蔗糖合成
蔗糖合成方法
蔗糖合成方法1. 嘿，你知道吗？蔗糖可以从甘蔗里来呀！就像从宝藏箱子里拿出宝贝一样。
把甘蔗砍下来，然后通过压榨，把甜甜的汁水压出来，这就是蔗糖合成的开始啦！比如榨甘蔗汁喝，那可是超级甜的哟！2. 还有哦，甜菜也能合成蔗糖呢！你想想，甜菜就像一个小糖库，我们把它利用起来，提取出里面的糖分。
就如同打开一个神秘的糖果盒子一样令人兴奋。
像制作甜菜糖块，不就是这样来的嘛！3. 哇塞，蔗糖还可以通过化学反应来合成呢！可不就像变魔术一样神奇嘛。
将一些化学物质放在一起，经过一系列奇妙的变化，蔗糖就出现啦！就像神奇的药水变成了亮晶晶的宝石一样。
比如在实验室里合成蔗糖的过程，太有趣啦！4. 你敢相信吗，微生物也能帮忙合成蔗糖呀！这就好像小小的微生物是勤劳的小工人，努力工作制造出蔗糖来。
就像酿造美酒时微生物发挥作用一样。
像微生物发酵生产蔗糖的例子，多神奇呀！5. 还有一种方法，那就是利用酶来催化呀！这不就像是给蔗糖合成加上了神奇的助力剂嘛。
让反应更加高效快速，就像给赛车装上了强大的引擎一样。
好比用酶来加速蔗糖合成的实验，真的太酷啦！6. 嘿呀，植物体内本身就有合成蔗糖的过程呢！就仿佛植物有个自己的小工厂在悄悄运作。
就像花朵绽放一样自然又美妙。
像观察植物如何自己合成蔗糖，是不是很有意思呢！7. 不是只有一种途径哦，多种方法结合也能合成蔗糖呢！这就像是一场盛大的音乐会，各种乐器一起奏响美妙的旋律。
比如综合利用不同方法来生产蔗糖，效果更好呀！8. 咱还可以对蔗糖合成的过程进行优化改进呢！是不是很厉害？就像给汽车升级装备一样，让它跑得更快更好。
就像不断提升蔗糖合成工艺，能得到更优质的蔗糖呢！9. 总之呢，蔗糖的合成方法真的好多呀，每一种都有着独特的魅力和神奇之处，让人忍不住想要去探索和尝试呀！。
食糖生产流程
食糖生产流程
食糖生产流程是从甘蔗或甜菜等含糖植物中提取蔗糖的过程。
具体步骤如下：
１．提汁。
蔗茎在压榨车间的运带上被迅速回转的刀群斩切，再经撕裂机破碎，然后连续经4~7台三辊压榨机顺次榨出蔗汁。
由撕裂机和第一台压榨机流出的蔗汁称混合汁。
２．清净。
混合汁中含有各种非糖分，须经清净处理后才能进一步加工。
３．蒸发。
经过清净处理的糖汁经预热后进入蒸发罐，在真空条件下加热沸腾，使糖汁中的水分汽化并被抽走，从而使糖汁浓缩。
４．煮糖、助晶、分蜜。
将糖浆抽入煮糖罐在真空条件下进一步加热蒸发水分，当糖浆浓度达到过饱和状态时，部分蔗糖结晶析出。
此时加入助晶剂并搅拌糖浆，使晶粒迅速长大并使糖膏变得疏松。
然后，将糖膏送入离心分蜜机，把糖蜜和糖晶分离，最后得到白砂糖。
蔗糖的组成元素
蔗糖的组成元素
蔗糖是一种有营养的半合成食糖，经常被用作各种食品的原料。
它的主要组成元素有：
1. 果糖：果糖是蔗糖中最主要的成分，占蔗糖总重量的90%以上，是人体重要的能量来源之一。
2. 半乳糖：半乳糖是用水及乳酸分离而成的混合糖，是蔗糖重要的组成成分。
它具有较低的热量密度，是蔗糖呈现出不一样口感的一个重要原因。
3. 葡萄糖：葡萄糖是蔗糖重要的组成成分，在蔗糖中所占的比例可以低至3%。
葡萄糖具有很强的甜度，所以在蔗糖的制作过程中葡萄糖总是被作为甜味剂使用。
4. 果寡糖：果寡糖也是蔗糖中的重要组成成分，在蔗糖中占的比例可以达到7%，它可以提高蔗糖的甜度，使其更加的香甜可口。
5. 还原糖：还原糖也是蔗糖的重要成分，它可以提升蔗糖的颜色，使其看起来更棕黄，给人以质朴自然的视觉感受。
6. 酸性成分：蔗糖中还含有一些极为微量的酸性成分，其包括乳酸、
香草酸、苦杏仁酸以及柠檬酸等等。
它们除了可以起到抗氧化、降低血糖以及改善血液粘度等作用外，也可以使蔗糖口感更佳。
以上就是蔗糖的组成元素。
