酶的饱和动力学曲 线冇所不同,光下比暗中酚活性高，推测玉米叶片中可能存在两种PEP梭化酶，一种在光 下占优势，简称光型PEP梭化酶，一种在暗中占优势，简称暗型PEP梭化酶几乎同 时,Huber等囚同样以玉米为材料，也观测到了 PEP梭化酚的光活化现象，并发现光II咅两 型PEP梭化酶活性间的差异与效应剂存在与否有关无效应剂存在时，光型酶是暗型酶 活性的2倍，当只加入苹果酸(Mai)或加入Mai后再加入6 一磷酸葡萄糖(G — 6 —) P时， 光型酶是暗型酶活性的20倍左右;对PEP梭化酶蛋白含量进行测定发现光、暗两种处理 酶蛋白含量并无明显差异，表明光暗转化过程中晦活性的变化是一个转译后的调节过程2、 PEP羚化酚光活化的机理1、氧化述原的调节2、 晦蛋白的碑酸化和脱磷酸化3、 酶分了聚合态Z间相互变化4、 光合细胞中代谢水平的变化3、PE1）狡化酶的光诱导形成光可以诱导PEP梭化酶的合成，光敏色索作为光受体参与了这一过程，但从光敏 色素接受光信号到PEP梭化酶基因表达ZI可的光信号转导过程还不了解。

Roux等c24〕 提出钙信使系统参与光敏色素信号转导的假说,这一假说已在红光诱导的球子族抱 子萌发c25,、红光诱导的转板藻叶绿体转动（26）、红光诱导的小麦原牛质体膨人 卿）以及光敏色素调节的蕃茄叶绿体发育（翔等过程中得到不同程度地证实最近 也证实钙信使系统可能参与了光敏色索调节的尾穗览觅红索的介成然而，最近的研 究结果表明cGMP信使系统参与了蕃茄细胞中光敏色素调节的花色素昔的合成，而 GMP和钙信使系统共同参与了光系统KP51）和细胞色素bj复合体（Cytbof）的合成， 并且G 一蛋白（GTP结合调节蛋白）在光受体和胞内信使Z间起偶联作用三、乙酸化修饰调控代谢网络和户的机制的研究⑶1、 磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶HATs的功能是将乙itt基从乙瞅一转移到组蛋白一末端尾部特定的氨基上， 部分中和组蛋白尾部的正电荷使与组蛋白间的静电引力和空间位阻增人，两者 之间的相互作用减弱，易于解聚，染色质呈转录活性结构，因此有利于转录因子与 模板相结合，进而激活基因转录日可作为辅激活因子调控转录、调节细胞周期、 参与损伤修复自从Kleff等第一次发现乙駄化转移醜Hat l以来，乙基转移酶受到越来越 多的关注。

乙敌基转移廨在进化上,从酵母到人类都是保守的，并且形成了多个亚 单位的复合体但与去乙瞅化转移腮不同的是，乙瞅基转移酶结构和功能更多样 化，分类也更加复杂他们总的可以分为两类：A型和B型A型乙基转移酶主 要在转录中起作用，又分为个5个家族,p300/CBP, MYST, GNAT, 一般转录因了和核 受体辅助因子等核内的A型的乙瞅基转移酶人部分相当保守，与其他分子形成 高分子虽的复合体细胞浆内的B型的乙酿基转移猶对从头合成的游离的组蛋白 进行乙瞰化修饰，促进组蛋白入核，与新合成的DNA结合在一起许多乙St棊转移 酶表现出了明显的底物特异性,即使是对于纽蛋口乙瞅基转移酶复合体也彩响 染色体的包装,DNA损伤的修复和非组蛋口底物的乙瞅化许多乙豔基转移酶拥有 一个进化上保守的结构域一结构域，它可以识别乙駄化的赖氨酸,通过染色质相 关蛋白去乙1%化组蛋白2、 磷酸烯醇式丙酮酸梭澈酚的泛素化研究2. 1构建稳定表达PEPCK1的细胞株① 克隆② 转染293T细胞③ 感染④ 筛选2. 2特界敲落UBR5, P300, Sirt2的寡核昔酸链 寡核昔酸链序列通过网络上合成原则上,序列应符合以下标准（1） GC 含量为 36-62%（2） 最好是的模式AAN19dTdT的模式（3） 排除连续4个A或4个T的序列⑷通过Blast检验,不会影响其他基因的表达。

