第一篇己糖激酶在植物糖信号转导中的作用
植物免疫系统中的信号转导通路
植物免疫系统中的信号转导通路植物无法逃离环境的威胁，它们只能通过不同的机制来对抗病原体和有害环境。
植物的免疫系统包括两个主要方面：基础免疫和适应性免疫。
基础免疫是植物对常见的病原体和环境应激的回应，而适应性免疫则是植物对先前未遇到的特定病原体的特异反应。
植物在免疫应答中涉及到一系列的信号转导通路，最终导致基因表达的改变和产生免疫反应。
下面，我将详细介绍植物免疫系统中的信号转导通路。
1. PAMPs信号通路PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) 信号通路是植物基础免疫的一个重要部分。
PAMPs 是微生物体表面上的分子，如蛋白质、多糖和核酸。
它们是微生物的“指纹”，可以被植物的受体感知。
当一个 PAMPs 被植物受体识别后，植物会产生一系列的信号转导反应，导致基因表达的改变和免疫应答的触发。
这些反应包括钙离子（Ca2+）信号、PIP2 次级信号、激活蛋白激酶（MAPK）模块、NADPH 氧化酶的激活、转录因子激活等。
此外，PAMPs 信号通路还涉及一些基因的转录，例如 WRKY、MYB、NAC和 ERF 家族转录因子等。
这些转录因子能够导致基因的表达变化，从而激发免疫应答。
2. R蛋白信号通路R 蛋白（Resistance proteins）信号通路是植物适应性免疫的关键组成部分。
R蛋白能够识别细菌、真菌和病毒等寄生性微生物。
当一个 R 蛋白识别到目标病原体时，它会形成一个信号复合物，促进一系列的信号转导反应。
这些反应包括活化特异性NADPH 氧化酶、活化植物激酶（PIK）、活化 MAPK 和其他激酶以及调控转录因子的激活等。
R 蛋白信号通路还包括一些特定的转录因子，例如：TGA 转录因子和 EDS1 转录因子。
TGA 转录因子是一种可激活植物抗氧化酶的DNA结合蛋白。
EDS1 转录因子在植物免疫应答中起着重要的作用，它与 PAD4、NPR1 等蛋白质相互作用，调节免疫反应基因的表达。
美洲狼尾草HXK基因家族鉴定及表达
第31卷第11期V o l.31N o.11草地学报A C T A A G R E S T I A S I N I C A2023年11月N o v.2023d o i:10.11733/j.i s s n.1007-0435.2023.11.007引用格式:祝诗词,叶歆雅,王净洁,等.美洲狼尾草H X K基因家族鉴定及表达[J].草地学报,2023,31(11):3278-3288 Z HUS h i-c i,Y EX i n-y a,WA N GJ i n g-j i e,e t a l.I d e n t i f i c a t i o n a n d e x p r e s s i o nA n a l y s i s o fH X K G e n eF a m i l y i nP e n n-i s e t u m g l a u c u m[J].A c t aA g r e s t i aS i n i c a,2023,31(11):3278-3288美洲狼尾草H X K基因家族鉴定及表达祝诗词,叶歆雅,王净洁,阿布都沙拉木,范欲航,黄琳凯*(四川农业大学草业科技学院,四川成都610000)摘要:己糖激酶(H e x o k i n a s e,H X K)是糖酵解途径中的关键酶,在细胞信号传导和糖感知过程起重要作用㊂探究美洲狼尾草H X K家族基因的详细特征及功能,解析其在该物种生长发育各个环节中的调控作用,本研究基于美洲狼尾草全基因组数据对美洲狼尾草的己糖激酶基因家族展开分析,共鉴定出12个美洲狼尾草P M h x k基因,同时通过系统进化分析将其分为4个亚组㊂蛋白质基序分析表明P M h x k家族具有两个较为保守的m o t i f片段,顺式作用元件分析表明P M h x k成员的启动子㊁增强子等调控区域有大量的胁迫响应与植物激素响应元件㊂P M h x k基因家族的表达分析表明,美洲狼尾草的H X K基因集中表达于抽穗期的穗组织中,部分P M h x k成员在干旱胁迫和盐胁迫中出现表达上调,且干旱胁迫更为明显㊂综上,本研究鉴定了美洲狼尾草H X K基因家族成员,并通过全面的转录组数据发现该家族成员具有显著的组织特异性和逆境表达差异性,为深入探讨H X K家族基因的功能提供了有价值的信息㊂关键词:美洲狼尾草;己糖激酶;基因家族;干旱和盐胁迫中图分类号:S515文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2023)11-3278-11I d e n t i f i c a t i o n a n d e x p r e s s i o nA n a l y s i s o fH X KG e n e F a m i l y i nP e n n i s e t u m g l a u c u mZ HUS h i-c i,Y EX i n-y a,WA N GJ i n g-j i e,A b d u l S a l a m,F A N Y u-h a n g,HU A N GL i n-k a i*(G r a s sS c i e n c eC o l l e g eS i c h u a nA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,C h e n g d u,S i c h u a nP r i o v i n c e610000,C h i n a)A b s t r a c t:H e x o k i n a s e(H X K)i s ak e y e n z y m e i n t h e g l y c o l y s i s p a t h w a y,w h i c h i sm a i n l y i n v o l v e d i n c e l l u-l a r s i g n a l t r a n s d u c t i o na n d g l u c o s es e n s i n g.S t u d y i n g t h ed e t a i l e dc h a r a c t e r i s t i c sa n df u n c t i o n so f H X K f a m i l yg e n e s o f P e n n i s e t u m g l a u c u mi s h e l p f u l t o f u r t h e r e l u c i d a t e i t s r e g u l a t o r y r o l e i n t h e g r o w t h a n d d e-v e l o p m e n t o f t h i s s p e c i e s.S t u d i e s o nH X K g e n e f a m i l y,m o s t o f t h e r e s e a r c hm a t e r i a l s i n t h e p a s t s t u d i e s a r ed i c o t y l e d o n o u s a n dm o n o c o t y l e d o n o u s f o o dc r o p s,a n d f e ws t u d i e so na b i o t i c s t r e s s.I n t h i s s t u d y,t h e h e x o k i n a s e g e n e f a m i l y o f P e n n i s e t u m g l a u c u m w a s a n a l y z e db a s i n g o n t h ew h o l e g e n o m e d a t a.At o t a l o f 12P M h x k g e n e sw e r e i d e n t i f i e d a n d d i v i d e d i n t o4s u b g r o u p s t h r o u g h p h y l o g e n e t i c a n a l y s i s.P r o t e i nm o t i f a n a l y s i s s h o w e d t h a t t h e P M h x k f a m i l y h a d t w o c o n s e r v e dm o t i f f r a g m e n t s,a n d c i s-a c t i n g e l e m e n t a n a l y s i s s h o w e d t h a t t h e r ew e r e a l a r g e n