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    磷酸酶的基本性質與功能
    瀏覽次數:38發布日期:2021-07-14

    磷酸酶(phosphatase)是一種能夠將對應底物去磷酸化的酶,即通過水解磷酸單酯將底物分子上的磷酸基團除去,并生成磷酸根離子和自由的羥基。磷酸酶的作用與激酶的作用正相反,激酶是磷酸化酶,可以利用能量分子,如ATP,將磷酸基團加到對應底物分子上。在許多生物體中都普遍存在的一種磷酸酶是堿性磷酸酶。

    誘導并分泌酸性磷酸酶是植物應對低磷環境的重要適應性反應之一。酸性磷酸酶可以從不同的有機磷底物上水解磷酸基團,供植物吸收利用。大多數的植物酸性磷酸酶沒有明顯的底物特異性,可以水解的底物包括 RNA、DNA、3-磷酸甘油酸、磷酸己糖等。體外實驗中,從擬南芥、番茄中純化的酸性磷酸酶的酶活力都受到了緩沖液中高 Pi 濃度的抑制,進一步研究發現酸性磷酸酶水解產生的 Pi 可以負反饋抑制大多數酸性磷酸酶的活性。酸性磷酸酶也可以分解一些特殊的有機磷底物,產物可以顯現特異的顏色,如 5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸鹽(5-Bromo-4-Chloro-3-Indolyl Phosphate,BCIP,藍色)、萘酯磷酸鹽(β-NaphthylAcid Phosphate,β-NAP/Fast black K,紫紅色)、對硝基酚磷酸二鈉(p-NitrophenolPhosphate,pNPP,黃色)。通過反應產物顏色的深淺,可以判斷酸性磷酸酶的活性高低。運用這一方法可以篩選對低磷脅迫反應異常的突變體。低磷誘導的酸性磷酸酶可以分為兩類:作用于細胞內的酸性磷酸酶和分泌到細胞外的酸性磷酸酶。二者的共同作用保證了植物更好地應對低磷脅迫。細胞內的酸性磷酸酶可以通過兩個途徑實現體內磷的再循環:一是將植物液泡內的有機磷轉化為 Pi。正常情況下,植物中大部分的磷儲存在液泡中,細胞質中的 Pi 含量維持在一定范圍內。當植物受到低磷脅迫時,植物體內的 Pi 含量不斷下降,液泡中正常情況下被高磷環境抑制的酸性磷酸酶的酶活力恢復,水解液泡中儲存的有機磷并通過液泡膜上的磷轉運蛋白向細胞質分泌,維持細胞質中 Pi 含量的動態平衡。另一個實現體內磷循環的途徑是將衰老的組織中的磷活化再利用轉運到幼嫩組織。Robinson 等人報道了,擬南芥紫色酸性磷酸酶 AtPAP26 就參與了衰老組織中磷的再利用過程。分泌型的酸性磷酸酶的主要作用是分解土壤環境中的有機磷底物釋放出可以供植物直接吸收利用的 Pi。通常情況下,分泌型的酸性磷酸酶比細胞內的酸性磷酸酶更加穩定。分泌型的酸性磷酸酶的 pH 活性范圍(活性高于 50%)是 4.0-7.6,溫度活性范圍(活性高于 80%)是 22℃-48℃。這保證了它們能夠更高效、更持續地在復雜的土壤介質中發揮作用。有報道稱,土壤中植物可以直接吸收利用的 Pi,80%來源于分泌到胞外的酸性磷酸酶對土壤中有機磷底物的分解,足以見得酸性磷酸酶的重要性。

    分泌型的酸性磷酸酶按照其最終發揮作用的位置又可分為釋放到環境介質中的酸性磷酸酶和附著在根表面的酸性磷酸酶。分泌到介質中的酸性磷酸酶相對而言更易于研究,是因為可以通過懸浮細胞培養或者幼苗培養的方法,收集液體培養基中的分泌蛋白。通過生化的方法富集、分離、鑒定出不同的酸性磷酸酶,并進行相關的遺傳和生理分析。近些年通過類似的研究方法,科學家們已經從多種不同的物種中鑒定得到了許多酸性磷酸酶,這些物種包括白羽扇豆、菜豆、煙草、以及擬南芥。但附著在根表面的酸性磷酸酶相對而言比較難于研究,因為很難得到大量的蛋白進行生化分析,只有遺傳學的方法是最為有效的研究手段。附著在根表面的酸性磷酸酶可以被一種人工合成的有機磷底物BCIP特異性地檢測出來。在擬南芥根表面,覆蓋一層含有0.01% BCIP、0.5%瓊脂的溶液,室溫放置過夜后,可以看到擬南芥根的表面被染成藍色,藍色的深淺程度反映出擬南芥根表面酸性磷酸酶活性的高低。根表面BCIP染色的方法被廣泛應用于與低磷響應相關的突變體的篩選中,比如:pup1、pup2和pup3突變體先后在1998年和2004年被報道,遺憾的是它們各自的突變基因沒有被鑒定出來 。

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