蔗糖不含脂肪，而且富含碳水化合物，可以作为碳水化合物的重要补充。
同时蔗糖富含维生素、矿物质和其它营养元素。
此外，它还有一定的保健和抗氧化功效，可以提高机体抵抗力，延年健康。
蔗糖合成和分解的生理学机制
蔗糖合成和分解的生理学机制蔗糖是一种重要的糖类，在植物体内起着储备能量的作用。
其合成和分解的生理学机制是经过长期研究探索的。
本文将从植物体内蔗糖合成和分解的途径、调节机制以及相关生理过程等方面对此进行论述。
一、蔗糖的合成途径植物体内蔗糖的合成途径主要有两种：第一种是通过光合作用中产生的三碳糖物质（三磷酸甘油）和五碳糖物质（核糖酸）经过反应合成；第二种是由葡萄糖和果糖两种单糖物质经过反应合成。
在光合作用过程中，蔗糖的合成是一个复杂的过程，涉及到多种酶类、物质和能量等。
首先，光合作用形成的三碳糖物质经过一系列反应步骤，在叶绿体内被转化为六碳糖物质（葡萄糖-6-磷酸）。
然后，在细胞色素质内，葡萄糖-6-磷酸被磷酸化成为葡萄糖-1-磷酸。
接着，葡萄糖-1-磷酸经过一系列反应步骤被转化为UDP 葡糖，然后与果糖合成蔗糖。
另一方面，在非光合作用时，外源性葡萄糖和果糖也可以合成蔗糖。
这个过程涉及到蔗糖合成的关键酶Sucrose Phosphate Synthase (SPS)和Sucrose Phosphate Phosphatase (SPP)等多个酶类的参与。
除了光合作用和非光合作用合成蔗糖外，还有植物体内提供能量的一些物质（例如阳离子等）均可参与蔗糖的合成过程。
二、蔗糖分解的途径蔗糖在植物体内被分解为葡萄糖和果糖两种单糖，这种过程被称为蔗糖的水解过程。
蔗糖的分解途径多样，但其中最主要的途径包括4种主要酶的参与：Sucrose Synthase (SUS)、Invertase (INV)、Sucrose Phosphatase (SPP)和Sucrose Phosphate Synthase (SPS)。
在蔗糖分解过程中，SUS是首先起作用的酶。
它将水分子加入蔗糖分子中的缺口，产生葡萄糖和果糖分子。
INV则能将蔗糖分子中的阴离子和阳离子反转，产生两种单糖物质。
SPP和SPS在蔗糖分解过程中的作用相对较小，但也起着关键作用。
蔗糖合成
植物蔗糖合成的分子机制司丽珍 储成才*(中国科学院遗传与发育生物学研究所 北京 100101)摘要 高等植物中,光合同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库运输的。
近十几年来,随着生物技术的发展,许多与碳水同化产物代谢有关的基因已经被分离,同时多种植物遗传转化体系的建立使在植物中改变基因活性成为现实,对转基因植株的生理生化分析进一步增加了植物中对碳水同化产物合成、分配、运输以及利用等方面的认识。
本文就CO 2固定,同化产物分配,蔗糖合成三个方面介绍近年来利用基因工程对植物源活性调控及改善的研究进展。
关键词 植物 碳水同化产物 蔗糖 源活性修回日期:2002 07 16*通讯作者,电子信箱:ccc hu@在高等植物中,原初同化产物一部分在叶绿体中转化为淀粉,另一部分则以三碳糖的形式输送到细胞质用于蔗糖的合成及其它代谢。
植物中同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库输送的,因此在分子水平上研究植物碳水同化产物在源器官的分配以及蔗糖的合成对于改善源的供给能力,进一步阐明源 库关系的机理起着举足轻重的作用。
近十年来,在鉴定影响光合作用两大同化产物蔗糖和淀粉分配的关键步骤上人们已做了很多工作,蔗糖在细胞质中的合成途径已经研究清楚(图1)。
利用转基因技术,对于调控碳水化合物代谢的关键步骤进行操作,既可以反义抑制内源基因的表达,又可以过量表达一个内源基因或者外源基因,都能对碳水化合物的分配进行人为的改变。