u m b e r o f s t r e s s r e s p o n s e a n d p l a n t h o r m o n e r e s p o n s e e l e m e n t s i n t h e p r o-m o t e r a n d e n h a n c e r r e g i o n s o f P M h x k g e n e s.T h e e x p r e s s i o n a n a l y s i s o f P M h x k g e n e f a m i l y s h o w e d t h a t H X K g e n e o f P e n n i s e t u m g l a u c u m w a sm a i n l y e x p r e s s e d i n p a n i c l e t i s s u e a t h e a d i n g s t a g e,a n d s o m e P M-h x k m e m b e r s w e r es i g n i f i c a n t l y u p-r e g u l a t e d u n d e rd r o u g h ta n ds a l ts t r e s s,e s p e c i a l l y u n d e rd r o u g h t s t r e s s.I n c o n c l u s i o n,t h i s s t u d y i d e n t i f i e d H X K g e n e f a m i l y m e m b e r s i nP e n n i s e t u m g l a u c u m,a n df o u n d s i g n i f i c a n t t i s s u e-s p e c i f i c a n d s t r e s s e x p r e s s i o nd i f f e r e n c e s i n t h i s f a m i l y m e m b e r s t h r o u g hc o m p r e h e n s i v e t r a n s c r i p t o m ed a t a,w h i c h p r o v i d e da r e f e r e n c e f o r t h e s t u d y o f h e x o k i n a s e g e n e i n g r a s s e s a n d v a l u a b l e i n-f o r m a t i o n f o r f u r t h e r e x p l o r a t i o no f t h e f u n c t i o no fH X K g e n e f a m i l y.K e y w o r d s:P e n n i s e t u m g l a u c u m;H e x o k i n a s e;G e n eF a m i l y;D r o u g h t a n d s a l t s t r e s s收稿日期:2023-03-15;修回日期:2023-08-16基金项目:四川省饲草育种攻关项目(2021Y F Y Z0013);四川饲草创新团队建设项目(S C C X T D-2020-16)资助作者简介:祝诗词(2002-),女,汉族,四川广安人,本科生,主要从事草种质资源创新和利用研究,E-m a i l:2127362966@q q.c o m;*通信作者A u t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e,E-m a i l:h u a n g l i n k a i@s i c a u.e d u.c n第11期祝诗词等:美洲狼尾草H X K基因家族鉴定及表达己糖激酶是参与糖酵解第一步反应的不可逆酶[1]㊂糖酵解途径又称E M P途径,是将葡萄糖或糖原进行分解代谢,并伴有能量生成的反应途径[2-3]㊂己糖激酶主要是将细胞内的葡萄糖催化磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(G l c-6-P)[4],达到活化葡萄糖的目的,有利于完成进一步的分解㊁合成代谢[5]㊂己糖激酶可以催化葡萄糖㊁果糖及氨基葡萄糖等发生不可逆的磷酸化反应,生成相应的6-磷酸酯,是植物呼吸代谢过程中的关键酶之一[2,6]㊂它也可将对葡萄糖的感受与来自激素㊁蔗糖㊁光照和应激信号组成一个信号网络,参与响应非生物胁迫,对植物体的生长发育和信号转导起调节作用[7-8]㊂己糖激酶可从多种植物体内获得,在高等植物中具有多样化的酶活性调控机制和基因表达㊂K a r v e等[9]研究中发现植物H X K基因均以多基因家族形式存在㊂其中,在双子叶植物中,如枇杷(E r i o b o t r y a j a p o n i c a(T h u n b.)L i n d l.),7个H X K基因家族的成员因其能催化己糖磷酸化,参与调控糖代谢过程,促进植株生长发育的作用而被广泛研究[10]㊂除此之外,H X K基因也在其他双子叶植物中开展了研究,如拟南芥(A r a b i d o p s i s t h a l i a n a(L.)H e y n h)中有6个家族成员[11],番茄(S o l a n u ml y c o p e r s i c u m L)有4个家族成员[12]等,在单子叶植物中,如水稻(O r y z a s a t i v a L.)有10个家族成员[13],玉米(Z e am a y s L.)有9个家族成员[14],苔藓植物中已糖激酶基因家族成员相对较多,如小立碗藓(P h y s c o m i t r e l l a p a t e n s)有11个家族成员[15]㊂此外还在茶树[16]㊁葡萄[17-18]㊁桂花[19-20]和烟草[21]中进行的试验表明,大多数H X K蛋白与线粒体外膜结合,在糖酵解中发挥作用[22]㊂胁迫过程中,N B h x k1㊁A T h x k1和A T h x k2基因能响应甲基紫精和病原体侵染诱导的氧化胁迫,高水平的H X K能增强对氧化胁迫的抵抗力;A T h x k2和A T h x k3基因能在低温㊁高盐处理下表达上调;麻风树J C h x k1㊁J C h x k2和J C h x k1基因在叶片内同样能响应低温而诱导表达;油菜B N h x k1㊁B N h x k3和B N h x k9基因能响应核盘菌在抗性品种内的侵染而表达显著上调[19]㊂目前,未见美洲狼尾草H X K基因功能有关的研究报道㊂美洲狼尾草(P e n n i s e t u m g l a u c u m(L.)R.B r.),又名御谷,一年生草本植物,是一种在粮食栽培与饲料利用等领域具有高效产能的优质牧草,其具有生长速度快㊁抗旱能力强㊁抗逆性高[3,23]㊁耐瘠薄能力强等特点,其分布最广的地区是在中非与西非的热带草原[24],而干旱㊁盐胁迫等是影响美洲狼尾草品质和产量的重要因素[25]㊂本研究采用B l a s t p㊁h m m e r以及关键字检索三种方法鉴定出12个美洲狼尾草H X K基因,系统地分析了美洲狼尾草H X K基因家族成员的理化特性㊁染色体定位㊁多序列比对㊁系统进化关系㊁基因结构和保守基序㊁顺式作用元件以及盐和干旱胁迫下的表达模式,来揭示H X K基因的特征,为进一步深入探讨美洲狼尾草中H X K基因家族的功能提供参考㊂1材料与方法1.1美洲狼尾草H X K基因家族成员鉴定本研究所使用的美洲狼尾草基因组数据㊁蛋白序列文件从美洲狼尾草全基因组数据库(h t t p:// 117.78.45.2:91/h o m e)中获得㊂为鉴定美洲狼尾草中H X K的基因家族成员,从p f a m数据库(h t-t p://p f a m.x f a m.o r g/)获得H X K基因的保守结构域文件H e x o k i n a s e_1㊁H e x o k i n a s e_2(P F00349㊁P F03727)[26],通过L i n u x系统中的h m m e r软件构建隐马可夫模型,搜索含有对应保守结构域的候选蛋白序列;利用美洲狼尾草的全基因组序列构建本地B L A S T P数据库,以拟南芥㊁水稻和玉米的H X K基因家族成员比对得到美洲狼尾草H X K家族的候选成员,阈值设为E<0.001[27];在美洲狼尾草全基因组数据库(h t t p://117.78.45.2:91/s e a r c h)中以H X K 与H e x o k i n a s e为关键字进行检索获得H X K基因家族的候选成员㊂合并上述所有候选成员并进行去重复与去冗余工作,再利用N C B IC D-s e a r