透明颤菌血红蛋白研究现状及其在中药中的应用展望

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1、透明颤菌血红蛋白研究现状及其在中药中的应用展望【关键词】透明颤菌属［关键词］透明颤菌属;血红蛋白类;基因;转基因　　CurrentresearchstatusofVitreoscillahemoglobinandtheprospectiveapplicationintraditionalChinesemedicine　　KEYPreceptorprotEin,CRP)相关蛋白作为转录激活因子正向调控vgb基因表达。其中vgb基因启动子区域同大肠杆菌lac启动子CRP结合位点有极高的同源性。FNR蛋白是细菌应答厌氧环境的一个调控子，属于螺旋

2、转折螺旋结构的DNA序列的结合蛋白，并且富含半胱氨酸，形成半胱氨酸口袋结构，能与Fe2+和Fe3+参与细胞对氧的应答。FNR调控系统是通过FNR蛋白在限氧条件下对厌氧基因的激活来应答环境信号的。在缺乏fnr的大肠杆菌突变体中，vgb启动子在贫氧条件表达产物减少了一半，这表明在调节vgb启动子活性中存在着FNR或FNR样蛋白质［17］。另外Khosla等［18］认为培养基中的氮源（例如酵母提取物）能抑制vgb启动子的表达，具体机制目前仍不清楚。　　3VHb的生理功能　　目前，透明颤菌血红蛋白使细菌在低氧条件下能够很好生存的生理功能尚不完全清

3、楚，各国科学家对vgb基因进行了细胞定位、表达调控以及该血红蛋白对能量代谢和呼吸链影响等多方面的研究。　　Kallio等提出了两种假设：易化扩散假说和氧化还原效应假说。易化扩散假说认为VHb与氧结合增加了氧在细胞周质空间的传递量。Khosla和Bailey发现大肠杆菌中表达的VHb有35％～45％分布在周质空间。VHb蛋白N端功能域具有弱输送前导肽的功能，从而使VHb分布在细胞周质空间和细胞质内，支持了易化扩散假说。氧化还原效应假说认为氧合透明颤菌血红蛋白可能影响了细胞内一些关键的氧化还原敏感分子的活性，可能是呼吸链上的某个关键酶，该影响

4、可引起能量代谢效率的提高［14］。　　吴奕等［19］提出了另一种假说即末端电子受体假说，认为氧合态VHb作为末端电子受体参与大肠杆菌呼吸链末端氧化过程，他们还依据这一假说定量研究了VHb对大肠杆菌能量代谢的影响。研究表明，VHb在微氧代谢状态时的表达大大提高了呼吸链末端电子受体量，促进电子传递过程转向能量代谢效率较高的Cyo途径，从而使细胞适应贫氧的生活环境。　　VHb对生长的促进作用在有细胞色素o而无细胞色素d的突变体中比在有细胞色素d而无细胞色素o的突变体中更加显著。VHb增加了这两种末端氧化酶(尤其是细胞色素o)的含量并提高它们的活

5、力［20］。低氧条件下，VHb的存在使更多的葡萄糖转向磷酸戊糖途径代谢，而向三羧酸循环的碳源减少，总的ATP产量加大，而底物水平磷酸化产生的ATP减少［21］。VHb还增加大肠杆菌吸收氧的速率，但细胞中的NAD(P)H含量减小。说明VHb提高了电子传递链的周转率［22］。　　VHb在大肠杆菌中的表达明显促进了微氧条件下细胞的生长状况和蛋白质合成的能力。Khosla等［23］分析了VHb表达前后菌体蛋白的组成，蛋白质的种类没有改变；从产生效应的时间来看VHb的功能是由其本身所引起，而不是细胞在基因水平的二次应答。　　尽管VHb的作用机制还需

6、要进一步研究，但用光谱分析方法发现VHb蛋白可与氧结合成稳定的氧合态，氧合态的形成是VHb发挥生理功能的必需条件。多数证据显示，以这种氧合态的形式介入细胞与氧的代谢途径，最终影响某些基因的表达。　　4VHb在中药中的应用展望　　当前，随着人们医疗保健意识的增强，中药产业显现出巨大的优势，但同时我们看到，传统中药材的生产也面临着一些挑战，由于长期盲目开采致使生态环境遭到破坏，许多野生植物濒临灭绝，一些特殊生态环境下的植物引种困难，能够引种的栽培中药材因为各种因素影响，人工栽培药材品质下降等问题使中药材质量产量得不到保障。另外，天然药材中药用

7、价值高的有效成分（例如紫杉醇、长春新碱等）含量往往很低，不能够满足市场需求，采用化学合成的方法又会遇到工艺流程复杂、成本高、合成过程中伴随着副产品及造成环境污染等问题。随着生物技术广泛应用到中药栽培中，使这种局面得到了些许改善。利用植物细胞培养及毛状根培养技术具有人工栽培和野生采集所不具备的优点：占地少，周期短，不受地区和季节的限制，便于开展大规模的生产；无污染，无重金属积累，产物疏松，对于进行有用成分的生产和提取尤其便利。利用细胞培养生产活性成分较为常用，20世纪70年代日本利用细胞培养生产人参皂苷，现已采用大容量发酵罐，产出的皂苷组分

8、及药理活性与亲本植物基本相同，皂苷含量为亲本植株的3倍以上［24］。利用毛状根培养进行活性成分生产，增殖速度快，合成能力强，产物稳定转化后遗传性能较稳定，并利于进行高产株系选择，如用黄芪毛状根