本文重点放在对植物源活性的调控上,包括三个方面:(1)C O 2在叶绿体中的固定;(2)同化产物从叶绿体输向细胞质;(3)蔗糖在细胞质中的合成。
植物在进行光合作用时,在叶绿体内形成磷酸丙糖,磷酸丙糖一部分从叶绿体通过专一载体 磷酸丙糖 Pi 转运器与Pi 对等交换而转移到细胞质,在细胞质中经过一系列的酶促反应合成蔗糖,另一部分磷酸丙糖则在叶绿体内参与淀粉的合成。
1 同化产物在叶绿体中的合成植物的光合速率一方面取决于光强,二氧化碳浓度等因素,另一方面也受参与卡尔文循环(Calvin circle)的各种酶的活性、原初同化产物的分配、碳水同化产物的运输及在库器官的利用等自身代谢的影响。
蔗糖（实验室）
蔗糖科技名词定义中文名称：蔗糖英文名称：sucrose定义：由葡萄糖和果糖通过异头体羟基缩合而形成的非还原性二糖。
具有甜味。
应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；糖类（二级学科）百科名片蔗糖是人类基本的食品添加剂之一，已有几千年的历史。
是光合作用的主要产物，广泛分布于植物体内，特别是甜菜、甘蔗和水果中含量极高。
以蔗糖为主要成分的食糖根据纯度的由高到低又分为：冰糖、白砂糖、棉白糖和赤砂糖（也称红糖或黑糖），蔗糖在甜菜和甘蔗中含量最丰富，平时使用的白糖、红糖都是蔗糖。
简述英文名称Sucrose，简写为Suc。
蔗糖化学蔗糖，有机化合物，分子量342.3。
无色晶体，具有旋光性，但无变旋。
蔗糖的分子式：C12H22O11。
蔗糖容易被酸水解，水解后产生等量的D-葡萄糖和D-果糖。
不具还原性。
发酵形成的焦糖可以用作酱油的增色剂。
蔗糖是光合作用的主要产物，广泛分布于植物体内，特别是甜菜、甘蔗和水果中含量极高。
蔗糖是植物储藏、积累和运输糖分的主要形式。
平时食用的白糖、红糖都是蔗糖。
蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖脱水形成，易溶于水较难溶于乙醇，甜味仅次于果糖。
性质溶解性：极易溶于水、苯胺、氮苯、乙酸乙酯、酒精与水的混合物。
不溶于汽油、石油、无水酒精、CHCL3、CCL4 水中的溶解度：每克水可以溶解2.1 g 蔗糖即溶解度为210g（25℃. 是一种高溶解度的糖类。
熔点：186℃能量密度: 17 千焦/立方米注意不能发生银镜反应原因：蔗糖（不含半缩醛（酮）的结构）不具还原性。
生产蔗糖的原料主要是甘蔗Saccharum spp.和甜菜Beta vulgaris。
将甘蔗或甜菜用机器压碎，收集糖汁，过滤后用石灰处理，除去杂质，再用二氧化硫漂白；将经过处理的糖汁煮沸，抽去沉底的杂质，刮去浮到面上的泡沫，然后熄火待糖浆结晶成为蔗糖。
蔗糖在人体消息化系统内经过消化液分解成为果糖和葡萄糖，经过小肠吸收.蔗糖被认为会导致某些健康问题，其中最常见是蛀牙，这?怯捎诳谇坏南妇 山 澄镏械恼崽浅煞葑 怀伤幔 佣 质囱莱莸姆├胖省?蔗糖有高热量，摄取过量容易引起肥胖。
分光光度法测定蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)酶活性
蔗糖是重要的光合产物，是植物体内运输的主要物质，优势碳水化合物的暂贮形式之一。
蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）是植物体内催化蔗糖合成的两种酶。
对这两种酶活性的测定，可以了解植物组织合成蔗糖能力的高低。
【实验原理】蔗糖合成酶催化游离果糖与葡萄糖工体UDPG反应生成蔗糖。