c h在线工具(h t t p s://w w w.n c b i.n l m.n i h.g o v/S t r u c t u r e/c d d/ w r p s b.c g i)去除无典型H X K结构域[28]的序列,最终鉴定到美洲狼尾草的H X K基因家族成员㊂1.2H X K基因家族系统进化树的构建及蛋白性质预测在N C B I(h t t p s://w w w.n c b i.n l m.n i h.g o v/)数据库中下载拟南芥㊁玉米和水稻相对应的H X K 蛋白序列,利用M E G A7.0软件对美洲狼尾草㊁拟南芥㊁水稻和玉米展开分析[29],使用C l u s t a lW对这四种物种的H X K蛋白序列进行多序列联配比对,并利用最大似然法(M a x i m u m L i k e l i h o o de s t i m a-t i o n)构建系统进化树,M o d e l/M e t h o d参数设置为 P o s s i o nm o d e l ,G a p s,m i s s i n g D a t aT r e a t m e n t参数设置为 P a r t i a l d e l e t i o n ,B o o t s t r a p校验参数为9723草 地 学 报第31卷1000,使用F i gt r e ev 1.4.4对结果文件进行调整㊂最后,利用E X P A S Y (h t t p s ://w e b .e x p a s y .o r g/p r o t pa r a m /)[30]在线工具对美洲狼尾草HX K 基因家族蛋白的相关性质进行预测,包括氨基酸数量㊁相对分子量㊁理论等电点㊁不稳定系数㊁脂溶系数㊁亲水性平均值等属性㊂1.3 H X K 基因顺式作用元件分析在基因组数据库中,利用L i n u x 系统自带的检索功能获取H X K 家族基因上游1500b p 的序列,使用P l a n t C A R E [31]网站预测该序列范围内的启动子元件,采用G S D S2.0在线工具(h t t p ://g s d s .g a o -l a b .o r g/i n d e x .p h p)与e x c e l 构图功能将预测结果绘制成H X K 基因家族的顺势作用元件柱状图㊂1.4 美洲狼尾草H X K 基因家族蛋白结构域及转录本结构分析根据美洲狼尾草全基因组数据库(h t t p://117.78.45.2:91/h o m e )注释文件g f f ,利用L i n u x 自带的检索功能获得了HX K 基因家族的转录本数据;利用N C B IC D -s e a r c h 在线工具对H X K 基因家族成员进行结构域分析,获得了所有H X K 基因的蛋白保守结构域数据㊂利用T b t o o l s 软件的G e n e S t r u c t u r eV i e w 工具对得到的转录本数据与蛋白结构域数据进行共建分析㊂1.5 H X K 基因m o t i f 分析与染色体位置定位利用L i n u x 系统的M E M E 软件对美洲狼尾草H X K 家族成员的蛋白序列进行m o t i f 基序分析,n m o t i f 参数设置为10,m i n w 参数设置为6,m a x w 参数设置为50,分析结果利用T b t o o l s 软件可视化㊂从美洲狼尾草全基因组数据库提取P I 537069的全基因组注释文件,通过L i n u x 自带的检索功能提取HX K 家族成员的染色体位置信息,利用MG 2Cv 2.1在线工具(h t t p ://m g 2c .i a s k .i n /m g 2c _v 2.1/)绘制染色体定位图㊂1.6 美洲狼尾草H X K 基因家族的表达分析基于美洲狼尾草全基因组数据库(h t t p ://117.78.45.2:91/t o o l s /g e n e e x pr e s s i o n /)的转录组数据,将美洲狼尾草中的H X K 基因在不同组织器官㊁不同胁迫条件下的表达量数据进行可视化分析,利用T b t o o l s 软件的H e a t m a p 工具完成进一步的对数转化㊁标准化和聚类分析等工作,分析结果包含基因在根㊁茎㊁叶㊁穗和胚共五种组织中的表达情况㊂2 结果与分析2.1 美洲狼尾草H X K 基因家族的鉴定及特性共鉴定到12个美洲狼尾草H X K 基因,为其命名P M h x k -1至P M h x k -12(表1)㊂P M h x k 氨基酸数量介于108~590之间;蛋白质分子量介于12016.81~63510.52D a 之间;理论等电点介于4.63~9.74之间,其中理论等电点大于7的仅有P M h x k -5,P M h x k -7,P M h x k -8,P M h x k -11四个蛋白,属于碱性蛋白,其他8个蛋白为酸性;不稳定指数位于29.41~61.37之间,差异明显,其中P M h x k -2㊁P M h x k -3㊁P M h x k -6㊁P M h x k -7㊁P M h x k -8㊁P M h x k -9㊁P M h x k -10㊁P M h x k -12的不稳定系数小于40,具有稳定性;脂肪系数变化范围为48.24~110.65;亲水性平均值介于-0.937~0.401之间,其中P M h x k -1,P M h x k -4,P M h x k -5,P M h x k -7,P M h x k -10具有亲水性㊂表1 美洲狼尾草H X K 基因家族成员基本信息T a b l e 1 b a s i c i n f o r m a t i o no fH X K g e n e f a m i l y me m b e r s of P e n n i s e t u mg l a u c u m 基因名称G e n e n a m e氨基酸数量N u m b e r o fa m i n o a c i d s相对分子量M o l e c u l a rw e i gh t 理论等电点I s o e l e c t r i c po i n t 不稳定性指数I n s t a b i l i t y i n d e x脂溶系数A l i ph a t i c i n d e x亲水性平均值G r a n da v e r a g e o f h y d r o p a t h i c i t yP M h x k -121423877.845.0553.28110.650.401P M h x k -235438292.155.2831.7987.03-0.088P M h x k -350654624.736.0633.1997.73-0.033P M h x k -410812016.814.7158.3293.980.013P M h x k -513313885.119.6350.5097.670.226P M h x k -646851160.345.1539.9993.97-0.157P M h x k -750954863.217.6534.1195.320.020P M h x k -859063510.528.5433.2887.64-0.191P M h x k -914716412.614.6329.4196.80-0.072P M h x k -1050254493.575.9238.5998.860.063P M h x k -1114216075.149.7461.3748.24-0.937P M h x k -1246049585.655.3635.7896.54-0.033823第11期祝诗词等:美洲狼尾草H X K 基因家族鉴定及表达2.2 美洲狼尾草H X K 基因家族系统进化树的构建基于M E G A 7软件,对美洲狼尾草㊁拟南芥㊁水稻和玉米的H X K 基因进行系统进化分析,并构建了进化树图㊂如图1所示,根据分支关系,美洲狼尾草H X K 基因被分为4个亚组,其中Ⅱ亚组分布的美洲狼尾草H X K 基因家族成员最多,包含5个成员(P M h x k -1㊁P M h x k -2㊁P M h x k -4㊁P M h x k -9㊁P M -h x k -11),其次为Ⅰ亚组与Ⅳ亚组,分别包含3个成员(Ⅰ亚组:P M h x k -6㊁P M h x k -10㊁P M h x k -12;Ⅳ亚组:P M h x k -3㊁P M h x k -7㊁P M h x k -8)而Ⅲ亚组分布的成员最少,只有一个成员(P M h x k -5)㊂图1 美洲狼尾草H X K 基因家族系统进化树分析F i g .1 P h y l o g e n e t i c t r e e a n a l y s i s o fH X K g e n e f a m i l yi n P e n n i s e t u m g l