乙醇酸氧化酶黄素氧化酶的区别

叶绿体

乙醇酸循环 glycolate pathway

乙醇酸循环 glycolate pathway 由N.E.Tolbert（1963）提出的，为绿叶内的）乙二醇酸的代谢途径。在乙醇酸代谢循环中，乙醇酸通过乙醇酸氧化酶[图（2）]的作用而变成乙醛酸。在这个氧化反应中，一分子的乙醇酸结合1／2分子的氧，然后乙醛酸通过转氨酶（Transminase）（3）的作用，变成甘氨酸。由此产生的两个分子的甘氨酸在转羟甲基酶（transhydroxymethylase）（4）的作用下生成一个分子的丝氨酸。在这个过程中，伴随一分子丝氨酸的生成而产生一分子的CO2。因此，作为起点的每一分子乙醇酸能发生1／2分子的CO2。丝氨酸进一步经由羟基丙酮酸酸和D-甘油酸变成3-磷酸甘油酸（PGA）。PGA在光照下通过还原型戊糖磷酸循环而用于糖的合成．Tolbert等认为，在光呼吸中O2的吸收和CO2的发生是分别通过反应（2）和反应（1）而进行的。许多研究者都认为乙醇酸氧化和光呼吸之间是密切相关的。但是由反应（4）产生的CO2，是代表了光呼吸CO2的发生，关于这一点也有许多不同见解。Tolbert等发现，酶（2）、（3）、（5）、（7）等的活性只局限于乙醛酸循环体（glyoxysome）上，但酶（4）的活性存在于线粒体中。基于这些见解，他们认为乙醇酸的循环是通过叶绿体和乙醛酸循环体及线粒体的协同作用而进行的。首先，在叶绿体中形成的乙醇酸，再转移到乙醛酸循环体上，在这里变成甘氨酸。甘氨酸又转移到线粒体上而变成丝氨酸。丝氨酸再回到乙醛酸循环体上，在这里变成甘油酸，甘油酸再转移到叶绿体上，而被用于糖的形成。乙醇酸是光合成初期的产物之一，因而它是从还原型戊糖磷酸循环的中间体而产生的，这一点是没有疑问的。现在关于乙醇酸的形成途径，认为是二羟基硫胺焦磷酸被氧化而变成乙醇酸和核酮糖-1，5-二磷酸（RuDP或RuBP），通过RuDP加氧酶的作用而变成磷酸乙醇酸和3-磷酸甘油酸，最后磷酸乙醇酸受磷酸脂酶作用而变成乙醇酸，在实验中证明，这两种形式的可能性都是存在的。

水稻喜欢在低湿的水田中生长。水田土壤一般含氧量很少，在20℃水中氧的含量最多也不过3.1%，渍水土壤中的氧含量更低。在这种嫌气条件下，土中含有各种还原物质如大量亚铁离子、有机酸甚至硫化氢等。这些物质对水稻根系呼吸和养分的吸收均有不同程度的抑制作用，严重时也会产生毒害。水稻为何能适应这样的生长环境呢？试验证明，水稻根部除能进行有氧呼吸外，还可以产生氧化力，能把根外土壤中的亚铁离子氧化为高铁而沉淀，由于根群附近土壤的氧化还原电位较高，所以不会产生H2S。正是由于根部能产生氧化力，在根外就能形成一层氧化圈。水稻生长初期，新根多，氧化力强，根外的氧化圈一般可达数毫米，土中亚铁在根外就被氧化而沉淀，所以根是白色的。以后新根逐渐衰老，根的氧化力随之减弱，根外的氧化圈缩小，亚铁就在根表面被氧化而沉淀，所以根呈赤褐色。正是由于水稻根部能产生氧化力，所以它能在缺氧而又含有大量亚铁离子以及其他有害的还原性物质的土壤中生长。

水稻根系分泌的氧过去认为是来自茎叶，经通气组织由扩散作用输入根部。但是，水稻根部分泌的氧要比扩散释放出的氧多得多。根据Mitsui等的研究，认为水稻根部有一条乙醇酸氧化途径，是根部产生氧化力的主要来源。用柱状层析分离水稻根中有机酸，发现不仅含有三羧酸循环所产生的有机酸，还有乙醇酸、甲酸和草酸。