UDPG+果糖---蔗糖+UDP这是一个可逆反应，平衡常数为1.3-2.0。
该酶在分解方向的Km值相对较高（30-150mmol/L），细胞中高的蔗糖浓度有利于反应向分解方向进行。
蔗糖合成酶活性测定既可在合成方向进行测定（外加底物UDPG和果糖，测产物蔗糖的量表示酶活性），也可以在分解方向进行测定（外加蔗糖和UPD，测定果糖含量表示酶活性）。
蔗糖磷酸合成酶（SPS）催化UDPG与果糖-6-磷酸（F6P）结合形成磷酸蔗糖：UPDG+F6P---蔗糖-6-P+UDP+H+6-磷酸蔗糖可以经磷酸蔗糖酶（SPP）水解后形成蔗糖。
实际上最近有证据证明SPS 和SPP可以在体内形成一个复合体，因此使得SPS催化的反应基本上是不可逆的。
酶活性测定是外加UDPG和F6P，测定产物蔗糖的量表示酶活性。
一般把SPS-SPP系统看作是蔗糖合成的主要途径，而把蔗糖合成酶看作是催化蔗糖分解的。
果糖是酮糖，可与间苯二酚混合加热反应生成红色产物，在一定范围内糖的含量与反应液颜色成正比。
蔗糖在含有盐酸的间苯二酚中水解成葡萄糖和果糖，也能生成红色产物，在480nm处可比色测定。
【实验材料】植物茎【仪器设备及设备】冷冻离心机，恒温水浴，分光光度计，研钵一套，磁力搅拌器，天平（感量0.01mg），0.1、0.5、1、5ml移液管各1个，10ml具塞试管10支，5ml量瓶一个，冰箱【试剂药品】1.提取缓冲液：100mmol/L Tris-HCl(PH7.0)缓冲液，内含5mmol/LMgCl 2,2mmol/LEDTA-Na 2,2%乙二醇，0.2%牛血清蛋白（BSP），2%PVP，5mmol/LDTT。
蔗糖合成酶的测定方法
蔗糖合成酶的测定方法一、仪器设备冷冻离心机、恒温水浴、分光光度计二、试剂HEPES-NaOH（50mmol/L，pH7.5）缓冲液，包括50mmol/L MgCI2；2mmol/LEDTA；0.2%(W/V)BSA；2%PVP；0.1%间苯二酚：称取0.1g溶解并定溶于100ml 95%乙醇中。
30%盐酸、2mol/L NaOH、100mmol/L UDPG、100mmol/L6-磷酸果糖、100mmol/L 果糖三、操作方法1、粗酶液制备称取0.5g样品（植物叶片去掉主叶脉），洗净剪碎，置于预冷的研钵中，加3ml Hepes-NaOH 缓冲液，冰浴研磨，10000×g离心10min。
2、酶活性测定依次加入50μL粗酶液，50μLHepes-NaOH缓冲液pH7.5，20μL 50 mmol/LMgCI2，20μL 100mmol/L UDPG，20μL 100mmol/L6-磷酸果糖（20μL 100mmol/L果糖），30℃中反应30min后，加入200μL 2mol/L NaOH终止反应，沸水煮10min，流水冷却，加入1.5ml 30%盐酸和0.5ml 0.1% 间苯二酚，摇匀后置于80℃水浴保温10min，冷却后置于480nm处，以提前杀死酶活性为空白比色测定蔗糖含量。
同时取50μL粗酶液，加入200μL 2mol/L NaOH，以下同上操作，测定蔗糖含量。
3、蔗糖标线制作：取0、40、80、120、160、200μg/ml的蔗糖溶液50μL，操作同上，然后以蔗糖浓度为纵坐标，以吸光值为横坐标，得方程。
4、计算样品中酶活性（μg·g﹣1·h﹣1）=式中C—反应液催化产生的蔗糖总量（μg）；V1—提取酶液时加入的缓冲液体积（ml）；V2—酶反应时加入的粗酶液体积（ml）淀粉酶活性的测定1方法1.1试剂配制淀粉酶提取缓冲液：0.1mol/L-1柠檬酸溶液(pH 5.6);1%的淀粉溶液：用0.1mol/L-1的柠檬酸缓冲液(pH 5.6)配制；标准麦芽糖溶液(1mg/mL-1);3,5-二硝基水杨酸试剂(DNS试剂):称取6.5 g 3,5-二硝基水杨酸溶于少量水中，移入1000 mL容量瓶中，加入325 mL 2mol·L-1 NaOH溶液，再加入45g丙三醇，摇匀，冷却后定容到1000 mL。
