植物種子貯藏蛋白質及其細胞內轉運分析

趙子淵

摘要：植物種子中存在著對自身生長發育，人類營養、藥學起重要作用的蛋白質，本文將圍繞植物種子貯藏蛋白質的研究歷程、植物種子貯藏蛋白質的表達與調控、植物種子貯藏蛋白質在細胞內的轉運等三個方面進行論述。

關鍵詞：植物種子；貯藏蛋白質；表達與調控；細胞內轉運

引言

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

1、植物種子貯藏蛋白質的研究歷程

植物種子貯藏的豐富蛋白質主要在種子發育后期進行合成積累，具有一定的經濟價值和重要的生理學功能。很早以前，就已經有研究者開始關注并且進行了大量的相關研究，其對貯藏蛋白質的結構特征和分類進行了大量的系統分析與試驗，對其有著較為完整而系統的分類。根據溶解性不同，我們可以將種子貯藏蛋白質分為清蛋白、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；球蛋白是雙子葉植物種子中含量多的蛋白質；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主要用于貯藏氮源，為種子萌發過程提供所需要的碳、氮和硫等營養元素，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。隨著科學技術的發展，部分與生物相關研究的新技術也層出不窮，同時，研究生物化學和分子生物學的技術手段不斷改進，已能夠較為深入掌握貯藏蛋白質的轉錄，表達調控以及細胞內轉運的規律。

2、植物種子貯藏蛋白質的表達與調控

植物種子貯藏蛋白質的表達指的是不同植物表達的蛋白質是不同的，同一種植物在不同的生長時期，所表達的蛋白質也是不相同的。植物種子貯藏蛋白質的差異，以及為什么能夠表達出這些差異，一直是學者們所關注的問題。近年來，國內外生物領域對當前種子貯藏蛋白質的調控機制和蛋白質組學的研究取得了很多進展，筆者通過查閱資料，從一些研究者的研究中找到了答案：種子貯藏蛋白質的表達是受到精確的調控的，這種調控可能來源于DNA的轉錄、RNA的翻譯，也或者是蛋白質的轉錄后期加工修飾。研究表明，通過調控植物種子貯藏蛋白質的表達，可以提高需要的蛋白質在植物種子中的含量，提高經濟效益，同時也提高了植物種子包含的營養學價值。為了研究植物種子貯藏蛋白質的表達與調控，我們首先需要了解其編碼基因，編碼植物種子貯藏蛋白質的基因大多數是多基因家族，多基因家族，顧名思義就是由多個基因串聯在一起，同時進行轉錄與翻譯表達。一個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，調控基因和表達的基因之間也會存在一定的作用，并且調控基因可以去調節基因表達；在貯藏蛋白質基因之間，同樣存在著相互作用，一種貯藏蛋白質基因表達，可能會促進或者抑制其它貯藏蛋白質基因的表達，換句話說就是，一種貯藏蛋白質的含量上升，可能使得其它貯藏蛋白質的含量上升或者下降。

3、植物種子貯藏蛋白質在細胞內的轉運

貯藏蛋白質剛剛合成時被稱為前體，位于粗面內質網上，然后會根據自身的特性，通過多種途徑運輸到蛋白質體中，或者運輸到蛋白質貯藏型的液泡中。醇溶蛋白直接在粗面內質網上形成前體，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輸或者依賴聚集體的運輸方式，運送到貯藏蛋白質的蛋白質貯藏型液泡中。這部分的研究內容主要包含貯藏蛋白質在細胞內的轉運有貯藏蛋白質分選信號，到目前為止，國內外已經發現了三種液泡分選信號，即分別為序列特異性、c末端和物理結構型分選信號。其中，針對前兩種研究較多，并對其規律掌握也較為深入，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的過程中，并包含一些水解酶和貯藏蛋白質，為植物的遺傳奠定基礎作用。

結語

綜上所述，研究植物種子貯藏蛋白質有利于了解其表達調控機制、細胞內運輸機制，進而對其合理調控，為人類所用，創造出更多的經濟價值和營養價值。

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