水稻根系中有机酸的含量（%）

用标记14C-乙酸进一步试验证明，水稻根中有乙醇酸氧化酶，可将乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，而乙醛酸在同一酶的作用下，可生成草酸。所生成的乙醛酸和草酸还能进一步氧化，分别生成甲酸和CO2。而且每一步骤都能生成H2O2，以后在根中的过氧化氢酶的作用下，生成O2。这是根部产生氧化力的主要来源。乙醇酸是由乙酸转变而来，也可能还有其他途径。

乙醇酸氧化过程虽然不能形成ATP，但可产生氧化力，避免根系受土壤中有害的还原性物质的危害，保证水稻根系正常呼吸和对养分的吸收。乙醇酸氧化酶只有在水稻、陆稻和稗草中能明显地观察到，而在大麦、紫花苜蓿、三叶草等植物中就不含此酶。

几种植物中乙醇酸氧化酶的活性

这就明确指出，乙醇酸代谢途径是水稻根部一条特殊的代谢途径。

14C-乙酸盐的比放射性所发现的水稻根内进行有机酸代谢的路径

（1）活体筛选：

①代表性植物为测试对象：此类方法一般用藻类、浮萍等水生植物作为供试生物。将一定剂量的化合物及藻类、浮萍或植物细胞分别加入微量滴定板孔中混匀，在控制条件下振荡培养一段时间。之后测定混合液的光密度值。如果光密度值不变甚至减少，表明藻类不生长，定性判断化合物有除草活性。此外，此方法还可以通过生长抑制率求出EC50，以定量判断化合物活性大小。

②种子处理生长测试法：该方法一般要求选取的供试植物种子的个体比较小，如小米、鼠耳芥、剪股颖的种子。方法是在微量滴定板孔中加入待测药液，然后加入植物种子以及植物生命发育所需的营养液或培养基，用透明盖封好，置适宜的温度、光照条件下培养一定时间。通过观察种子萌芽及植物生长发育情况，如种子萌芽率、生长情况、叶片及植物形态等，以判断供试化合物的活性有无。

（2）离体筛选：

①对靶标酶抑制活性的测定方法：植物体内生物物质合成及能量代谢的关键酶较多，这些酶通常也是供试药剂有可能起抑制作用的靶标酶。因此，通过对这些酶活性的测定，可以筛选出将来有可能作为除草剂的化合物。例如，测定无机磷酸（Pi）的生物测定方法，其基本原理是生物体内如乙酰辅酶A羧化酶、谷氨酰胺合成酶等一些靶标酶，可通过一定催化反应产生无机磷酸（Pi）。Pi与特定试剂结合会在某一波长下显色。因此，将筛选靶标酶与待测物及反应试剂混合后，测定Pi的变化量，如果Pi量减少，说明待测物对靶标酶有活性。

②测定过氧化氢（H2O2）的方法：其原理是光呼吸循环中的乙醇酸氧化酶能够与氧气反应生成乙醛酸和H2O2，而H2O2与氨基替比林、辣根过氧化酶和酚反应生成红色产物，且在505nm有特征吸收峰。因此，将乙醇酸氧化酶与待测化合物混合后，经过一定时间再加入辣根过氧化酶等反应试剂，测定红色产物的吸光值，观察值的变化情况。如果产物减少，即说明H2O2的量减少，判断出供试化合物有抑制该酶活性的能力。

③测定荧光变化的方法：该系列方法中有一种叶绿素荧光测定法。这种方法可以用于对植物光合作用抑制剂的筛选。运用的原理是叶绿素分子在光系统Ⅱ（PSⅡ）吸收光量子后，形成激发态，激发态不稳定，会再发射而产生一种光信号——叶绿素a荧光，在正常情况下，叶绿素a吸收的光能会推动叶绿体进行光合作用。如果PSⅡ受抑制，光合作用过程中的电子传递即会受阻，此时叶绿素a吸收的光能以荧光的方式再度释放。因此，通过脉冲调制荧光仪（PAM-201），可在叶片表面测得再度发射的荧光。将待测化合物与植物叶片作用后，根据荧光强度的变化，可判断化合物是否对PSⅡ有抑制作用。