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植物蔗糖合成的分子机制司丽珍 储成才*(中国科学院遗传与发育生物学研究所 北京 100101)摘要 高等植物中,光合同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库运输的。
近十几年来,随着生物技术的发展,许多与碳水同化产物代谢有关的基因已经被分离,同时多种植物遗传转化体系的建立使在植物中改变基因活性成为现实,对转基因植株的生理生化分析进一步增加了植物中对碳水同化产物合成、分配、运输以及利用等方面的认识。
本文就CO 2固定,同化产物分配,蔗糖合成三个方面介绍近年来利用基因工程对植物源活性调控及改善的研究进展。
关键词 植物 碳水同化产物 蔗糖 源活性修回日期:2002 07 16*通讯作者,电子信箱:ccc hu@在高等植物中,原初同化产物一部分在叶绿体中转化为淀粉,另一部分则以三碳糖的形式输送到细胞质用于蔗糖的合成及其它代谢。
植物中同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库输送的,因此在分子水平上研究植物碳水同化产物在源器官的分配以及蔗糖的合成对于改善源的供给能力,进一步阐明源 库关系的机理起着举足轻重的作用。
近十年来,在鉴定影响光合作用两大同化产物蔗糖和淀粉分配的关键步骤上人们已做了很多工作,蔗糖在细胞质中的合成途径已经研究清楚(图1)。
利用转基因技术,对于调控碳水化合物代谢的关键步骤进行操作,既可以反义抑制内源基因的表达,又可以过量表达一个内源基因或者外源基因,都能对碳水化合物的分配进行人为的改变。
本文重点放在对植物源活性的调控上,包括三个方面:(1)C O 2在叶绿体中的固定;(2)同化产物从叶绿体输向细胞质;(3)蔗糖在细胞质中的合成。
植物在进行光合作用时,在叶绿体内形成磷酸丙糖,磷酸丙糖一部分从叶绿体通过专一载体 磷酸丙糖 Pi 转运器与Pi 对等交换而转移到细胞质,在细胞质中经过一系列的酶促反应合成蔗糖,另一部分磷酸丙糖则在叶绿体内参与淀粉的合成。
1 同化产物在叶绿体中的合成植物的光合速率一方面取决于光强,二氧化碳浓度等因素,另一方面也受参与卡尔文循环(Calvin circle)的各种酶的活性、原初同化产物的分配、碳水同化产物的运输及在库器官的利用等自身代谢的影响。
C O 2的固定是通过卡尔文循环实现的。
它可以分为三个部分,(1)、由1,5二磷酸核酮糖羧化酶 加氧酶(ribulose 1,5 bisphosphosphate carboxylase oxygenase,简称RubisCO)催化产生3 磷酸甘油酸的羧化反应;(2)、3 磷酸甘油酸的还原反应;(3)、产生二氧化碳接受体的反应。
RubisCO 是在CO 2固定过程中,进行光合碳同化的关键性酶和限速酶,参与了光合作用和光呼吸两个过程,调节两者之间的关系,对净光合速率起着决定性的作用。
此酶的重要性又体现在它在植物可溶性蛋白中含量最高,占50%左右。
利用反义技术,在烟草中降低RubisC O 小亚基的表达,当RubisC O 含量降到野生型的60%时,光合效率仅仅下降了6%,尽管RubisCO 含量降低了40%,但处于活化态的比例升高了,所以光合效率变化并不明显;然而当下降到50~20%时,光合效率显著下降。