a u c u m 2.3 美洲狼尾草H X K 基因家族顺式作用元件分析鉴定H X K 转录因子的调控元件,基于P l a n t C A R E 数据库,对美洲狼尾草H X K 基因上游1500b p 序列进行作用元件的预测,美洲狼尾草H X K 基因的启动子区域包含多个与植物生长发育和逆境响应相关的调控元件(图2),共有16种顺式作用元件类型(图3),根据注释信息大致分为光响应元件(F 2)㊁逆境胁迫调控元件(F 3,F 4,F 7,F 12)㊁植物生长调控元件(F 1,F 5,F 6,F 8,F 9,F 10,F 11,F 13,F 14,F 15,F 16)3类,其中光响应元件的占比最大且在每个成员中均有分布,每个成员都具有胁迫响应元件中的厌氧响应位点㊂植物生长调控元件中多数为植物激素调控的位点,包括茉莉酸响应㊁生长素响应㊁水杨酸响应㊁脱落酸响应等㊂大量植物激素的作用位点预示着多种生命活动的响应途径,这表明H X K 基因在美洲狼尾草的生长发育与逆境响应过程中具有潜在的功能㊂1823草 地 学 报第31卷图2 美洲狼尾草H X K 基因启动子区域中的调控元件F i g .2 R e g u l a t o r y E l e m e n t s i n t h eH X KG e n eP r o m o t e rR e gi o no f P e n n i s e t u m g l a u c u m 注:F 1,茉莉酸响应;F 2,光响应;F 3,无氧响应;F 4,低温响应;F 5,玉米醇溶蛋白;F 6,分生组织;F 7,干旱响应;F 8,水杨酸响应;F 9,脱落酸响应;F 10,生长素响应;F 11,种子特异性;F 12,防御与应激响应;F 13,免疫应答响应;F 14,昼夜节律调控;F 15,栅栏叶肉细胞;F 16,细胞周期调控㊂下同N o t e :F 1,M e J a r e s p o n s i v e ;F 2,L i g h t r e s p o n s i v e ;F 3,A n a e r o b i c r e s p o n s i v e ;F 4,L o w -t e m p e r a t u r e r e s po n s i v e ;F 5,Z e i n m e t a b o l i s m ;F 6,M e r i -s t e me x p r e s s i o n ;F 7,D r o u g h t r e s p o n s i v e ;F 8,S Ar e s p o n s i v e ;F 9,A B Ar e s p o n s i v e ;F 10,I A Ar e s p o n s i v e ;F 11,S e e dr e s p o n s i v e ;F 12,D e f e n s e a n d s t r e s s r e s p o n s i v e ;F 13,I m m u n e r e s p o n s i v e ;F 14,C i r c a d i a n c o n t r o l ;F 15,D i f f e r e n t i a t i o n o f t h e p a l i s a d em e s o p h y l l c e l l s ;F 16,C e l l c y c l e r e g-u l a t i o n .T h e s a m e a s b e l ow图3 美洲狼尾草H X K 基因启动子顺式作用元件预测F i g .3 P r e d i c t i o no f c i s -a c t i n g el e m e n t s o fH X K g e n e p r o m o t e r i n P e n n i s e t u m g l a u c u m 2.4 美洲狼尾草H X K 基因家族基因结构与蛋白保守序列分析分析美洲狼尾草H X K 基因之间的转录组结构成分,基于N C B IC D -s e a r c h 及M E M E 分析H X K 基因的外显子与内含子的分布㊁保守m o t i f s ,再基于转录本数据以及蛋白结构域数据,利用T b t o o l s 软件的G e n e S t r u c t u r e V i e w 工具进行共建分析㊂分析结果如图4所示:各基因成员均存在外显子和内含子,但成员之间存在差异化的结构,其中P M h x k -9含有一个超长的内含子,所有成员的外显子数量介于1~9个之间㊂P M h x k -1,P M h x k -4,P M h x k -5仅含有2个外显子,而P M h x k -5含有1个内含子和2个外显子,P M h x k -10,P M h x k -3,P M h x k -6,P M h x k -7,P M h x k -8含有外显子数量最多,含有9个,而P M h x k -3,P M -h x k -6,P M h x k -7含有内含子数量最多,含有9个㊂此外,同一亚组内的外显子和内含子的分布模式相似,而外显子的位置在亚组之间存在显著差异,这种亚组之间的差异与系统进化分析中的分组规律一致㊂根据结构分析发现美洲狼尾草H X K 蛋白仅有一个蛋白保守结构域(P L N 02914s u p e r f a m i l y)(图4),5个基因(P M h x k -1,P M h x k -3,P M h x k -4,P M h x k -7,P M -h x k -12)同时含有5'端和3'端非翻译区(U T R ),5个基2823第11期祝诗词等:美洲狼尾草H X K 基因家族鉴定及表达因(P M h x k -2,P M h x k -5,P M h x k -9,P M h x k -10,P M -h x k -11)不含U T R 区,基因P M h x k -8仅含有3'端非翻译区(U T R ),基因P M h x k -6仅含有5'端非翻译区(U T R )㊂图4 美洲狼尾草H X K 基因家族结构及聚类分析F i g .4 H X K g e n e f a m i l y s t r u c t u r e a n d c l u s t e r a n a l ys i s o f P e n n i s e t u m g l a u c um 图5 美洲狼尾草H X K 基因家族结构分析F i g .5 A n a l y s i s o fH X K g e n e f a m i l y st r u c t u r e o f P e n n i s e t u m g l a u c u m 2.5 美洲狼尾草H X K 基因m o t i f 分析分析P M h x k 家族具有一定特征的蛋白超二级结构(m o t i f ),基于L i n u x 系统M E M E 软件对美洲狼尾草H X K 家族成员的蛋白保守m o t i f 特征进行分析,发现美洲狼尾草H X K 蛋白的m o t i f 结构之间有一定的差异性和相似性,共鉴定得到10个比较保守的基序(M o t i f 1-M o t i f 10)(图6,图7)㊂根据其结构类型大致分为三类,只含有m o t i f 5㊁m o t i f 2的单基序结构(P M h x k -4,P M h x k -1,P M h x k -11),含有少量m o t i f 的片段结构(P M h x k -5,P M h x k -9,P M h x k -2)和含有多个m o t i f 组合的多基序结构(P M h x k -3,P M h x k -12,P M h x k -10,P M h x k -6,P M h x k -7,P M -h x k -8)㊂根据进化分析的分组依据,发现仅含有一个m o t i f 结构的H X K 成员均来自Ⅱ亚组,而含有多个连续m o t i f 结构的H X K 成员均来自Ⅰ亚组与Ⅳ亚组,在这些连续m o t i f 基序中发现了两个较为保守的片段结构,分别是m o t i f 2-m o t i f 5-m o t i f 6-m o t i f 2和m o t i f 7-m o t i f 4-m o t i f 8-m o t i f 3-m o t i f 9-m o t i f 1片段,其出现在Ⅰ亚组和Ⅳ亚组的所有H X K 蛋白结构中㊂3823草 地 学 报第31卷图6 美洲狼尾草H X K 基因家族蛋白特征分析F i g .6 A n a l y s i s o f p r o t e i n c h a r a c t e r i s t i c s o fH X K g e n e f a m i l yi n P e n n i s e t u m g l a u c um 图7 美洲狼尾草H X K 基因家族蛋白的10个保守结构域F