四、植物磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶的功能及其在基因工程中的应用⑷植物磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC, EC 4.1. 1. 31)是广泛存在的一种细胞质酚，催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和HC03-牛成 草酰乙酸(0AA),后者门J转化生成三竣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十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在牛•物基因工程中的应用方面的进展，随 着对具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而得到更好的发展与应用1、植物PEPC的种类与结构1. 1植物PEPC的种类和基因序列特征PRPC多肽段的大小变化非常大，在高等植物中,PEPC主要以4种同工酶形式存在， 即C4光合型、C3光合型、CAM型以及非光合型在大多数高等植物中存在着3~4个 编码PEPC的小ppc基因家族，每个家族包含1个到多个基因。

1.2 PEPC的蛋白质结构目前所有已知的PEPC均是四聚体,4个相同亚基的分量范围95~110kDa2002年 Matsumui^a等发表了从玉米叶片中纯化的结合了硫酸根离子的加PEPC蛋白质品体 结构，这是H前唯一报道的杭物PEPC的三维蛋白晶体结构X-衍射分析发现Zm PEPC酶蛋片由4个相同的亚基组成“双二聚体”构型，排列成四方形，中间是1个 大空隙2、 植物组织中PEPC的活性调节绝大多数的PEPC是变构廨，其变构作用的调节过程往往与代谢产物的反馈调节作 用相关双子叶植物PEPC的活性可被正调控代谢效应物葡萄 糖-6-磷酸(G-6-P)和丙糖磷酸等激活，并被负调控反馈抑制剂L-苹果酸或Asp等 抑制，同时单子叶植物PEPC活性还可被Gly或Ab激活另外，一些包含磷酸基 的化合物以及有机酸或PEP/M酮酸的类似物还分别是常用的激活剂和抑制剂除此 Z外，C4植物PEPC氨棊端的1个保守丝氨酸残基还受到口J逆磷酸化的调节3、 PEPC在基因工程中的应用3. 1提高作物光合效率04 PEPC对英底物HC03-冇较高的亲合力，将C4光合关键酶某因导入C3植物从而 在重要的C3作物中建立起C4循环，提高光合生产能力一肓是人们关注的问题。

3. 2提高油料作物种子脂肪酸含量PEPC是控制植物种子中蛋口质和脂肪酸合成的关键酶之一，抑制具活性可以捉高植 物体中脂肪酸的含Mo PEPC在植物种子中参与种子贮藏蛋口和脂肪酸代谢的调控方 面的功能引起了农业界的关注，当PEPC的表达受到抑制时，PEPC通过改变代谢模 式使碳原子的流向从糖类物质的合成转 向脂肪酸的合成3. 3促进种子蛋白质合成在种了中，与抑制PEPC表达促进脂肪酸的合成相反，提高PEPC的表达可激活糖 酵解过程中碳原子流向蛋口质方向的分支代谢途径在种子发育的早期和中期，子 叶中PEPC的表达量会明显上升，它的活性通常被磷酸化所激活，并受到植物此时 碳源和氮源供给的影响，种了发育后期蛋白质合成基木完成后PEPC的活性明显下 降，因而从一个侧面反映了发育子叶中PEPC对于蛋白合成当中通过合成有机酸为 氨基酸提供碳骨架的重要性3.4在微生物和藻类基因工程中的应用PEPC在种类繁多的微牛•物中也广泛分布，并具有多重牛物功能，是糖界牛•作用和 氨基酸合成Z间的重要纽带，因此也是许多微生物基因工程的调 控靶标五、结语磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶（Phosphoeno 1 pyruvate carboxylase, PEPC, EC是广泛 存在的-•种细胞质酶，催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和HC03-生成草酰乙酸（OAA）,后 若对转化牛成三竣酸循坏的多种中间产物。

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 子的营养物质介成与代谢过程，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丿IJ研究的深入, 将有助于植物PEPC在高产优质农作物育种、能源植物和工业微牛物等的开发利川等方 而得到更好的发展与应用参考文献[1] 赵艳磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶的分子结构研究进展2007. 05. 003[2] 马力耕磷酸烯醇式丙酮酸竣化陆的光调节1996. 02. 028[3] 蒋雯卿乙酰化修饰调控代谢网络和磷酸烯醇式丙酮酸竣激酚的机制的研究2011.4. 8[4] 魏绍巍植物磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶的功能及其在基因工程中的应用2011.12.010。