RubisC O 活性的降低导致卡尔第23卷第1期中 国 生 物 工 程 杂 志J OURNAL OF C HINESE BIOTEC HNOLOGY2003年1月图1 蔗糖在细胞质中的合成文循环中其它的酶活性也有所下降[1]。
虽然在光强较弱时,RubisC O的调节功能并没有表现出来,但在高光强下,RubisC O的活性是光合速率的限制因素之一,RubisCO蛋白含量的降低导致氮 碳比的升高,在叶片中大量积累氮[2]。
在转基因植株中,随着RubisCO蛋白含量的降低,类胡萝卜素、叶绿素含量也随之降低;Chl a/Chl b的比例以及质体的超微结构都没有改变,这说明RubisCO蛋白含量的降低没有影响类囊体膜的结构。
在RubisCO蛋白含量显著降低的植物中,光合效率显著降低,但光敏感性有所增加[3]。
以上结果说明此酶与光合速率很有关系,但为了更好地了解卡尔文循环对植物生长的影响,降低此循环中其它酶的活性也会很有意义。
叶绿体型1,6 二磷酸果糖酶是卡尔文循环的关键酶之一,它参与产生二氧化碳接受体的反应。
此酶在叶绿体中催化1,6 二磷酸果糖生成6 磷酸果糖,6 磷酸果糖不仅参与卡尔文循环,也参与在叶绿体中淀粉的合成。
在35S启动子的控制下,把此基因的反义序列转入烟草中。
当转基因植物中的酶活性降到野生型的10%时,植株的生长严重受阻,在高光强和二氧化碳饱和的情况下,光合速率下降了90~95%,叶绿体含量降了58%,叶片发黄。
随着转基因植物中酶含量的增加其光合速率也随之提高,当转基因植株中的酶活性增加到野生型的40%时,光合速率与对照相比仅仅下降20%,植株性状的变化就不再明显。
但在低光强的情况下,转基因植株光合速率与野生型相比,没有明显的变化。
对转基因植物中碳水化合物含量的分析表明,当酶活性降到10%时,叶片中碳水化合物的总量仅仅为对照的25%,且碳水化合物的分配也显著改变,可溶性碳水化合物与非溶性碳水化合物的比值在转基因植株中提高了2 8倍[4]。
在表达反义细胞质型醛缩酶的转基因马铃薯中,醛缩酶的mRNA和蛋白含量均有降低, Rubisco的活性有所增加,磷酸核酮糖激酶的活性略有降低,但景天庚酮糖 1,7 二磷酸酶与叶绿体型1,6 二磷酸果糖酶的活性显著下降。
随着转基因植株中酶活性的下降,光合速率也随之降低,当酶活性下降10%时,光合速率下降15%,植株性状变化不大,当酶活性降到低于野生型的60%,生长开始表现出异常,然而当酶活性下降85~90%时,生长严重受阻,根系形成缓慢,叶绿素和可溶性蛋白的含量均降低;酶活性继续降低,植株不能在温室生长,但可以长在培养基中,12中 国 生 物 工 程 杂 志第23卷这可能是因为培养基可以提供生长所需的糖分。
在转基因植物中,淀粉含量下降很多,但蔗糖含量没有明显变化[5]。
2 同化产物输出叶绿体在光合反应中,磷酸丙糖代表卡尔文循环的净光合产物,仅仅六分之一的磷酸丙糖可以从循环中出来或者参与叶绿体其它的反应,例如淀粉形成,脂肪合成等,或者被输送到细胞质中用于蔗糖、氨基酸等的合成。
叶绿体与细胞质的物质交流对于调节光合速率以满足植物组织对光合产物的需求起重要作用,这一过程是通过叶绿体的质膜系统来完成的。
在叶绿体的内膜上,有一特异的磷酸丙糖转运载体(triose phosphate translocator,TPT)来负责磷酸丙糖的运输。
菠菜中,这一29kDa的TPT占整个叶绿体内膜蛋白的15%。
磷酸丙糖从叶绿体的输出同时伴随无机磷酸(Pi)的交换,即无机磷酸从细胞质进入叶绿体。
当无机磷缺乏时,就会抑制磷酸丙糖的输出,从而使磷酸丙糖转化为淀粉贮存在叶绿体中。
磷酸丙糖转运载体蛋白是由核基因编码的,其c DNA序列已从几种植物中分离出来,序列比较证明在马铃薯、花生和菠菜中具有很高的同源性[6~8]。
TPT主要在绿色组织中表达并且其表达受光影响。