i g .7 T h e c o n s e r v e dd o m a i n s o fH X K g e n e f a m i l ypr o t e i n s i n P e n n i s e t u m g l a u c u m 2.6 美洲狼尾草H X K 基因家族染色体定位分析基于MG 2C v 2.1分析网站,对P M h x k 家族的12个基因进行染色体定位分析(图8),发现H X K 基因仅分布在美洲狼尾草的1,2,5,6,7号染色体上且每条染色染上基因数量分布不均匀,其中,1号染色体上染色体分布最多,共有5个基因,而第2,7号染色体上的基因成员最少,均只有1个㊂2.7 美洲狼尾草不同组织中的P M h x k 基因表达将美洲狼尾草H X K 基因家族的表达数据进行可视化分析后,结果如图9所示,从不同植物组织中H X K 基因家族成员的表达量差异来看,在植物的穗组织中,六个成员表达量显著,数值均大于0.5,分别是:P M h x k -6,P M h x k -12,P M h x k -11,P M h x k -9,P M -h x k -10,P M h x k -3,占据基因家族成员数量的一半;而在种子中除了P M h x k -6与P M h x k -12外整体呈现低表达量趋势;在分蘖期根组织中仅有P M h x k -7表现出较为明显的高表达量,且相较于该基因在其他组织中的表达量差异显著㊂从不同亚组之间的表达差异来看,Ⅰ亚组的差异变化最为明显,其所有成员在穗组4823第11期祝诗词等:美洲狼尾草H X K 基因家族鉴定及表达织中均有较高的表达,在根组织中的表达量也明显高于其他亚组;于Ⅰ亚组相比,Ⅱ亚组的表达上调事件并不显著,但是其成员P M h x k -1㊁P M h x k -2㊁P M h x k -4在穗㊁叶㊁茎㊁根和分蘖组织中均有稳定的表达㊂综上分析,我们发现美洲狼尾草的H X K 基因的高表达主要集中在抽穗期的穗组织中,这表明该基因可能参与穗组织的生长与发育调控,并在美洲狼尾草籽粒成熟时期行使一定的生物功能㊂图8 美洲狼尾草H X K 基因家族染色体定位图F i g .8 C h r o m o s o m em a p p i n g o fH X K g e n e f a m i l yi n P e n n i s e t u m g l a u c um 图9 美洲狼尾草不同组织P M h x k 基因表达F i g .9 E x pr e s s i o no fP M h x k g e n e i nd i f f e r e n t t i s s u e s o f P e n n i s e t u m g l a u c u m 2.8 P M h x k 基因表达分析为探究P M h x k 基因在干旱和盐胁迫下的潜在功能,我们采用美洲狼尾草非生物胁迫处理下的R N A -s e q 数据集,选取胁迫处理的时间分布为0到144小时(图10),以达到检测P M h x k 基因的转录丰度的目的㊂结果表明,P M h x k 基因在干旱和盐胁迫处理下存在差异基因㊂在叶片干旱胁迫144h 后,有4个P M h x k 基因表达上调,其中P M -h x k -6和P M h x k -12显著上调,同时有3个P M h x k 基因在叶片中显著下调;在根组织干旱胁迫144h后,有2个基因表达上调,有7个P M h x k 基因表达下调,其中P M h x k -7下调较为显著㊂此外在干旱胁迫过程中还有7个基因表达呈现先增加再降低的趋势,例如P M h x k -8与P M h x k -2在叶片干旱5823草 地 学 报第31卷诱导48h 时显著上调㊁144h 时显著下调,P M h x k -4在根组织干旱诱导96h 时上调表达㊁144h 时显著下调㊂在盐胁迫过程中我们发现多数P M h x k 基因表达呈现先增加后降低或者先降低后增加的趋势㊂在叶片中P M h x k -1和P M h x k -5均在3h 和96h 显著上调而144h 时又呈现下调表达,在根组织中P M h x k -2㊁P M h x k -4㊁P M h x k -9均在48h时显著上调㊂P M h x k 基因对于胁迫诱导较为敏感,并在胁迫处理的早期呈现差异表达,例如P M -h x k -12在两种胁迫诱导1h 的根组织中均表现出显著的上调表达,P M h x k -4在盐胁迫诱导1h 的叶片中显著下调表达㊂根据P M h x k 基因在这两种胁迫诱导下的差异表达可以说明美洲狼尾草在面对高温和高盐的环境压力时能够产生响应,同时也表明P M h x k 基因可能在美洲狼尾草耐旱耐盐的机制中有一定的贡献㊂图10 美洲狼尾草在干旱、盐胁迫处理下H X K 的相对表达量F i g .10 R e l a t i v e e x p r e s s i o no fH X Ki n P e n n i s e t u m g l a u c u m u n d e r d r o u gh t a n d s a l t s t r e s s 注:L ,叶组织;R ,根组织;0-144(h)胁迫处理的时间(小时)N o t e :L ,l e a v e s ;R ,r o o t ;0-144(h ),T i m e f o r c o e r i o n t r e a t m e n t (h)3 讨论己糖激酶具有催化己糖磷酸化的作用,在植物的糖感知和糖信号转导过程中扮演重要的角色[32],是植物体呼吸代谢过程中的关键酶之一[33],正是基于其重要的生物学功能,有关己糖激酶的研究在植物育种领域逐渐成为热点[3]㊂3.1 美洲狼尾草H X K 基因家族成员鉴定分析本研究从美洲狼尾草全基因组数据库中分离并鉴定出12个美洲狼尾草H X K 基因家族成员,已知几种作物中的H X K 家族成员数量,拟南芥中6个H X K 基因[11]㊁水稻中10个H X K 基因[13]㊁玉米中9个H X K 基因[14],其数量特征较为稳定,虽为基数较小的亚家族,但是不同物种之间却没有特别大的数量差异㊂同时发现该特征与同为单子叶的禾本科植物比较更为明显,可能是因为H X K 是一种参与植物生命活动的关键基因,其始终伴随植物的生命形态变化及进化过程㊂3.2 H X K 基因染色体位置定位和顺式作用元件分析在多数作物物种中,H X K 基因家族成员的染色体分布均位于3-5条染色体上,例如拟南芥㊁水稻与玉米[26],而P M h x k 具有相似的特征,其成员共分布于5条染色体中,且多位于染色体的上下两端㊂在顺式作用元件分析中,研究发现大部分成员都具有厌氧响应位点,这表明面对一些代谢损伤的胁迫环境,H X K 家族与其相关的调节过程有密切关系㊂此外,大部分H X K 基因启动子还具有生长素响应㊁水杨酸响应㊁脱落酸响应位点,这与其他植物中报道的一致㊂其中,谷子S I h x k 家族成员中就含有大量与植物激素响应㊁光反应和逆境胁迫相关的作用元件[26]㊂3.3 H X K 基因m o t i f 分析美洲狼尾草H X K 基因家族中有5个成员具有9个外显子片段,这种外显子的数量特征与几种其他植物的H X K 家族特征一致[13-14,26],在谷子中,除S I -6823第11期祝诗词等:美洲狼尾草H X K基因家族鉴定及表达h x k3的所有S I h x k基因均含有9个外显子编码[26],这一特点再一次的说明H X K基因家族是一种关键基因,其在生命形态变化及进化过程中相当保守㊂同时本研究中的结构分析显示,P M h x k家族同一亚组内的外显子和内含子分布模式极为相似,其中Ⅳ亚组中所有成员的外显子具有相同的数量㊂在保守基序的分析过程中,结果显示仅含有一个m o t i f结构的H X K成员均来自Ⅱ亚组,Ⅰ亚组和Ⅳ亚组的所有H X K 蛋白结构中均出现了两个较为保守的连续m o t i f结构,这表明具有保守功能结构的H X K基因可能行使相同方向的功能或是彼此协同作用共同调控㊂综上,在基因家族的常规分析中,本研究发现美洲狼尾草H X K基因保守且稳定的结构特征预示着该家族成员参与植物关键的功能调控过程,并且在进化关系上也趋于稳定,这进一步的体现H X K基因家族具有一定的研究价值㊂3.4非生物胁迫诱导H X K基因的表达分析一些研究表明,H X K基因在植物不同组织间的表达量有所差异,对植物的各个器官起不同的调控作用[12,13]㊂水稻多数H X K在水稻的未成熟的种子㊁茎㊁叶片㊁花中均有表达;茶树C S h x k大都在叶片中的高表达,在根组织和种子中低表达㊂本研究发现美洲狼尾草其成员表达量显著上调的事件主要发生在植物的穗组织中,而在种子和根组织中整体表现出一个明显的低表达量趋势,这表明该基因可能在美洲狼尾草籽实成熟过程发挥着重要作用㊂此外,H X K广泛参与植物非生物胁迫响应过程,例如过表达拟南芥A T h x k1和A T h