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乙醇酸氧化酶(EC1.1.3.15,GO)是植物光呼吸的关键酶,只含pI3.65的40kD亚基。初步证实,酸性GO被一种碱性的富含苯丙氨酸的蛋白(phe—rich protein,PP)所包裹,组成PP—GO复合蛋白(GC)而呈现强碱性(pI10.6);GO的苯丙氨酸含量仅为3%,而GC在258nm下有吸收峰;GC抗体识别PP但不识别GO等。进一步研究发现,PP不仅与酸性GO,并且与酸性1—5—二磷酸核酮糖羧化/加氧酶(RubisCO)非特异性结合。
对于酸性GO和酸性RubisCO,PP可能通过疏水作用和离子键与之结合。对于碱性蛋白如鱼精蛋白,PP是否也能与之结合?为此,本文重点研究以下问题:绿叶中是否存在PP/GO比例不同的多种GC形式;采用酸处理破坏PP与GO结合的非共价键,分析酸处理前后GC的氨基酸组成,电泳行为等特性;制备酸处理GC抗体并分析其免疫特性;进一步探讨PP与碱性鱼精蛋白非特异性结合的证据。主要结果如下:
一、存在不同疏水性的多种GC形式
菜心(Basic peachiness Bailey)绿叶粗蛋白通过15%、35%、45%、55%、65%、95%硫酸铵分级沉淀,得到不同疏水性且具GO活性的GC。用GC抗体及GO40kD亚基抗体对分别不同疏水性的GC进行免疫印迹,Dot blot表明,15%硫酸铵沉淀、35%硫酸铵沉淀、45%硫酸铵沉淀、55%硫酸铵沉淀、65%硫酸铵沉淀与两抗体均呈现阳性反应,但反应强度不同;与GO40kD亚基抗体作SDS-PAGE Western blot,只有35%硫酸铵沉淀、45%硫酸铵沉淀在40kD处有明显印迹带。
二、存在不同分子量的多种GC(pI<8.3)
菜心绿叶粗蛋白经Native-PAGE(pH8.3),电泳向正极进行。GO40kD亚基抗体识别多条印迹带,表明存在不同分子量的多种GC(pI<8.3)。
三、酸处理前后GC具有不同的活性、电泳行为、氨基酸组成、紫外吸收曲线和免疫反应
从菜心绿叶中获得具有GO活性、pI>8.3的GC。该GC在SDS-PAGE中呈Mr为40kD的单带,其碱/酸性氨基酸比例为0.71,苯丙氨酸含量11.29%。酸处理后GC的活性显著降低,SDS-PAGE中仍呈Mr为40kD的单带,表明并未发生降解现象。该GC在Native-PAGE(pH8.3)向正极泳动,表明其pI从>8.3转变为<8.3。氨基酸组成测定结果也发现,pI<8.3的GC的碱/酸性氨基酸比例为0.61,苯丙氨酸含量5.48%。酸处理前GC在258nm有吸收峰,但酸处理后该258nm吸收峰已经消失。Dot blot和Native-PAGE Western—blot均证实,GO40kD亚基抗体识别酸处理后的GC。
酸处理GC在Native—醋酸纤维薄膜电泳(pH8.3)中可以向正负级泳动;在SDS—醋酸纤维薄膜电泳(pH8.3)中只在正极呈现蛋白带。表明酸处理GC中还存在少量向负极泳动的蛋白,此蛋白可能与PP有关。
以上证实,GC经酸处理后,部分PP从GC中解离下来,导致活性、pI、苯丙氨酸含量,以及碱/酸性氨基酸的比例均下降,苯丙氨酸特征吸收峰258nm也消失。另外,GO的抗原决定簇因PP部分解离,导致决定簇外露,能直接被GO40kD亚基抗体识别。
四、制备酸处理GC抗体并分析其免疫特性。
用酸处理GC抗体对GC进行Dot blot,发现该抗体可以识别GC。结果进一步表明:经酸处理后的GO与PP不结合或少量结合,使得原本被包裹的抗原决定簇暴露出来,从而改变其免疫学特性。
五、PP与碱性的鱼精蛋白非特异性结合的证据
加入鱼精蛋白,以同样的提取方法从菜心绿叶中获得具有GO活性、pI>8.3的GC。该GC在SDS-PAGE中呈Mr为40kD主带、在Mr14kD以下还有成片蛋白。分别用GO40kD亚基抗体和GC抗体进行Dot blot和SDS-PAGE Western—blot,发现GO40kD亚基抗体只能识别该蛋白的40kD条带,而GC抗体只能识别14kD以下有成片蛋白。此成片蛋白的氨基酸组成显示苯丙氨酸含量高达20.4%,而氨基酸序列检测结果均为精氨酸,鱼精蛋白的氨基酸组成显示精氨酸含量约占75%。据此推测:此成片蛋白是鱼精蛋白与PP的结合体,PP可以与碱性鱼精蛋白发生非特异性结合。