苯丙氨酸解氨酶的研究进展

Ｎｏ．７．２００６

ｔｒｅｈａｌｏｓｅ－６－ｐｈｏｓｐｈｏｎｔｅｓｓｙｎｔｈａｓｅ（ＴＰＳ１）ｇｅｎｅｆｒｏｍＳａｃ－ｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ［Ｊ］．ＭｏｌＣｅｌｌｓ，２０００，１０（３）：２６３－２６８［１６］ＡｊａｙＫ．Ｇａｒｇ，ＪｕｋｏｎＫｉｍ，ＴｈｏｍａｓＧ，ｅｔａｌ．Ｔｒｅｈａｌｏｓｅａｃ－

ｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｒｉｃｅｐｌａｎｔｓｃｏｎｆｅｒｓｈｉｇｈｔｏｌｅｒａｎｃｅｌｅｖｅｌｓｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｂｉｏｔｉｃｓｔｒｅｓｓｅｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃＮａｌｌＡｃａｄＳｃｉ，２００２，９９（２５）：１５８９８－１５９０３

［１７］张树珍，郑学勤．基因枪介导甘蔗遗传转化研究初报［Ｊ］．

热带作物学报，２００１，２２（１）：３５－４１

［１８］王自章，张树珍，杨本鹏，等．甘蔗根癌农杆菌介导转化海

藻糖合酶基因获得抗渗透胁迫能力增强植株［Ｊ］．中国农业科学，２００３，３６（２）：１４０－１４６

［１９］赵恢武，陈杨坚，胡莺雷，等．干早诱导性启动子驱动的海

藻糖－６－磷酸合酶基因载体的构建及转基因烟草的耐早性［Ｊ］．植物学报，２０００，４２（６）：６１６－６１９

苯丙氨酸解氨酶（Ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅａｍｍｏｎｉａ－ｌｙａｓｅ，ＰＡＬ，ＥＣ．４．３．１．５）广泛存在于各种植物和少数微生物中，催化Ｌ－苯丙氨酸（Ｌ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ，Ｌ－Ｐｈｅ）脱氨生成肉桂酸和氨，是植物体内次生代谢的关键酶和限

速酶。在植物形成次生物质如木质素、植保素等中起重要作用，对植物生长发育、抵御病虫害、防紫外辐射及构成植物支撑系统等方面具有重要意义。

自Ｋｏｕｋｏｌ首次从绿色植物中发现并分离纯化出

苯丙氨酸解氨酶的研究进展

贺立红１，２，张进标３＊，宾金华３

（１．仲恺农业技术学院生命科学学院，广州５１０２２５；２．华南农业大学园艺学院，广州

５１０６４２；３．华南师范大学生命科学学院，广州５１０６３１）

摘要：对苯丙氨酸解氨酶的分布、基本特性、分子结构、各种因子对其活性的影响和生理功能方面作了简要的概述，旨在为该酶的进一步研究提供参考。关键词：苯丙氨酸解氨酶；分子结构；生理作用中图分类号：ＴＳ２０１

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００５－９９８９（２００６）０７－００３１－０４

Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅａｍｍｏｎｉａ－ｌｙａｓｅ

ＨＥＬｉ－ｈｏｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧＪｉｎ－ｂｉａｏ３＊，ＢＩＮＪｉｎ－ｈｕａ３

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＺｈｏｎｇｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２２５；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４２；

３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６３１）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｓ，ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｖａｒｉｅｔｙｏｆｆａｃｔｏｒｏｎｉｔｓａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＰＡＬｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｉｔｓａｄｖａｎｃｅｄｒｅｓｅａｒｃｈ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅａｍｍｏｎｉａ－ｌｙａｓｅ；ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ

收稿日期：２００６－０４－２８

＊通讯作者

基金项目：仲恺农业技术学院科研基金项目（Ｇ３０５１３１４）；广东省自然科学基金资助（３１５３１，３２０４０４）。作者简介：贺立红（１９７０－），女，河北衡水人，博士研究生，讲师，研究方向为果品采后生理及分子生物学。