中文

随着植物抗病基因工程的发展,越来越多的抗病基因被人们所发现。2004年,Taler等从印度野生瓜的霜霉病抗性品种中克隆得到两个具有丝氨酸乙醛酸转氨酶(serineglyoxylate aminotransferase,SGT)活性的甜瓜霜霉病抗性基因At1和At2。Taler等发现At1和At2具有丝氨酸乙醛酸转氨酶活性与植物光呼吸途径相关,不属于任何一类已知R基因,对病原菌的抵抗没有种属专化性,并且它们的抗病作用与H_2O_2相关,基于此种现象,他们提出一种新的抗病机制“酶抗病性”,这是首次报道的通过改变酶的表达量而赋予植物抗病性。据推测At1和At2还可能对霜霉病以外的其它多种植物叶部病害具有抗性作用,是很有研究价值的抗病基因,并且,“酶抗病性”作用机制的提出还需要更多的基因证据和试验支持。据此本论文从光呼吸作用非常强的大豆中克隆At1和At2的同源基因GmSGT,对其进行序列分析、酶活性中心预测、原核表达分析,并将其转入受体植物中进行抗病性鉴定。现将本论文的主要研究结果及创新点总结如下: 1.利用大豆EST序列和5'-Race技术,首次从大豆霜霉病抗性品种中克隆了编码丝氨酸乙醛酸转氨酶的GmGGT1基因序列(已获得国家发明专利1项,专利号:ZL2005100887 83.4),同时从受SA诱导的大豆霜霉病感病品种黑农10号中克隆得到了两条GmSGT1的同源基因GmSGT2,GmSGT3。序列分析表明,GmSGT1与Taler等报道的甜瓜霜霉病抗病基因At1、At2氨基酸序列同源性达88.03%和87.78%同时,GmSGT1与拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)、水稻(Oryzae sativa L.)、贝母(Fritillariaagrestis)、紫萍(Spirodela polyrrhiza)的丝氨酸乙醛酸转氨酶同源性达83.33%-85.79%。GmSGT1推导蛋白序列分析显示它具有一个5磷酸吡哆醛结合位点GSQKAL和一个强的过氧化物体定位信号SRI,表明该基因可能在植物的过氧化物体中通过光呼吸途径起作用。GmSGT2和GmSGT3与GmSGT1核苷酸序列同源性高达96.38%和99.17%,推导的氨基酸序列同源性为97.03%和99.25%。利用生物信息学方法对GmSGT1,GmSGT2,GmSGT3蛋白的酶学活性中心进行了分析,结果显示三个蛋白序列均具有丝氨酸乙醛酸转氨酶活性。 2.首次通过存大肠杆菌中模拟植物光呼吸途径的技术,证实了GmSGT1具有丝氨酸乙醛酸转氨酶活性。光呼吸途径中发生的反应:乙醇酸(?)H_2O_2+乙醛酸乙醛酸(?)甘氦酸。因大肠杆菌中含有乙醇酸氧化酶(GOX),所以向原核表达菌株中加入乙醇酸,可完成上述反应,通过检测H_2O_2量的变化,可确定GmSGT1基因的丝氨酸乙醛酸转氨酶功能。本研究结果显示,只有表达GmSGT1蛋白的组分能诱导大量H_2O_2产生,对照组分无,因此,可以确定GmSGT1具有丝氨酸乙醛酸转氨酶活性。 3.分析了GmSGT蛋白与大豆不同品种的抗性相关性。Western杂交结果显示,抗霜霉病品种早丰5号和九农9号中可检测到有目的蛋白的表达,而感病品种黑农10号中无表达。SA诱导前、后半定量RT-PCR结果表明,感病品种黑农10号在SA诱导前未检测到表达,而SA诱导后有微量表达,大豆对霜酶病的抗病性也有大幅度提高。因此,我们推断,GmSGH的表达确实和SA诱导途径相关,并且随着GmSGT1表达水平的提高,大豆对霜霉病的抗病性也明显提高。 4.构建了GmSGT1植物表达载体,进行烟草转化,获得了转基因植株,并对其进行烟草赤星病,黑胫病,青枯病的抗性鉴定,结果表明转基因烟草显著提高了烟草对赤星病,黑胫病,青枯病的抗性。本研究为Taler等提出的植物“酶抗性基因”提供了新的实验证据。 5.利用抗病品种早丰5号探索了GmSGT1基因在大豆中的时空表达特性,该基因在大豆叶片中有表达,而根,茎中无表达,并且随着生育期的增强而表达增强,生殖生长期最强,然后随着细胞的老化而表达减弱,直至消失。这表明GmSGT1的变化趋势与植物光呼吸的变化趋势相符。同时检测了光呼吸途径中在丝氨酸乙醛酸转氨酶上游起作用的乙醇酸氧化酶(GOX)的表达特性,结果表明GOX的表达水平与GmSGT1表达水平的变化具有一致性,说明GmSGT1表达水平提高的同时,它的上游反应也增强,H_2O_2表达也提高。这与我们推测的GmSGT蛋白在植物光呼吸途径中起作用的结论相符。 6.研究确定了大豆遗传转化体系。建立了大豆早丰5号,黑农10号的胚芽尖组培体系,并利用农杆菌LBA4404介导法将构件好的植物表达载体pIM1.1-GmSGT-plus转化早丰5号,RNAi植物表达载体pIM1.1-GmSGT-plusF转化黑农10号,获得了再生植株。同时,对早丰5号的胚芽尖,子叶节,胚轴三种外植体在再生频率,再生时间,K筛选浓度,农杆菌不同侵染时间对重生芽再生频率的影响进行了研究,为早丰5号组培,转化体系的进一步优化提供了实验依据。

