植物種子貯藏蛋白質(zhì)及其細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)分析

趙子淵

摘要：植物種子中存在著對自身生長發(fā)育，人類營養(yǎng)、藥學(xué)起重要作用的蛋白質(zhì)，本文將圍繞植物種子貯藏蛋白質(zhì)的研究歷程、植物種子貯藏蛋白質(zhì)的表達(dá)與調(diào)控、植物種子貯藏蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)等三個(gè)方面進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：植物種子；貯藏蛋白質(zhì)；表達(dá)與調(diào)控；細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)

引言

植物種子內(nèi)貯藏的蛋白質(zhì)在種子發(fā)育的后期會進(jìn)行大量的合成和積累，為種子萌發(fā)過程提供所需要的碳、氮和硫等必要的營養(yǎng)元素。此外，豆類、谷類等也為動物和人類提供了豐富的氮源營養(yǎng)，并且某些種子貯藏的大量蛋白質(zhì)具有一定的藥學(xué)功能。目前，各國研究者們都關(guān)注于種子貯藏蛋白質(zhì)的研究，也取得了諸多進(jìn)展。這些研究有的關(guān)注于種子貯藏蛋白質(zhì)表達(dá)中的調(diào)控機(jī)制，有的研究植物種子貯藏蛋白質(zhì)的應(yīng)用，如植物分類、植物進(jìn)化，等等。植物種子中蛋白質(zhì)的某些特性，能夠使得細(xì)胞分裂在受精幾天后即可完成，隨后的細(xì)胞分化并沒有分裂；第二，種子發(fā)育過程中的代謝活動主要是合成蛋白質(zhì)、糖類、脂類等化合物，因此，研究種子貯藏蛋白質(zhì)可以讓人們更加深入地了解掌握種子的發(fā)育規(guī)律；同時(shí)，研究種子貯藏的蛋白質(zhì)不僅有助于改善人們的營養(yǎng)，還有助于研究開發(fā)新的植物藥物。

1、植物種子貯藏蛋白質(zhì)的研究歷程

植物種子貯藏的豐富蛋白質(zhì)主要在種子發(fā)育后期進(jìn)行合成積累，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和重要的生理學(xué)功能。很早以前，就已經(jīng)有研究者開始關(guān)注并且進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，其對貯藏蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征和分類進(jìn)行了大量的系統(tǒng)分析與試驗(yàn)，對其有著較為完整而系統(tǒng)的分類。根據(jù)溶解性不同，我們可以將種子貯藏蛋白質(zhì)分為清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白等類別。其中，清蛋白一般可以在水中溶解；球蛋白則易溶于稀鹽溶液，是植物種子最主要的貯藏蛋白質(zhì)；球蛋白是雙子葉植物種子中含量多的蛋白質(zhì)；谷蛋白是一種高分子量化合物，通常溶解于稀酸或者稀堿溶液；而醇溶蛋白則溶解于乙醇和水的混合物之中。植物種子貯藏蛋白質(zhì)主要用于貯藏氮源，為種子萌發(fā)過程提供所需要的碳、氮和硫等營養(yǎng)元素，并且如豆類、谷類等植物的種子也會為動物和人類提供了豐富的氮源營養(yǎng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，部分與生物相關(guān)研究的新技術(shù)也層出不窮，同時(shí)，研究生物化學(xué)和分子生物學(xué)的技術(shù)手段不斷改進(jìn)，已能夠較為深入掌握貯藏蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄，表達(dá)調(diào)控以及細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的規(guī)律。

2、植物種子貯藏蛋白質(zhì)的表達(dá)與調(diào)控

植物種子貯藏蛋白質(zhì)的表達(dá)指的是不同植物表達(dá)的蛋白質(zhì)是不同的，同一種植物在不同的生長時(shí)期，所表達(dá)的蛋白質(zhì)也是不相同的。植物種子貯藏蛋白質(zhì)的差異，以及為什么能夠表達(dá)出這些差異，一直是學(xué)者們所關(guān)注的問題。近年來，國內(nèi)外生物領(lǐng)域?qū)Ξ?dāng)前種子貯藏蛋白質(zhì)的調(diào)控機(jī)制和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究取得了很多進(jìn)展，筆者通過查閱資料，從一些研究者的研究中找到了答案：種子貯藏蛋白質(zhì)的表達(dá)是受到精確的調(diào)控的，這種調(diào)控可能來源于DNA的轉(zhuǎn)錄、RNA的翻譯，也或者是蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄后期加工修飾。研究表明，通過調(diào)控植物種子貯藏蛋白質(zhì)的表達(dá)，可以提高需要的蛋白質(zhì)在植物種子中的含量，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也提高了植物種子包含的營養(yǎng)學(xué)價(jià)值。為了研究植物種子貯藏蛋白質(zhì)的表達(dá)與調(diào)控，我們首先需要了解其編碼基因，編碼植物種子貯藏蛋白質(zhì)的基因大多數(shù)是多基因家族，多基因家族，顧名思義就是由多個(gè)基因串聯(lián)在一起，同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄與翻譯表達(dá)。一個(gè)基因的突變可能會引起其它基因的變化，而不同的基因之間存在著相互作用，調(diào)控基因和表達(dá)的基因之間也會存在一定的作用，并且調(diào)控基因可以去調(diào)節(jié)基因表達(dá)；在貯藏蛋白質(zhì)基因之間，同樣存在著相互作用，一種貯藏蛋白質(zhì)基因表達(dá)，可能會促進(jìn)或者抑制其它貯藏蛋白質(zhì)基因的表達(dá)，換句話說就是，一種貯藏蛋白質(zhì)的含量上升，可能使得其它貯藏蛋白質(zhì)的含量上升或者下降。

3、植物種子貯藏蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)

貯藏蛋白質(zhì)剛剛合成時(shí)被稱為前體，位于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，然后會根據(jù)自身的特性，通過多種途徑運(yùn)輸?shù)降鞍踪|(zhì)體中，或者運(yùn)輸?shù)降鞍踪|(zhì)貯藏型的液泡中。醇溶蛋白直接在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上形成前體，該前體聚合，形成凝聚體，然后出芽，形成蛋白體；球蛋白、白蛋白和谷蛋白由依賴受體的運(yùn)輸或者依賴聚集體的運(yùn)輸方式，運(yùn)送到貯藏蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)貯藏型液泡中。這部分的研究內(nèi)容主要包含貯藏蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)有貯藏蛋白質(zhì)分選信號，到目前為止，國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了三種液泡分選信號，即分別為序列特異性、c末端和物理結(jié)構(gòu)型分選信號。其中，針對前兩種研究較多，并對其規(guī)律掌握也較為深入，簡單來說這兩種分選信號是一種跨膜受體，能夠參與到液泡分選貯藏蛋白質(zhì)的過程中，并包含一些水解酶和貯藏蛋白質(zhì)，為植物的遺傳奠定基礎(chǔ)作用。

結(jié)語

綜上所述，研究植物種子貯藏蛋白質(zhì)有利于了解其表達(dá)調(diào)控機(jī)制、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸機(jī)制，進(jìn)而對其合理調(diào)控，為人類所用，創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和營養(yǎng)價(jià)值。

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