植物酵素作用隨在細胞內(nèi)的位置改變
長久以來科學家認為個別的酵素具有取決于分子形狀之特定、單一的任務。根據(jù)上述,酵素僅能藉由累積多次改變形狀的突變演化,來產(chǎn)生新作用,該演化可能花上數(shù)千代。目前,美能源部所屬布魯克海文實驗室(the U.S. Department of Engergy`s Brookhaven National Laboratory)的科學家,業(yè)已發(fā)現(xiàn)另一種能實時改變?nèi)舾芍参锝退刈饔玫囊蛩兀壕褪墙退赜诩毎麅?nèi)的位置。視最終到達的處所而定,這些酵素會引起些微不同的生成物。
2004年7月13日版「美國國家科學院院刊(the Proceedings of the National Academy of Sciences)」中,一篇陳述該酵素作用取決于位置的首例論文撰文人,布魯克海文實驗室的生化學家John Shanklin表示,看來不動產(chǎn)中`地理位置`是極為重要的慣常通則,就某些酵素而言同樣適合。 Shanklin宣稱,諸如實質(zhì)上可能擴大代謝產(chǎn)物多元性的多重作用酵素能有益于細胞,從而提升該生物適應環(huán)境變遷的能力。這些酵素也可能提供科學家們量身訂制迎合特定需求之植物產(chǎn)物的新方法,諸如栽培產(chǎn)生不同、或許更有益健康之油類的莊稼植物。
Shanklin及其研究伙伴Ingo Heilmann進行研究過一種于Arabidopsis中,被稱為去飽和酶(desaturases)的特殊類型酵素。就植物科學家而言,Arabidopsis是果蠅的等同物。去飽和酶從脂肪酸鏈移走氫原子以產(chǎn)生碳-碳的雙價鍵(bond),而使脂肪去飽和。盡管使用酵母細胞來斷定幾種新近所發(fā)現(xiàn)之Arabidopsis去飽和酶的作用,Heilmann及Shanklin察覺到這些酵素之一,顯然在酵母菌中以有別于植物中的方式起作用:該酵素沿著脂肪酸碳鏈,于不同處所嵌入雙價鍵。 科學家們知道,于植物中,該酵素被標記上一種將其引導到植物細胞之葉綠體(chloroplasts)中的`地址標志`。葉綠體是植物細胞內(nèi)行光合作用處的綠色細胞器(organelles)。
當Heilmann移除該地址標志時,此植物酵素不再前往進入葉綠體中,卻反而進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum :細胞內(nèi)的一種膜狀組織)中。在上述位置,該酵素以相同于在酵母菌中的方式將脂肪酸去飽和。相反地,當這些科學家將葉綠體地址標志添加到幾種通常于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中起作用的去飽和酶時,這些酵素反而移動進入葉綠體中,且如同通常在此所發(fā)現(xiàn)的去飽和酶一樣起作用。 Shanklin宣稱,因此不用等待多次突變來累積產(chǎn)生新作用,只要一次單純位置標志的添加或剔除,便能實時地改變酵素的生成物。不過這些科學家依然不了解該位置上的改變?nèi)绾握兄陆退刈饔蒙系淖兓?他們懷疑,類脂油脂基(lipid head groups:一種聯(lián)結(jié)脂肪酸且在葉綠體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中以不同形式出現(xiàn)的骨架)可能扮演角色。
藉由將負責建構(gòu)葉綠體類脂油脂基的基因添加到酵母細胞中,這些科學家能產(chǎn)生于其中去飽和酶,正如同于在葉綠體中起作用的酵母細胞。這證實,在作用上取決于位置改變的關(guān)鍵是類脂油脂基。 目前,布魯克海文實驗室連同加州大學河邊(Riverside)分校之共同研究員Thomas Girke等的科學家,正從事了解該種酵素轉(zhuǎn)移作用現(xiàn)象可能有多廣泛的研究。利用計算機算法,他們已就地址標志上的變化,分析了整個Arabidopsis的基因組。
約6千個Arabidopsis基因群中,他們已確認了239個產(chǎn)生被送往細胞內(nèi)不同位置之酵素的基因群。是否這些變異體具有不同作用仍有待了解。Shanklin表示,這是需進一步探究的新領(lǐng)域。 這些科學家也將探索,從已知的酵素中移除或添加上地址標志,以了解是否能改變它們的位置及作用。Shanklin宣稱,他們已利用無地址標志的葉綠體去飽和酶,于Arabidopsis中產(chǎn)生較不飽和、更有益健康的植物油。他表示,這是種有朝一日可能有助于產(chǎn)生更有益健康之莊稼作物的方法。
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