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Ｎｏ．７．２００６

ＰＡＬ后，对ＰＡＬ的研究迅速展开，成为苯丙烷类代谢途径中研究最多的酶。目前发现，该酶还可以逆向催化肉桂酸加氨生成Ｌ－Ｐｈｅ，并被开发应用于商业生产Ｌ－Ｐｈｅ，是当前生物化工领域研究与开发的热点。本文就ＰＡＬ的基本性质及研究进展作简要介绍。１ＰＡＬ的分布

ＰＡＬ存在于所有绿色植物中，已从水稻、小麦、玉米等多种植物中得到分离纯化。真菌和藻类细胞中也有存在。Ｔｏｗｅｒｓ和Ｃｚｉｃｈｉ分别在真菌和某些藻类（如Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａｍａｒｉｎａ）提取过ＰＡＬ［１］。研究证明细菌也存在ＰＡＬ，如在Ｅ．ｃｏｌｉ中就发现有ＰＡＬ蛋白［２］。对于动物体内是否存在ＰＡＬ，目前尚无定论。Ｅｍｅｓ等在研究一种原核生物ＳｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓＶｅｒｔｉｃｉｌｌａｔｕｓ发现其含有ＰＡＬ［１］。在其它动物体内还未发现有ＰＡＬ的报道。

植物体内的ＰＡＬ主要分布在表皮下的细胞和微管组织细胞中。组织印迹显示ＰＡＬｍＲＮＡ常出现在表皮和微管束附近的组织细胞中［２］。在亚细胞水平上，ＰＡＬ主要分布于细胞质和线粒体、叶绿体与乙醛酸体等细胞器。应用电镜技术对细胞亚显微结构进行研究显示，ＰＡＬ分散在细胞的基质，存在于高尔基体囊泡和次生壁加厚层中，其中细胞间质部分ＰＡＬ活性最高。２ＰＡＬ的基本特性２．１ＰＡＬ的基本性质

ＰＡＬ是一种寡聚酶。芥菜ＰＡＬ分子量为２４０ｋＤａ，亚基分子量为５５￣６０ｋＤａ，推测芥菜ＰＡＬ由４个亚基组成。欧芹ＰＡＬ分子量为３３０ｋＤａ，利用免疫沉淀法测得其亚基的分子量为８３ｋＤａ、６５ｋＤａ、５６ｋＤａ和４２ｋＤａ。推断欧芹ＰＡＬ也是由４个亚基组成［３］。玉米幼苗、马铃薯块茎的ＰＡＬ也是由４个相同的亚基组成。现普遍认为ＰＡＬ由４个亚基构成。

ＰＡＬ亚基间的结合是非常牢固的，要把ＰＡＬ的亚基分离开来需要高浓度的尿素、氯化胍或ＳＤＳ－巯基乙醇。一旦ＰＡＬ的高级结构遭受破坏，如亚基分离开来后要进行复性则是非常困难的。目前还未见有关ＰＡＬ复性的报道。因此，生物体内的ＰＡＬ是比较稳定的。如Ｒｈｉｚｏｃｔｏｎｉａｓｏｌａｎｉ的ＰＡＬ在６０℃下放置１ｈ后仍能保持其原有的活性［１］，表明ＰＡＬ具有耐热性。

不同的植物，其ＰＡＬ的氨基酸组成不同，最适ｐＨ也不同，介于８．０￣９．５之间。水稻ＰＡＬ酸性氨基酸比小麦、玉米、马铃薯ＰＡＬ中的少，而中性氨基酸则比这三种植物多。水稻ＰＡＬ的最适ｐＨ为９．２，比小麦最适ｐＨ８．８偏碱性。甘薯为８．５￣９．５、菜豆为８．８￣９．２、红酵