x k2可显著提高转基因植株对氧化胁迫的耐受性[11];茶树H X K面临高温㊁干旱等逆境时,将提高H X K的转录水平[16]㊂本研究也有类似的结果,即美洲狼尾草在盐和干旱胁迫处理后,发现美洲狼尾草H X K基因家族在面对干旱和高盐的环境压力时能够产生响应,大多数基因的相对表达量在不同非生物胁迫条件下均会上调,其中干旱处理下,在根组织中P M h x k-2㊁P M h x k-4㊁P M-h x k-9均在48h时显著上调,在叶片中有4个P M h x k 基因在144h时上调表达㊂在盐处理下,美洲狼尾草叶片中的P M h x k-5㊁P M h x k-1㊁P M h x k-8,根中的P M h x k-7㊁P M h x k-3㊁P M h x k-6㊁P M h x k-11㊁P M h x k-12㊁P M h x k-4㊁P M h x k-9㊁P M h x k-2在几乎每一个处理时间下相对表达量均上调㊂根据P M h x k基因在这两种胁迫诱导下的差异表达表明P M h x k基因可能在美洲狼尾草耐旱耐盐的机制中有一定的贡献㊂4结论本文利用生物信息学方法对美洲狼尾草H X K 基因家族进行了分析,鉴定出12个美洲狼尾草P M-h x k基因成员,得到两个较为保守的m o t i f片段,发现基因成员集中表达于抽穗期的穗组织中,部分P M-h x k成员在干旱胁迫和盐胁迫中出现表达上调㊂综上,本研究为美洲狼尾草H X K基因家族进一步的功能研究提供了有力参考㊂参考文献[1]程建徽,谢鸣,蒋桂华,等.植物已糖激酶的信号转导作用[J].细胞生物学杂志,2004(6):50-54[2] W A N G XQ,L IL M,Y A N GPP,e t a l.T h e r o l e o f h e x o k i n a s e sf r o mg r a p e b e r r i e s(V i t i s v i n i f e r a L.)i n r e g u l a t i n g th e e x p r e s si o no f c e l lw a l l i n v e r t a s e a n d s u c r o s e s y n t h a s e g e n e s[J].P l a n t c e l l r e-p o r t s,2014,33(2):337-347[3]范欲航,许悦,祝诗词,等.美洲狼尾草组织培养再生体系的建立[J].草地学报,2023,31(1):89-95[4] D A M A R IW E I S S L E R H,K A N D E L K F I R M,G I D O N ID,e t a l.E v i d e n c e f o r i n t r a c e l l u l a r s p a t i a l s e p a r a t i o n o f h e x o k i n a s e s a n d f r u c-t o k i n a s e s i n t o m a t o p l a n t s[J].P l a n t a,2006,224(6):1495-1502[5] O L S S O NT,T H E L A N D E R M,R O N N E H,e t a l.An o v e l t y p e o fc h l o r o p l a s t s t r o m a l h e x o k i n a s e i s t h em a j o r g l u c o s e-p h o s p h o r y l a t i n ge n z y m e i n t h em o s s P h y s c o m i t r e l l a p a t e n s[J].J o u r n a l of B i o l og i c a lC h e m i s t r y,2003,278(45):44439-44447[6] Y U T O N GL,Y U N S H U B,N I N G L,e t a l.H e x o k i n a s e1f o r m s an u c l e a rc o m p l e x w i t ht h e P R 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2021年自考《生物化学(一)》习题及答案(卷六)
2021年自考《生物化学(一)》习题及答案（卷六）一、A型题(每小题1分)1.下列对酶的叙述，哪一项是正确的(E)A.所有的蛋白质都是酶B.所有的酶均以有机化合物作为作用物C.所有的酶均需特异的辅助因子D.所有的酶对其作用物都有绝对特异性E.所有的酶均由活细胞产生2.以下哪项不是酶的特点(A)A.酶只能在细胞内催化反应B.活性易受pH、温度影响C.只能加速反应，不改变反应平衡点D.催化效率极高E.有高度特异性3.结合酶在下列那种情况下才有活性(D)A.酶蛋白单独存在B.辅酶单独存在C.亚基单独存在D.全酶形式存在E.有激活剂存在4.下列哪种辅酶中不含核苷酸(C)A.FADB.FMNC.FH4D.NADP+E.CoA-SH5.下列哪种辅酶中不含维生素(D)A.CoA-SHB.FADC.NAD+D.CoQE.FMN6.酶的辅助因子的作用不包括(E)A.稳定酶的空间构象B.参与构成酶的活性中心C.在酶与作用物的结合中起桥梁作用D.传递电子、质子E.决定酶的特异性7.酶的必需基团是指(B)A.维持酶一级结构所必需的基团B.位于活性中心以内或以外，与酶活性密切相关的基团C.酶的亚基聚合所必需的基团D.维持酶分子构象的所有基团E.构成全酶分子的所有基团8.酶分子中使作用物转为变为产物的基团称为(B)A.结合基团B.催化基团C.碱性基团D.酸性基团E.疏水基团9.有关同工酶的正确叙述是(A)A.不同组织中同工酶谱不同B.同工酶对同种作用物亲和力相同C.同工酶的基因相同D.组成同工酶的亚基一定相同E.同工酶是同一多肽链经翻译后加工产生的10.含LDH5丰富的组织是(A)A.肝组织B.心肌C.红细胞D.肾组织E.脑组织11.关于酶原激活，正确的是(B)A.酶原与酶一级结构相同B.酶原与酶空间结构不同C.所有酶都由酶原生成D.酶原有活性中心E.激活剂使酶原激活12.关于变构酶的结构特点的错误叙述是(D)A.常有多个亚基组成B.有与作用物结合的部位C.有与变构剂结合的部位D.催化部位与别构部位都处于同一亚基上E.催化部位与别构部位既可处于同一亚基，也可处于不同亚基上13.关于变构剂的错误叙述是(B)A.可与酶分子上别构部位结合B.可使酶蛋白与辅基结合C.可使酶与作用物亲和力降低D.可使酶分子的空间构象改变E.有激活或抑制作用14.国际酶学委员会将酶分为六大类的主要根据是(D)A.酶的来源B.酶的结构C.酶的理化性质。
己糖激酶在植物糖信号传递过程中的作用
己糖激酶在植物糖信号传递过程中的作用王玮摘要：己糖激酶在植物细胞的信号转导中起着重要的作用。
近年来对植物体糖信号转导的分子机制研究表明，己糖激酶(hexokinase，HXK)作为细胞内糖传感蛋白(sugarSensor)，在葡萄糖的信号转导中起着重要的功能，其信号转导途径调节着植物的生长发育与基因。
糖信号转导途径调控着植物的生长过程，表现为糖抑制子叶的扩展和转绿、胚轴的伸长。
己糖激酶的糖信号转导途径调控着植物的开花过程，表现为高糖延迟开花，低糖促进开花，己糖激酶的糖信号转导途径调控着叶片的衰老，表现为叶绿素含量下降、光合作用降低。
关键词：己糖激酶、糖信号、生长发育、基因表达一、植物己糖激酶催化己糖磷酸化的酶统称为己糖激酶，它们催化的反应构成植物和其它有机体代谢活动的重要调控步骤。
近年来的研究表明，己糖激酶也参与植物的糖感受和信号转导过程。
因此，己糖激酶在植物生长发育进程中具有重要作用。
己糖激酶是催化己糖磷酸化的酶的统称，广义上讲，它包括①己糖激酶(HXK)，既调控植物体内贮存糖和游离糖的利用率，也调控糖酵解和氧化戊糖磷酸途径的代谢速率；②葡萄糖激酶(GLK)，葡萄糖进入细胞后首先发生的反应是磷酸化，磷酸化后葡萄糖不能自由通过细胞膜而逸出细胞；③果糖激酶(FRK)对果糖特异的己糖激酶同工酶称为果糖激酶。
由于果糖激酶对果糖的亲和性远较己糖激酶大得多，因而普遍认为在果糖分解代谢中，果糖激酶起主要作用。
FRK、GLK和HXK 之间的区别是功能的差异，前二者，分别严格限制在葡萄糖和果糖的磷酸化中，而后者HXK磷酸化的底物可以是一系列已糖，如：果糖、葡萄糖、甘露糖等。
GLK和HXK定位有差异，不同类型的同工酶的定位有所不同，有的在质体基质中，有的在液泡中。
有的在细胞质中，有的在线粒体、叶绿体膜上。
在檀物组织中，FRK常以二聚体形式存在，也有以单体形式存在的，己糖激酶最适PH为8．0左右。
HXK活性被6一磷酸葡萄糖抑制，HXK对ATP的亲合力大约是其它三磷酸核苷酸的10倍。
