植物种子贮藏蛋白质及其细胞内转运分析

赵子渊

摘要：植物种子中存在着对自身生长发育，人类营养、药学起重要作用的蛋白质，本文将围绕植物种子贮藏蛋白质的研究历程、植物种子贮藏蛋白质的表达与调控、植物种子贮藏蛋白质在细胞内的转运等三个方面进行论述。

关键词：植物种子；贮藏蛋白质；表达与调控；细胞内转运

引言

植物种子内贮藏的蛋白质在种子发育的后期会进行大量的合成和积累，为种子萌发过程提供所需要的碳、氮和硫等必要的营养元素。此外，豆类、谷类等也为动物和人类提供了丰富的氮源营养，并且某些种子贮藏的大量蛋白质具有一定的药学功能。目前，各国研究者们都关注于种子贮藏蛋白质的研究，也取得了诸多进展。这些研究有的关注于种子贮藏蛋白质表达中的调控机制，有的研究植物种子贮藏蛋白质的应用，如植物分类、植物进化，等等。植物种子中蛋白质的某些特性，能够使得细胞分裂在受精几天后即可完成，随后的细胞分化并没有分裂；第二，种子发育过程中的代谢活动主要是合成蛋白质、糖类、脂类等化合物，因此，研究种子贮藏蛋白质可以让人们更加深入地了解掌握种子的发育规律；同时，研究种子贮藏的蛋白质不仅有助于改善人们的营养，还有助于研究开发新的植物药物。

1、植物种子贮藏蛋白质的研究历程

植物种子贮藏的丰富蛋白质主要在种子发育后期进行合成积累，具有一定的经济价值和重要的生理学功能。很早以前，就已经有研究者开始关注并且进行了大量的相关研究，其对贮藏蛋白质的结构特征和分类进行了大量的系统分析与试验，对其有着较为完整而系统的分类。根据溶解性不同，我们可以将种子贮藏蛋白质分为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白等类别。其中，清蛋白一般可以在水中溶解；球蛋白则易溶于稀盐溶液，是植物种子最主要的贮藏蛋白质；球蛋白是双子叶植物种子中含量多的蛋白质；谷蛋白是一种高分子量化合物，通常溶解于稀酸或者稀碱溶液；而醇溶蛋白则溶解于乙醇和水的混合物之中。植物种子贮藏蛋白质主要用于贮藏氮源，为种子萌发过程提供所需要的碳、氮和硫等营养元素，并且如豆类、谷类等植物的种子也会为动物和人类提供了丰富的氮源营养。随着科学技术的发展，部分与生物相关研究的新技术也层出不穷，同时，研究生物化学和分子生物学的技术手段不断改进，已能够较为深入掌握贮藏蛋白质的转录，表达调控以及细胞内转运的规律。

2、植物种子贮藏蛋白质的表达与调控

植物种子贮藏蛋白质的表达指的是不同植物表达的蛋白质是不同的，同一种植物在不同的生长时期，所表达的蛋白质也是不相同的。植物种子贮藏蛋白质的差异，以及为什么能够表达出这些差异，一直是学者们所关注的问题。近年来，国内外生物领域对当前种子贮藏蛋白质的调控机制和蛋白质组学的研究取得了很多进展，笔者通过查阅资料，从一些研究者的研究中找到了答案：种子贮藏蛋白质的表达是受到精确的调控的，这种调控可能来源于DNA的转录、RNA的翻译，也或者是蛋白质的转录后期加工修饰。研究表明，通过调控植物种子贮藏蛋白质的表达，可以提高需要的蛋白质在植物种子中的含量，提高经济效益，同时也提高了植物种子包含的营养学价值。为了研究植物种子贮藏蛋白质的表达与调控，我们首先需要了解其编码基因，编码植物种子贮藏蛋白质的基因大多数是多基因家族，多基因家族，顾名思义就是由多个基因串联在一起，同时进行转录与翻译表达。一个基因的突变可能会引起其它基因的变化，而不同的基因之间存在着相互作用，调控基因和表达的基因之间也会存在一定的作用，并且调控基因可以去调节基因表达；在贮藏蛋白质基因之间，同样存在着相互作用，一种贮藏蛋白质基因表达，可能会促进或者抑制其它贮藏蛋白质基因的表达，换句话说就是，一种贮藏蛋白质的含量上升，可能使得其它贮藏蛋白质的含量上升或者下降。

3、植物种子贮藏蛋白质在细胞内的转运

贮藏蛋白质刚刚合成时被称为前体，位于粗面内质网上，然后会根据自身的特性，通过多种途径运输到蛋白质体中，或者运输到蛋白质贮藏型的液泡中。醇溶蛋白直接在粗面内质网上形成前体，该前体聚合，形成凝聚体，然后出芽，形成蛋白体；球蛋白、白蛋白和谷蛋白由依赖受体的运输或者依赖聚集体的运输方式，运送到贮藏蛋白质的蛋白质贮藏型液泡中。这部分的研究内容主要包含贮藏蛋白质在细胞内的转运有贮藏蛋白质分选信号，到目前为止，国内外已经发现了三种液泡分选信号，即分别为序列特异性、c末端和物理结构型分选信号。其中，针对前两种研究较多，并对其规律掌握也较为深入，简单来说这两种分选信号是一种跨膜受体，能够参与到液泡分选贮藏蛋白质的过程中，并包含一些水解酶和贮藏蛋白质，为植物的遗传奠定基础作用。

结语

综上所述，研究植物种子贮藏蛋白质有利于了解其表达调控机制、细胞内运输机制，进而对其合理调控，为人类所用，创造出更多的经济价值和营养价值。

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