英文

With the development of plant disease resistance genes, more and more resistance genes are found in people. In 2004, Taler and other wild melon from India, downy mildew resistant varieties have cloned two serine glyoxylate aminotransferase (serineglyoxylate aminotransferase, SGT) activity Melon downy mildew resistance genes At1 and At2. Taler At1 and At2 is found with serine glyoxylate aminotransferase activity and plant photorespiration pathway, does not belong to any class of known R genes, resistance to the pathogen resistance without special species, and their role in disease resistance associated with H_2O_2 Based on this phenomenon, they proposed a new resistance mechanism "enzyme resistance", this is the first reported expression of the enzyme by changing the plant disease resistance conferred.It is speculated that At1 and At2 may also downy mildew than many other leaf diseases of plants resistant to the effect that the great research value of the resistance genes, and the "resistance enzyme" mechanism of the proposed need for more many genes to support evidence and testing. Pursuant to which the paper is very strong from the soybean photorespiration clone At1 and At2 in the homologous gene GmSGT, its sequence analysis, enzyme active site predicted prokaryotic expression analysis, and transferred to the receptor for disease resistance in plants identification.Now the paper's major findings and innovation are summarized as follows: 1. Using soybean EST sequences, and 5'-Race technology for the first time from downy mildew resistant varieties of soybean clone encoding serine glyoxylate aminotransferase gene sequences GmGGT1 (has received a national invention patent, patent number: ZL2005100887 83.4),Induced by SA from both downy mildew susceptible varieties of soybean, 10 black farmers have been two GmSGT1 cloned the homologous gene GmSGT2, GmSGT3. Sequence analysis revealed that, GmSGT1 and Taler other melon downy mildew resistance genes reported At1, At2 amino acid sequence homology of up to 88.03% and 87.78%the same time, GmSGT1 and Arabidopsis (Arabidopsis thaliana L.), rice (Oryzae sativa L.), Fritillaria (Fritillariaagrestis), Spirodela (Spirodela polyrrhiza) serine glyoxylate aminotransferase homology 83.33% -85.79%.GmSGT1 deduced protein sequence analysis revealed that it has a 5-pyridoxal phosphate binding sites GSQKAL and a strong peroxisome targeting signal SRI, showed that the gene may be in the plant peroxisome photorespiration way to work through. GmSGT2 and GmSGT3 and GmSGT1 nucleotide sequence homology as high as 96.38% and 99.17%, the deduced amino acid sequence homology was 97.03% and 99.25%. By bioinformatics method GmSGT1, GmSGT2, GmSGT3 protein enzyme active sites were analyzed, the results show that the three protein sequences all have serine glyoxylate aminotransferase activity.2. For the first time through the simulation of plant survival in E. coli pathway of light breathing techniques, confirmed the GmSGT1 with serine glyoxylate aminotransferase activity. Photorespiratory pathway reaction occurs: glycolic acid (?) H_2O_2 + glyoxylic acidglyoxylate (?) Gan helium acid. Because E. coli contains glycolic acid oxidase (GOX), so the original strain by adding acid expression, to be completed by the above-mentioned reaction, by detecting changes in the amount H_2O_2 can determine GmSGT1 serine glyoxylate aminotransferase gene function. The results showed that only the expression of GmSGT1 protein component can induce a large number of H_2O_2 production, control components not, therefore, can determine GmSGT1 glyoxylate aminotransferase activity with serine.3. Analysis of the GmSGT protein soybean varieties with resistance to relevance. Western blotting results showed that downy mildew resistant cultivars EARLY 5 and 9 farmers could be detected in 9 purposeful expression, while black farmers on the 10th susceptible and no expression. SA induction before and after the semi-quantitative RT-PCR results showed that the susceptible black farmers on the 10th in SA was not detected before the induction of expression, while SA induced the expression of a trace of soybean on the cream of the resistance enzymes have greatly improved . Therefore, we conclude, GmSGH SA induced the expression of true and relevant way, and with the expression level of GmSGT1 increased soybean downy mildew resistance was also improved significantly.4. Constructed GmSGT1 plant expression vector for tobacco transformation, we obtained the transgenic plants, and gain tobacco brown spot, black shank, bacterial wilt resistance identification, the results showed that the transgenic tobacco significantly increased the tobacco brown spot, black shank, bacterial wilt resistance. Taler, etc. This study proposed plant "enzyme resistance genes," provides a new experimental evidence. 5. Use of resistant varieties as early as 5 to explore the GmSGT1 Feng gene expression in the temporal and spatial characteristics of soybean, the gene expression in soybean leaves in, but the roots, stems and no expression, and increased with the growth period while the expression, most reproductive stage, and then with the decreased expression of cell aging, until the disappearance.This shows that the trend of plant GmSGT1 Photorespiration trend line. Simultaneous detection of the photorespiratory pathway of serine glyoxylate aminotransferase in the upper reaches of the role of glycolate oxidase (GOX) of the expression characteristics, the results show that the expression level of GOX GmSGT1 consistent changes in expression levels, indicating enhanced expression GmSGT1 At the same time, it also increased the upstream response, H_2O_2 expression also increased. We speculate that the GmSGT This plant photorespiratory pathway proteins play a role in the conclusion.6. Study identified the genetic transformation system. HSBC was established as early as 5, soybean, black farmers on the 10th of the embryonic tip tissue culture system, using Agrobacterium tumefaciens LBA4404 mediated plant expression vector will be a good member pIM1.1-GmSGT-plus conversion EARLY 5, RNAi plant expression vector pIM1.1-GmSGT-plusF transformed black farmers on the 10th, won the regeneration. Meanwhile, HSBC on the 5th of the embryo as early as sharp, cotyledonary node, hypocotyl explants of three in the regeneration frequency, regeneration time, K screening concentration, Agrobacterium infection time on the regeneration of different frequencies of shoot regeneration was studied for EARLY 5 tissue culture, transformation system provides an experimental basis for further optimization.