植物信号转导和细胞内运输机制的分子机理
植物信号转导和细胞内运输机制的分子机理植物生长和发育过程中，植物细胞需要不断地响应外界环境的变化。
植物通过细胞内信号传递机制将外界信号转化为细胞内信息，从而调节生长和发育。
这个过程被称为植物信号转导。
植物细胞内有各种各样的生物大分子，需要通过细胞内运输机制运送到特定的位置，才能发挥作用。
本文将阐述植物信号转导和细胞内运输机制的分子机理。
I. 植物信号转导的基本过程植物细胞感受到外界信号后，会通过细胞膜上的受体蛋白将外界信号传递到细胞内。
这个过程被称为受体激活。
细胞膜上的受体蛋白可以是离子通道、酪氨酸激酶或鸟苷酸环化酶等。
当受体被外界信号激活后，其内部会发生一系列的信号传递，直到到达细胞核的转录因子，并调节特定的基因表达。
在这个过程中，一些蛋白质和信号分子会参与到信号传递链中，维持信号传递的进程。
例如，Ca2+离子作为重要的细胞内信号分子，可调节多种信号传递链的各个环节。
植物信号转导是一个复杂的生命过程，离不开各种蛋白质和信号分子的作用。
II. 植物细胞内运输机制的分子机理植物细胞需要将各种生物大分子运送到其作用的位置，包括蛋白质、信号分子、RNA等。
植物细胞内运输机制涉及多种生物大分子，如微管、微丝及转运蛋白等。
这些分子都需要遵循特定的机制才能完成细胞内运输的任务。
下面将详细介绍植物细胞内运输机制中的几个关键分子。
1. 微管微管是由细胞骨架网络组成的，是细胞分裂和运输物质的基本骨架。
在植物细胞内，微管主要由α/β-微管蛋白组成。
当细胞需要进行运输时，微管会通过微管动力蛋白的作用而运动，完成细胞内物质的运输。
目前已知的微管动力蛋白主要有肌动蛋白、马达蛋白、钩端蛋白等。
微管在植物细胞内有着重要的作用，是植物细胞内运输机制的重要组成部分。
2. 微丝微丝是由肌动蛋白组成的细胞骨架，主要参与细胞的力学性质、形态和运动。
在植物细胞中，微丝的组成成分比较简单，主要由肌动蛋白组成。
植物细胞中微丝主要参与线粒体的运输，影响植物的能量代谢，而与微管不同的是，微丝不参与细胞分裂。
北京海淀区2023-2024学年高三上学期期末生物试题含答案
海淀区2023—2024学年第一学期期末练习高三生物学（答案在最后）2024.01本试卷共10页，100分。
考试时长90分钟。
考生务必将答案答在答题纸上，在试卷上作答无效。
考试结束后，将本试卷和答题纸一并交回。
第一部分本部分共15题，每题2分，共30分。
在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1.在Mg2+存在的条件下，己糖激酶可催化ATP分子的磷酸基团转移到葡萄糖分子上，生成6-磷酸葡萄糖。
下列关于己糖激酶的叙述正确的是（）A.基本单位是葡萄糖B.组成元素仅含C、H、O、PC.可提供化学反应所需的活化能D.催化活性受Mg2+影响【答案】D【解析】【分析】酶：（1）定义：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
（2）本质：大多数是蛋白质，少数是RNA。
（3）特性：高效性、专一性、作用条件较温和。
【详解】A、己糖激酶的化学本质是蛋白质，基本单位是氨基酸，A错误；B、己糖激酶的化学本质是蛋白质，组成元素主要有C、H、O、N，B错误；C、己糖激酶具有催化作用，其机理为能降低化学反应所需的活化能，C错误；D、在Mg2+存在的条件下，己糖激酶可催化ATP分子的磷酸基团转移到葡萄糖分子上，生成6-磷酸葡萄糖，故己糖激酶的催化活性受Mg2+影响，D正确。
故选D。
2.哺乳动物断奶后，乳腺中的某些死亡细胞会被周围的吞噬细胞消化清除，据此推测吞噬细胞中比较发达的细胞器是（）A.中心体B.内质网C.核糖体D.溶酶体【答案】D【解析】【分析】溶酶体是由高尔基体断裂产生，单层膜包裹的小泡，溶酶体为细胞内由单层脂蛋白膜包绕的内含一系列酸性水解酶的小体。
是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器，溶酶体内含有许多种水解酶类，能够分解很多种物质，溶酶体被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”。
【详解】哺乳动物断奶后，乳腺中的某些死亡细胞会被周围的吞噬细胞消化清除，溶酶体内含有许多种水解酶类，能够分解很多种物质，溶酶体被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”，吞噬细胞中比较发达的细胞器是溶酶体，D符合题意。
植物中的糖代谢及其相关酶_罗玉[1]
![植物中的糖代谢及其相关酶_罗玉[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/91643bfdb8f67c1cfad6b8a1.png)
植物中的糖代谢及其相关酶罗 玉X (文山师范高等专科学校生化系,云南文山663000)=摘要> 概述了糖在植物代谢、生长、发育中的作用,总结了糖代谢相关反应及相关的酶:如尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、转化酶、己糖激酶的亚细胞定位,酶学特性。
论述了通过转基因等手段探知的这些相关酶的生物学作用。
=关键词> 糖代谢;尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶;转化酶;己糖激酶=中图分类号>Q493.4 =文献标识码>A =文章编号>1671-3303(2004)02-00155-05糖在植物的代谢、生长、发育上是一个重要的、多重的角色。
糖是光合作用的产物,又是呼吸作用的底物,它为植物的生长发育提供碳骨架和能量,并能增强植物抗逆性。
糖的代谢是整个生物代谢的中心,它勾通了蛋白质代谢、脂类代谢、核酸代谢及次生物质代谢。
糖类的合成与分解影响细胞及溶液的渗透势,渗透势的变化是氧份运输的动力之一,它会影响糖分的运输;渗透势变化会影响水势及水份的流动,从而影响气孔开闭、花药裂开等活动;渗透势的变化影响植物抗协迫环境的能力。
糖类的运输及分配勾通了源器官和库器官。
叶片光合作用合成的糖分,通过韧皮部的装载运到库端,卸载进入库细胞,为库的生长提供氧分。
如花粉管的萌发、果实、种子的膨大与成熟。
块根、块茎的膨大生长。
如果增大源端的装载能力和库端卸载能力,将有更多的光合产物合成并输出进入库组织。
这将大大增加作物的产量,对农业生产上很有意义。
糖类的代谢及运输分配还会影响进入库细胞的糖及库细胞贮存的糖的形式,从而对作物及果蔬的品质产生影响,对中药材的有效成份含量产生影响。
例如水果中所含糖份的种类及比例是决定水果品质、风味的主要因素。
马铃薯块茎中非还原糖含量的高低,决定薯块加工品质的好坏。
多糖常是中药材中的有效成分,黄芪总多糖含量受糖代谢调控。
近年来,糖在植物中的作用最引人关注的方面是糖的信号功能。
己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸_概述说明以及解释
己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸概述说明以及解释1. 引言1.1 概述己糖激酶（hexokinase）是一种重要的酶类，也被称为六磷酸葡萄糖激酶（glucokinase），它在生物体内起着调节和催化碳水化合物代谢的关键作用。
而葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate）则是己糖激酶的底物和产物之一，在代谢途径中扮演着重要角色。
本文将对己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸进行综合的概述、功能解释以及作用说明，旨在加深我们对这两者的理解。
1.2 文章结构本文分为引言、己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸的概述、己糖激酶功能解释、葡萄糖-6-磷酸在代谢途径中的作用说明和结论五个部分。
引言部分将给出文章整体内容的背景和目标，为阐述后续内容做准备。
1.3 目的本文旨在全面介绍己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸的相关知识，并解释它们在生物体内的功能及作用，以促进对于己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸重要性的认识。
通过阐明这两者之间的关系和相互作用，我们可以深入理解它们在碳水化合物代谢中的角色，并探讨其可能对其他生物过程的影响和应用前景。
此外，本文还将提供未来研究方向发展的建议，以推动相关领域的持续发展。