母与无壳葫芦籽皆为８．５。２．２ＰＡＬ的酶学性质

ＰＡＬ催化Ｌ－Ｐｈｅ解氨生成反式肉桂酸，进入苯丙烷代谢途径，生成香豆酸、阿魏酸、芥子酸等中间产物进一步转化为香豆素、绿原酸，也可以形成ＣｏＡ酯，进一步转化为类黄酮、木质素等次生代谢产物。当过量的氨存在且ｐＨ１０时，ＰＡＬ能催化肉桂酸氨化生成Ｌ－Ｐｈｅ。

玉米ＰＡＬ具有酪氨酸解氨酶（Ｔｙｒｏｓｉｎｅａｍｍｏｎｉａ－ｌｙａｓｅ，ＴＡＬ）活性，能催化酪氨酸解氨生成对香豆酸。但ＴＡＬ的活性很低。推测ＰＡＬ具有ＰＡＬ和ＴＡＬ两种酶形式，但不同的植物两种酶形式的比（ＰＡＬ／ＴＡＬ）不同。由于ＰＡＬ和ＴＡＬ最适ｐＨ不同，因此不同的文献会出现不同的ＰＡＬ／ＴＡＬ。

除个别生物如粘红酵母的Ｌ－ＰＡＬ在底物为ＮＨ４＋时的酶促反应符合经典的米氏方程外，大多数生物的ＰＡＬ动力学曲线并不遵循米氏方程，一方面由于有多种底物如酪氨酸和苯丙氨酸会竞争ＰＡＬ的活性位点［１］；另一方面由于ＰＡＬ具有别构酶的特征，与一些配体结合时亚基之间表现出协同效应。这有利于植物一旦在受到伤害或其它外来因素的影响时能迅速做出应答以适应环境变化。豆（ＰｈａｓｅｏｌｕｓｖｕｌｇａｒｉｓＬ．）ＰＡＬ的４种同工酶中，各自作用时都显示出正常的米氏酶促动力学曲线，但同时存在时就呈现协同效应，效应强弱与底物有关［４］。

各种来源的ＰＡＬＫｍ不同，为１０－４～１０－２ｍｍｏｌ／Ｌ之间。水稻ＰＡＬ的Ｋｍ为５．９４×１０－４ｍｍｏｌ／Ｌ。红酵母为３．８７×１０－４ｍｍｏｌ／Ｌ。芥菜叶为３．８×１０－２ｍｍｏｌ／Ｌ。小麦的Ｋｍ有２个，分别为０．６２５×１０－４ｍｍｏｌ／Ｌ和３．１×１０－４ｍｍｏｌ／Ｌ。豆ＰＡＬ的４种同工酶的Ｋｍ分别为０．０７７ｍｍｏｌ／Ｌ、０．１２２ｍｍｏｌ／Ｌ、０．２５６ｍｍｏｌ／Ｌ、０．３０２ｍｍｏｌ／Ｌ。３ＰＡＬ的分子结构３．１ＰＡＬ的分子量

不同来源的ＰＡＬ分子量不同，同种生物ＰＡＬ采用不同的方法测得的分子量也有所不同。大体上介于２２０～３３０ｋＤａ。３．２ＰＡＬ基因

ＰＡＬ是多基因家族。在一组染色体中含有一到多个ＰＡＬ基因，随植物不同而异。烟草ＰＡＬ由２～４个独立基因编码。欧芹（Ｐｅｔｒｏｓｅｌｉｎｕｍｃｒｉｓｐｕｍ）ＰＡＬ至少由４个基因编码［３］。例外的是火炬松ＰＡＬ仅有一个ＰＡＬ基因［５］。

对豆（ＰｈａｓｅｏｌｕｓｖｕｌｇａｒｉｓＬ．）ＰＡＬ的ＤＮＡ进行Ｓｏｕｔｈｅｒｎ印迹杂交发现，其含有３个不同的ＰＡＬ基因，其中２个