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植物营养贮存蛋白质(Vegetative Storage Proteins,VSP)作为氮源的临时储备形式,在许多植物中被鉴定出来。这类蛋白在不同的营养贮存器官中能积累到很高的程度。作为氨基酸的临时储备,VSP在植物对氮及其他营养物质需要时被降解。VSP最早从大豆的叶中鉴定出来,为了与种子贮存蛋白相区别而被称为营养贮存蛋白质。
拟南芥VSP(包括VSP1和VSP2)是在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中发现的大豆VSP的同源蛋白,二者的氨基酸序列相似性达到40%左右。拟南芥VSP主要存在于花和芽中,能被机械创伤,茉莉酸,昆虫的食草作用,磷酸盐的缺乏,渗透和营养压力诱导。与大豆VSP相比,拟南芥VSP2具有明显的酸性磷酸酶活性,在分类上属于HAD超家族。重组的拟南芥VSP2还具有抗虫的活性,并与其酸性磷酸酶性质有关。
然而,拟南芥VSP蛋白的结构尚未有报道,阻碍了人们对其催化机理的全面细致的了解。我们对重组VSP1进行了酶学和晶体学研究,这为VSP1结构的解析,阐明其催化机理打下基础。
将拟南芥VSP1-pET-22b质粒转化E. Coli BL21(DE3)感受态细胞,并得到高效表达。经过Ni-NTA亲和层析,得到电泳纯的VSP1蛋白。对重组VSP1进行了酸性磷酸酶性质研究,包括二价铜离子与镁离子的催化差异,底物特异性,抑制剂的影响。不同浓度的二价铜离子与镁离子对VSP1催化活性的影响有所不同。Cu2+浓度为1mM时,VSP1活性最大,然后呈下降趋势;而Mg2+浓度为10mM时,VSP1活性最大,随后基本保持不变,提示两种离子的激活机制可能不同。VSP1显示狭窄的底物特异性,磷酸芳基酯pNPP和MUP是最易催化的底物,而其他底物的水解速率都在pNPP水解速率的5%以下。磷酸盐对VSP1无明显抑制作用,EDTA,钼酸盐和钒酸盐对VSP1具有显著的抑制作用。Asp124突变体完全丧失酸性磷酸酶活性,表明Asp124为催化功能所必须。
利用坐滴气相扩散法并采用Hampton Research CrystAlScreen I & II和Emerald BioSystems Wizard I & II在287 K进行重组VSP1蛋白晶体筛选,在CrystAlScreen I的40号条件中得到蛋白晶体,衍射分辨率达到1.9 ?。VSP1晶体初步数据显示空间群为C2,晶胞参数为a=123.1?,b=48.4 ?,c=85.6 ?,α=γ=90°,β=116.3°。