淀粉合成酶间的协同作用

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：将水稻胚乳淀粉合成过程中主要的淀粉合成相关酶氨基酸序列提交到STRING网站，发现SSS、SBE和DBE之间可能存在互作，但未得到验证。近年来，对水稻胚乳中淀粉合成相关酶之间的互作，也已从体内和体外试验中得到证实。这些结果不仅证明了与淀粉合成有关的酶受蛋白磷酸化调节，而且也证明了磷酸化及蛋白间的互作，在调控淀粉合成与分解中起着更广泛作用。

淀粉合成相关酶之间的互作，在小麦、大麦、玉米胚乳中早已被发现。在小麦胚乳中，SSSI、SSSIIa和SBEIIa或SBEIIb形成约260kD的蛋白质复合物，参与淀粉的合成。Liu等（2014年）研究发现，在玉米胚乳中，SSSI、SSSIIa和SBEIIb形成主要的蛋白质复合物，并可能与SBEIIa形成分子量更大的复合物。利用凝胶渗透色谱法能分离到约670 kD包括 SSSI、SSSIIa、SBEIIa、SBEIIb和SSSIII的较大蛋白质复合物，进一步研究显示，SBEIIb在复合物中呈磷酸化状态。在玉米ae突变体胚乳中野生型蛋白复合物（SSSI、SSSIIa和SBEIIb）被由SSSI、SSSIIa、SBEI、SBEIIa和淀粉磷酸化酶（PHO1）组成的新复合物代替，且SBEI和SP都被磷酸化了。Liu等（2012年）利用新的玉米ae突变体研究发现，SBEIIb 活性的缺失导致胚乳淀粉中形成SSSI、SSS。将水稻胚乳淀粉合成过程中主要的淀粉合成相关酶氨基酸序列提交到STRING网站（http：//string-db.org），发现SSS、SBE和DBE之间可能存在互作，但未得到验证（图3-6）。近年来，对水稻胚乳中淀粉合成相关酶之间的互作，也已从体内和体外试验中得到证实。Bao等（2012年）对稻米淀粉直链淀粉含量（AAC）和糊化温度（GT）的研究发现，低AAC水稻具有高或低GT，高AAC水稻具有中或低GT；推测控制AAC的酶GBSSI与控制GT的酶 SSSIIa之间可能存在互作，并假定了一个SSSIIa和GBSSI互作模型。Nakamura 等（2013年）研究证明，纯化的水稻PHO1与SBEI、SBEIIa或者SBEIIb复合物具有功能互作。Nakamura 等（2014年）在体外对水稻SSS和SBE酶促反应进行研究发现，SSSI 酶促反应能被SBE所促进，SBE活性也能被SSSI所促进，说明SSSI和SBEs具有互作。Crofts 等（2015年）利用凝胶渗透色谱、免疫共沉淀等方法，对日本晴胚乳中淀粉合成相关酶进行分析发现，＞700 kD的蛋白复合物中包括SSSIIa、SSSIIIa、SSSIVb、SBEI、SBEIIb和PUL，200～400 kD的蛋白复合物中包括SSSI、SSSIIa、SBEIIb、ISA、PUL和PHO1，免疫共沉淀揭示SSSSBE、SBEIIa-PHO1以及DBE-SBEI形成蛋白复合物。Chen和Bao等（2016年）研究发现，SSSI与PUL，SSI与SBE，PUL与SBE具有互作，且日本晴和93-11胚乳中蛋白质互作模式不同。尽管水稻胚乳中淀粉合酶之间已确定能形成蛋白质复合物，但所起的作用还没有被完全了解。蛋白质复合物的形成提高了淀粉合成效率，因为一个反应的产物作为下一个反应的底物时，可以在复合物内部很快传递（底物运输通道），但是具体机制还有待进一步研究。

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图3-6　水稻中淀粉合成相关酶之间的关联

BE：淀粉分支酶 I；SBE：淀粉分支酶 IIb；Osl_14800：普鲁蓝酶；Osl_33746：淀粉合成酶 IIc。

在催化淀粉合成过程中，与淀粉合成相关的几个关键酶还需经历磷酸化过程。Telow等（2004年）发现完整的质体经γ-32P-ATP培养后，在检测出的质体可溶性磷酸蛋白中，造粉体的SBEI、SBEIIa与SBEIIb，叶绿体的SBEI与SBEIIa均发生磷酸化反应，位点在ser（丝氨酸）残基上；在颗粒结合磷酸蛋白中SBEII和两个SSS（包括SSSIIa）也发生了磷酸化反应。磷酸化能提高造粉体与叶绿体SBEIIa及造粉体SBEIIb的活性，去磷酸化则降低这些酶的活性。但磷酸化与去磷酸化并不对所有与淀粉合成有关的酶起作用，如磷酸化与去磷酸化不影响造粉体与叶绿体SBEI的活性，去磷酸化也不对造粉体的颗粒结合型SBEIIa与SBEIIb起作用。他们还发现SBEIIb与淀粉磷酸酶通过依赖磷酸化方式，均与SBEI产生共免疫沉淀，表明这些酶在造粉体中形成了一个蛋白复合体；共免疫沉淀蛋白复合体的去磷酸化能导致其解体。这些结果不仅证明了与淀粉合成有关的酶受蛋白磷酸化调节，而且也证明了磷酸化及蛋白间的互作，在调控淀粉合成与分解中起着更广泛作用。

淀粉合成酶间的协同作用

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