2. 己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸的概述2.1 己糖激酶简介己糖激酶是一种重要的酶，在生物体内起着调控碳水化合物代谢的关键作用。
它是催化底物葡萄糖转化为果糖-6-磷酸的关键酶，参与多种生理功能和代谢途径。
2.2 葡萄糖-6-磷酸简介葡萄糖-6-磷酸是一种重要的中间代谢产物，是己糖分解途径和异戊二酮酸代谢途径中的关键物质。
它在细胞内承担许多重要生化反应，并在能量产生、核苷酸合成、脂肪酸合成等过程中发挥着重要作用。
2.3 己糖激酶与葡萄糖-6-磷酸的关系己糖激酶与葡萄糖-6- 磷集使用相互密切相关。
己系激酶是催化葡萄糖转为果糖-6- 磷两位的关键酶，活动水平了影响细胞内葡萄糖浓度与能量代谢相互调节。
已糖激酶活性失调可导致体内葡萄糖浓高低波录或能够保持过高浆,并且会对整体的生理功能造成负面影响。
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己糖激酶在植物糖信号转导中的作用
本文介绍了己糖激酶的概念、亚细胞定位、酶特性。
最后重点讲述了己糖激酶在糖信号转导中的作用。
1.摘要
己糖激酶就是能够催化己糖磷酸化的酶,大多数高等植物通过光合作用在叶片中合成碳水化合物, 并主要以蔗糖形式通过韧皮部运输分配到不同的库组织中。
在库组织中, 蔗糖可被直接贮藏, 也可在蔗糖合成酶” ,或转化酶作用下分解为己糖—果糖和葡萄糖。
己糖必须经磷酸化才能进人糖酵解途径。
磷酸化的己糖进人糖酵解途径后, 为植物的生理活动提供能量和中间代谢产物, 因而己糖的磷酸化对维持植物合成淀粉的碳流和呼吸作用是必不可少的。
近年来的研究表明, 己糖激酶也参与植物的糖感受和信号转导过程。
因此, 己糖激酶在植物生长发育进程中具有重要作用。
本文综述植物己糖激酶亚细胞定位、酶特性、及其在糖信号转导中的作用的最新研究进展。
2.植物的己糖激酶
催化己糖磷酸化的酶依据其底物特异性和功能的不同可分为己糖激酶、葡萄糖激酶和果糖激酶, 广义的己糖激酶包括这3种酶, 它们催化己糖代谢的第一步不可逆反应图。
目前己糖激酶还没有统一的命名规则, 已有的报道多数将植物己糖激酶称为HXK或HK, 葡萄糖激酶称为GLK或GK, 果糖激酶称为FRK或FK。
本文采用3个字母的命名方法, 引用文献遵循原文作者的命名, 一般不作更改。
2.1己糖激酶(HXK)
己糖激酶既调控植物体内贮存糖和游离糖的利用率, 也调控糖酵解和氧化戊糖磷酸途径的代谢速率。
Antonia Medina和Alberto Sils在1956年第一个报道了己糖激酶。
他们通过对豌豆非光合组织的研究, 表明了果糖特异激酶的存在, 但
是该酶直到20年后得到分离和鉴定。
随后的研究表明, 植物组织中存在几种不同的己糖激酶同工酶。
到目前为止, 已纯化和鉴定了以下几种植物组织中的HXK:拟南芥、豌豆叶片、小麦胚芽、豌豆种子、大豆、玉米、菠菜叶片、鳄梨、番茄、大麦叶片、烟草叶片、马铃薯块茎、水稻胚和葡萄抽。
多数植物HXK都有1到3个同工酶。
2.2果糖激酶(FRK)
对果糖特异的己糖激酶同工酶称为果糖激酶。
由于果糖激酶对果糖的亲和性远较己糖激酶大得多, 因而普遍认为在果糖分解代谢中, 果糖激酶起主要作用。
已纯化和鉴定了以下几种植物组织中的果糖激酶拟南芥、番茄、甜菜、马铃薯块茎、
豆、玉米胚乳、大麦叶片、鳄梨、菠菜、百合花粉、山茶花粉和豌豆等。
果糖激酶也存在几个同工酶。
2.3葡萄糖激酶(GLK)
由于HXK和GLK均对葡萄糖特异, 到目前为止, 只有少数文献将以下几种植物组织中优先磷酸化葡萄糖的己糖激酶命名为葡萄糖激酶豌豆种子、大豆、马铃薯块茎、番茄果实和水稻胚。
3.己糖激酶的亚细胞定位
己糖激酶不同的亚细胞定位导致其功能上的差异。
哺乳动物组织中的几个不同己糖激酶已得到鉴定, 而植物细胞己糖激酶活性的亚细胞定位一直是有争议的问题, 这主要是由于存在不同类型可溶性同工酶的缘故。
多数研究表明, 植物己糖激酶主要定位于线粒体膜和细胞质中, 叶绿体膜上也有一定活性。
利用细胞分离法和活细胞测定法, 发现菠菜叶片的一个己糖激酶存在于叶绿体和线粒体的外膜上, 而
果糖激酶分布在菠菜叶绿体中。
芹菜悬浮培养细胞的研究表明, 己糖激酶活性与膜有关, 而果糖激酶大多存在于细胞的可溶性部分。
细胞区隔化是调节己糖激酶活性的一个重要方面。
Galina等观察到玉米根中
有两个己糖激酶, 其中一个是可溶性的, 另一个与线粒体结合, 后者能被ADP抑制, 这表明, 当ATP/ADP比值改变时, 不同形式的HXK为不同条件下的代谢提供了调节机制。
4.己糖激酶的特性
4.1酶形态与结构
植物组织中,FRK蛋白通常以二聚体形式存在, 也有的以单体形式存在, 其天
然分子量从70一85KD到102—118KD不等。
其功能部位是由分子量为30一40的
亚基组成的高二聚体。
Doehlert报道了一个天然分子量为59KD的FRK蛋白, 可能
该FRK以单体和二聚体形式同时存在。
豌豆FRK同工酶SDS一PAGE分析表明, 它
的FRK2单体分子量为72KD, 几乎是其它植物的2倍。
已报道的FRK蛋白中分子量
最大的为马铃薯块茎FRK1, 为118KD。
Prata等用凝胶过滤层析鉴定出两个己糖激酶, 其中一个为HK一L, 分子量
为68KD, 它存在于所有分析材料中, 可能参与糖抑制的调节。
另一个为HK—H 分
子量为280KD, 是由分子量为50KD的己糖激酶蛋白与未知蛋白复合而成的, 它仅
存在于快速生长的器官和组织中, 而在贮藏组织或消耗碳源的悬浮培养细胞中检测不到。
这表明HK一H具有库特异性。
4.2己糖激酶在植物糖信号转导中的作用
高等植物体内的糖水平调控植物从萌芽、开花到衰老的整个生长发育过程。
近年来的研究表明, 糖作为一个生理信号能激活或阻遏植物体内许多基因的表达。
糖参与植物生长发
育的调节早有报道, 而高等植物糖信号转导机制的研究是从Jang等采用单细
胞体系和糖阻遏光合基因启动子的研究正式开始的。
他们首次指出, 植物细胞能感受和响应细胞间的几个己糖信号, 并且由己糖激酶催化的己糖磷酸化在信号转导途径中是其关键点,2-脱氧葡萄糖和甘露糖同样也能引发糖响应这两种糖能作用为己
糖激酶的底物, 但不进人糖酵解途径。
将葡萄糖用电穿孔法导人玉米叶片的研究也表明, 植株生长的抑制是由葡萄糖引发的, 而不是G-6-P或糖酵解的其它下游代谢物质。
拟南芥糖饥饿引发din几基因(黑暗诱导型基因)转录水平的增加, 通过2一
脱氧葡萄糖和甲基果糖非抑制基因表达的研究表明, 糖抑制的din基因表达是通过己糖激酶磷酸化介导的, 由糖饥饿引发的信号参与蛋白质磷酸化和脱磷酸化。
拟南芥转基因植株的研究表明, 植物中存在一条依赖于己糖激酶的葡萄糖信号转导途径。
近年来的研究表明, 糖响应过程是由植物激素信号与HXK相偶联共同作用的。
4.3依赖于己糖激酶的葡萄糖信号转导与依赖于己糖激酶的葡萄糖代谢途径
的分离
酵母可以为研究高等植物糖感受和信号转导提供一个模型,但是由于高等植物
糖信号途径远较单细胞酵母复杂得多, 将其模式限制在酵母信号模式中是不合适的, 因此植物糖信号转导还有待进一步研究。
应用基因工程和生化手段, 可以将植物依赖于己糖激酶的葡萄糖代谢途径从
依赖于己糖激酶的葡萄糖信号途径中区分出来。
对此已取得以下几点共识第一, 酵母HXK2转化的拟南芥植株, 尽管酶活性增加了3一5倍, 但是它对葡萄糖阻遏较
不敏感, 所以这种作用不是由依赖于己糖激酶的葡萄糖代谢引起的第二, 葡萄糖类似物能通过不依赖于己糖代谢的糖信号机制来抑制种子萌发或幼苗生长发育进程, 例如, 低水平甘露糖能抑制拟南芥萌发而不影响种子ATP或无机磷水平, 甘露糖诱导的种子萌发的阻遏能被加入HXK竞争性抑制剂甘露庚酮糖阻遏第三, 己检测出葡萄糖能阻遏基因表达。
己糖激酶底物与葡萄糖类似物具有报告基因的中间代谢物共
转染表明, 不同基因均具有不同特异性, 己糖磷酸化对植物生长发育是必需的, 磷酸己糖、其它糖酵解产物、ATP和无机磷酸盐等不能调控生长发育。
5.结语
己糖激酶是一个较大的功能基因家族, 它不仅参与糖的代谢, 同时也参与糖感受和信号转导过程。
目前对动物己糖激酶已有较深人的了解, 而对植物己糖激酶的研究仍处于起步阶段。
随着先进的生理生化分析手段及基因重组技术和现代分子生物学技术的不断发展, 对植物己糖激酶的研究也有了新的工具, 今后应将这些先进的技术引人到己糖激酶的研究中来。
具体可从以下几方面着手:(1)分离不同植物己糖激酶基因, 构建正义、反义表达载体, 并进行转基因植株研究, 以明确己糖激酶在植物体内的功能, 探明其在糖信号转导中的特定作用, 阐明复杂的植物糖信号机制, 为用人工手段调节植物生长发育提供理论基础;(2)从生化水平上研究己糖激酶的酶学特性、蛋白质结构及其与功能的关系, 以明确己糖激酶的调节机制;(3)进一步探讨影响己糖激酶活性的因素, 同时检测植物体内双糖和己糖含量的变化, 为采用栽培措施调节果实糖酸比提供理论基础, 进而提高园艺作物的果实品质。