b.交替氧化E（脱UQH2的电子）传给胞质溶胶内的O2,不产生 ATP：c.酚氧化酶（催化分子态O2将酚氧化成醌）

d.抗坏血酸氧化酶（催化于O2将抗坏血酸氧化生成去氢抗坏血酸和H2O） 传给过氧化物酶体内的O2,不产生ATP

e.乙醛酸氧化酶（催化乙醛酸氧化产生H2O2）f.黄素氧化酶（催化O2氧化脂肪酸生成H2O2和乙酰COA）

以下来自互动百科：

末端氧化酶(terminaloxidase）处于生物氧化一系列反应的最末端的氧化酶.除了线粒体内膜上的细胞色素氧化酶和抗氰氧化酶之外,还有存在于细胞质中的酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等.

植物体内的呼吸酶,是催化植物在呼吸过程中,进行氧化还原的一些酶类.植物体内的末端氧化酶是将从基质传递来的电子,直接交给氧并产生H2O或过氧化氢.植物体内的末端氧化酶有抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶等.这个复杂的氧化酶系统,有助于植物对不良外界环境条件的适应.

乙醛酸glyoxylic acid CHOCOOH。为醛酸之一。由乙醇酸在肝脏或叶的乙醇酸氧化酶作用下，或在叶中在乙醇酸氧化酶（依赖NAD+）作用下而产生。在肝脏或肾脏中甘氨酸及甲氨基（代）乙酸，在甘氨酸氧化酶作用下氧化也可产生。另外，瞟呤代谢的中间产物的尿囊酸在尿囊酸酶的作用下分解，产生尿素和乙醛酸。乙醛酸循环的中间产物异柠檬酸在裂解酶的作用下产生琥珀酸和乙醛酸，后者与乙酰CoA合成苹果酸。在微球菌属（Micrococcus）作为乙醛酸代谢的中间产物，与甘氨酸结合，经羟基天门冬氨酸而成草酰乙酸。在假单胞菌属（Pseudomonas）或大肠杆菌中，二分子缩合经酒石酸半醛而转变成甘油。在乙醛酸脱羧酶作用下脱羧则转变成蚁酸，在丝状菌中乙醛酸氧化可产生草酸。