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TUhjnbcbe - 2023/1/24 15:27:00

本文系作者郭雪懂三农原创,未经允许禁止转载。

(一)腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)

AGPase在多种植物的叶片及贮藏器官中均有发现。高等植物中AGPase是由2个大亚基和2个小亚基组成的异源四聚体,2个大亚基相对分子质量在55~60,2个小亚基相对分子质量在50~54。已纯化的马铃薯AGPase的相对分子质量约为,是由2个51大亚基和2个50的小亚基组成的异源四聚体,在茎、块茎、匍茎、和根中均有发现,而块茎和叶中含量比较多AGPase催化G1-P和ATP合成淀粉前体物质ADPG。

麻袋里的马铃薯块茎

AGPase是马铃薯淀粉合成的限速酶,该酶的大亚基具有变构调节作用,其功能主要是增强小亚基对激活因子的亲和性,减弱小亚基对抑制因子的亲和性,而小亚基具有催化作用,在很大程度上影响淀粉合成。研究表明,马铃薯块茎形成时AGPase的调控主要发生在转录水平上,而在叶片中AGPase调控主要发生在转录后的加工方面。目前马铃薯AGPase基因的cDNA(大小亚基)反义表达、基因组克隆都已取得成功。

一个马铃薯块茎

(二)颗粒凝结性淀粉合成酶(GBSS)

GBS为同工酶,有2种GBSS同工型,分别为和GBSⅡGBSS只以附着颗粒的形式存在,而GBSSⅡ既可以附着颗粒存在,也可以游离存在。GBSS相对分子质量大约在60左右。GBSSⅡ相对分子质量在70~。GBSS与GBSS同源性较高,且GBSSⅡ有较高的淀粉合成活性。GBSS通过a-1,4-D糖苷键将ADPG中的葡萄糖残基接到引物的非还原端,形成线性大分子(直链淀粉)。与GBSS氨基酸序列对比分析发现,GBSSⅡ酶有一个额外的N末端区域,尾端有3个连续的脯氨酸。在功能上GBSSⅡ与支链淀粉的亲和性更高可能参与支链淀粉的合成。马铃薯中,GBSS基因主要在块茎中表达,参与直链淀粉合成GBSSⅡ基因主要在茎叶中表达。

马铃薯茎叶

(三)可溶性淀粉合成酶(SSS)

SSS有许多同工型,在马铃薯块茎中有3种,分别为SSSI、SSSⅡ、SSSⅢ。马铃薯块茎中,SSSⅡ酶活性只占15%,85%的酶活性与SSSⅢ有关,SSSI所占比例很小。马铃薯SSSI基因主要在叶片中表达,块茎中表达量很少。SSS的各种同工型在支链淀粉合成过程中具有特定的功能,利用反义RNA技术转化马铃薯,抑制SSSⅢ基因的表达,SSSⅢ酶活性降低,导致支链淀粉含量下降,直链淀粉含量上升,淀粉结构改变,淀粉粒形态发生巨大变化,共价结合的磷酸基增多。

一堆马铃薯块茎

(四)淀粉分支酶(SBE)

SBE的相对分子质量一般在70~范围内。sBE被分为SBE(A)和SBE(B)2个大家族。SBE的主要功能是通过水解直链淀粉的a-1,4糖苷键,把切下的短链转移到C6氢氧键末端,形成1,6-糖苷键,而a-1,6-糖苷键连接可形成支链淀粉的分支结构。SBE各种同工酶在淀粉合成中具有特定的作用,SBEI主要参与长链或中等长度链葡聚糖的合成;SBEⅡ主要参与短链葡聚糖的合成。对马铃薯的相关研究表明,SBE影响支链淀粉的合成、分子结构和淀粉粒的形态,SBEI基因专一表达于块茎中,SBEⅡ则相对专一表达于叶片中。

马铃薯叶片

(五)查尔酮合成酶(CHS)

生物合成途径中,CHS催化丙二酰-CoA和香豆酰-CA结合形成的查尔酮是*酮类物质的基础,为花青素、*酮等提供了基本的碳架结构。而通过*酮类物质合成的多酚色素如花青素、原花青素是植物色素沉积中的主要化合物。所以CHS是花青素合成途径的关键酶,其活性对植物色素有着重要影响。CHS基因表达受光的调控。对甘薯的研究发现,光照及水分胁迫抑制CHS基因的表达,块根形成受到不利影响。CHS基因表达具有光敏特性,对芫荽细胞进行研究发现,紫外光与蓝光的共同作用能够诱导CHS表达,并合成最大量的mNA。

切开的马铃薯块茎

(六)多酚氧化酶(PPO)

PPO是一类由核基因编码,多基因控制,并且在细胞质中合成,位于质体膜上的一种铜结合金属蛋白酶。PPO能够在氧气存在的情况下催化酚类化合物转化为醌,醌再进行聚合反应形成黑色素,从而引起组织的褐变。PPO基因序列长度一般在~bp,基因序列高度保守,尤其在近源植物中同源性更高。例如,在茄科植物的番茄、马铃薯、烟草中的PPO基因序列相似性高达76%~88%,蔷薇科的桃苹果、梨等同源性达到88%以上。目前从马铃薯中克隆出6个PPO家族基因,其中POT3,POT33,POT72主要在块茎中表达,而POTP1和POTP2主要在叶片和花中表达。

马铃薯开花

对马铃薯进行研究发现,在叶片、匍匐茎、块茎及花药等组织中,PPO活性发生着规律性的变化。其中,叶片PPO活性表现出低一高一低的波动,并于现蕾至块茎膨大期达到高峰;块茎PPO活性呈现高一低一高一低的趋势,在块茎初形成时活性最高;花药PPO活性的变化规律与叶片相同,呈现低一高一低的趋势,并在盛花期达到高峰。另外,在同一生长阶段,不同组织器官的PPO活性具有一定的差异,其中花药PPO活性>匍茎>花蕾、花瓣>叶片、块茎,以花药组织P活性最高。贮藏待播的块茎芽的PPO活性明显高于块茎本身。进一步检测结果表明,即便是同一组织的不同部位PPO活性也呈现较大差异,如块茎外皮薄壁细胞组织PPO活性最高而薄壁细胞组织中该酶活性最低。

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