为了研究TPT的功能,其cDNA序列被反向克隆到35S启动子下,转入马铃薯中,转基因植物中TPT的mRNA与蛋白质含量均降低,当TP T 的活性降低20~30%时,植株出现矮化现象,光合作用下降。
这些数据说明TPT的活性是光合速率大小的一个限制因素。
在二氧比碳充足的情况下,虽然TP T活性的降低没有抑制光合效率,但显著地影响碳水化合物在叶绿体和细胞质的分配,磷酸丙糖由叶绿体的输出受阻,造成淀粉积累[9]。
Heineke等(1994)在转TP T反义序列的马铃薯叶绿体基质中发现磷酸丙糖含量增加,无机磷含量下降,同时伴随着细胞质中磷酸丙糖和6 磷酸葡萄糖含量的降低,因而造成蔗糖和氨基酸在细胞质中的合成受阻。
在野生型中,大约43%的同化产物被用于合成淀粉;然而在转基因植株中,61~89%的同化产物转化为淀粉。
在夜间,野生型75%的淀粉又被转化为磷酸丙糖输出叶绿体,而转基因植株把淀粉输出的比例与白天相比要高一些,这可能是为了弥补细胞质中磷酸丙糖的不足。
尽管蔗糖和氨基酸的含量没有大的变化,但蔗糖和氨基酸的合成速率均下降:这必然导致同化产物从源向库的供应降低。
同时离体实验也证明,TPT的活性降低20~30%就会改变碳水同化产物的分配,造成淀粉在叶绿体中积累,磷酸化中间产物含量下降,同时也会抑制光合速率,这表明增加TPT的活性是改变碳水同化产物分配的一条途径。
因此,增加TPT的活性,就有可能增加蔗糖的合成,从而增加源的活性[10]。
3 蔗糖在细胞质中的合成磷酸丙糖从叶绿体中运出之后,在细胞质中参与氨基酸、脂肪酸和蔗糖的合成反应。
在多数植物中蔗糖是碳水同化产物运输的主要形式。
蔗糖在细胞质中合成的主要限速酶是细胞质中1,6 二磷酸果糖酶和磷酸蔗糖合成酶,前者与6 磷酸果糖激酶和焦磷酸:1,6 二磷酸果糖转移酶共同调控1,6 二磷酸果糖向6 酸酸果糖的转化;后者催化蔗糖合成的最后一步。
因此在细胞质中增加蔗糖合成的途径之一就是通过打破这些反应的平衡,使反应向增加蔗糖合成的方向移动来实现。
3 1 焦磷酸:1,6 二磷酸果糖转移酶(pyrophosphate:fructose 6 phosphatephosphotransferase,PFP)细胞质中蔗糖合成的主要限速步骤之一是果糖1,6二磷酸(FBP)向果糖6 磷酸(F6P)之间的转化反应。
这个反应可被三个酶调控,分别是:控制顺向反应的果糖1,6 二磷酸酶(FBPase),控制逆向反应的6 磷酸果糖激酶(PFK),以及既可催化顺向反应也可催化逆向反应的焦磷酸:果糖 1,6 二磷酸磷酸转移酶(PFP)。
早在1990年,Carlisle等就已从马铃薯中克隆出编码焦磷酸:1,6 二磷酸果糖转移酶 , 亚基的cDNA序列。
通过在马铃薯中表达 , 亚基的反义序列,可使PFP的活性在块茎中降低70~ 90%;尽管转基因植物的表现型、生长速率和块茎产量都没有改变,但是在块茎中淀粉的含量比13第1期司丽珍等:植物蔗糖合成的分子机制野生型降低20~40%。
由于PFP蛋白含量的降低,导致PFP的激活剂2,6 二磷酸果糖的含量提高了2~5倍;焦磷酸的含量没有显著变化,表明PFP在调节细胞质中焦磷酸库(pyrophosphate pool)的代谢中不起关键作用。
同位素标记实验表明PFP主要推动糖酵解的反应,但没有证据证明它控制糖酵解的速度[11]。
在转PFP反义序列的烟草中,叶片基部PFP 的酶活性降低56~95%,叶片顶部则降低87~ 97%,在野生型中叶片基部是顶部的2 5倍。
其它酶的活性从叶片某部到顶部也呈现出一定的变化趋势,PFK成降低趋势,2,6 二磷酸果糖含量和叶绿体型1,6 二磷酸果糖酶活性成增加趋势,细胞质型1,6 二磷酸果糖酶的活性基本是一致的。