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植物体细胞质和叶绿体中存在两类不同FBPase,这两种FBPase的性质不仅在不同物种之间存在不同,而且同一物种内也存在较大差异。拟南芥作为一种模式植物,大部分基因与其它高等植物基因有着很高的同源性,全部基因组测序也已经完成,而且国内外还没有关于拟南芥叶绿体FBPase表达以及性质方面的报道,所以本论文以拟南芥叶绿体FBPase为研究对象,用动力学和荧光的方法研究了拟南芥叶绿体FBPase的相关性质,本论文开展了以下工作:
1)拟南芥叶绿体FBPase高效表达条件的研究:通过对诱导温度、诱导时间、诱导剂浓度等条件的摸索,获得了拟南芥叶绿体FBPase高效表达的最优条件:用0.5mM IPTG诱导剂,在诱导温度为25℃,诱导时间6h后的菌体可获得最大表达量的目的蛋白。同时,利用Ni-NTA琼脂糖亲和层析技术,成功纯化得到拟南芥叶绿体FBPase。
2)拟南芥叶绿体FBPase的酶动力学的研究:测定了pH、温度、DTT以及金属离子对酶活性的影响,并且测定了酶的热稳定性以及动力学常数:
最适pH为8.0,最适温度是45℃,最优DTT的浓度为20mM,金属离子Mg2+以及低浓度的Mn2+对该蛋白有激活作用,高浓度的Mn2+、Ca2+、Zn2+、Cd2+、Cu2+、Li+对该蛋白有抑制作用;对该酶的热稳定性研究发现,该酶从0℃到45℃可以保存几乎100%的活性,而温度高于45℃,酶的活性逐渐下降,到75℃活性基本丧失。该酶的表观Km为0.14mmol/L,Vmax为19.89μmolPi/(min·mgPr)。
3)金属离子与拟南芥叶绿体FBPase的荧光作用机理的研究:加入Mn2+、Mg2+、Cu2+、Li+、Na+、K+、Zn2+、Ni2+、Cd2+、Ca2+对该酶的影响不同:
其中Mn2+、Mg2+对拟南芥FBPase的猝灭机制为静态猝灭。加入Mg2+后静电作用力成为维持拟南芥FBPase构象稳定的主要作用力;Mn2+与水分子形成配位化合物,其配体水与拟南芥FBPase的氨基酸侧链残基形成的氢键成为维持蛋白构象稳定的主要作用力,金属离子Mn2+、Mg2+与蛋白作用位点接近酪氨酸残基。
其它金属离子对拟南芥FBPase的猝灭机制为动态猝灭,对酶分子的构象改变影响并不大,疏水作用力是维持酶分子构象的主要作用力。