转化酶与转化酶抑制子的研究
摘要： 蔗糖转化酶不可逆地催化蔗糖水解成葡萄糖和果糖，是植物糖代谢的关键酶，在生长发育中具有重要的作用，而转化酶抑制子是转化酶翻译后的一个重要调控因子。本文概述了蔗糖转化酶的分类和功能，转化酶抑制子的理化特性及其生物学功能，以及转化酶抑制子未来研究方向的展望。
关键词：蔗糖；转化酶；转化酶抑制子；生理功能
在高等植物中进行光合作用的“源”组织(主要是成熟叶片)合成的碳水化合物主要是以蔗糖的形式通过韧皮部运送到非光合作用的“库”组织(例如花、果实、种子、根)。到达“库”组织后，蔗糖被降解成己糖或其衍生物，进一步用于各种新陈代谢和生物合成过程。高等植物中存在2种催化蔗糖裂解反应的水解酶：蔗糖合酶(sucrosc systhase，SS，EC．2．4．1．13)和蔗糖转化酶(invertase，INV，EC．3．2．1．26)。当存在尿苷二磷酸（Uridine diphosphate，UDP）时，蔗糖合酶将蔗糖可逆的催化分解成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-glucose，UDPG)[[1]]。而蔗糖转化酶则将蔗糖不可逆的催化水解成葡萄糖和果糖。根据其最适pH、亚细胞定位和溶解度等方面的不同，蔗糖转化酶可进一步细分为细胞壁转化酶(cell wall invertase，CWIN)、液泡转化酶(vacuolar invertase，VIN)和细胞质转化酶(cytoplasmic invertase，CIN)[[2]-[3]]。CIN的最适pH在7．0～7．8，属于中性／碱性蔗糖转化酶。CWIN和VIN分别定位于细胞壁和液泡，二者的最适pH均在4．5～5．0，故统称为酸性蔗糖转化酶，VIN也被称为可溶性酸性转化酶(soluble acid invertase，SAI)[[4]]。酸性转化酶能够裂解二糖中的beta;-果糖苷键，即能水解含有beta;-呋喃果糖糖苷结构的其他低聚糖，比如棉子糖（raffinose）和水苏糖（Stachyose）[[5]]，因此也可以称为beta;-呋喃果糖苷酶(简称为beta;-果糖苷酶)[[6]]。
转化酶水解蔗糖所释放的己糖不仅作为核心代谢物和营养来源，也是发育转化和对环境因子应答中影响基因表达的关键信号分子，因而对植物的生长发育和胁迫应答有着重要的影响。由于转化酶的作用受限于特定的阶段，为确保植物正常的生长发育，它在植物中的活性必须受到严格的调控。转化酶基因的表达受转录和翻译水平的双重调控。转化酶抑制子是转化酶翻译后的一个重要调控因子，目前发现的转化酶抑制子仅仅特异性抑制酸性转化酶，故又称为beta;-果糖苷酶抑制子（Cell-wall / Vacuolar inhibitor of beta;-Fructosidase，C/VIF）[[7]]。
1.转化酶抑制子的理化特性
在马铃薯块茎中首先发现C/VIF的存在，但是当时并没有获得蛋白质序列[[8]]。它由多基因编码，蛋白质序列保守性较差[[9]]，在不同物种间变异较大。分子量介于17～23kD之间，是一类非糖基化同源蛋白，具热稳定性。纯化的烟草胞壁转化酶抑制子晶体的熔化温度为70℃，加热至95℃几分钟内，仍保持原有的折叠状态，且仍具有对转化酶的抑制作用，只是它们对转化酶的抑制作用受蔗糖(转化酶作用底物)、二价金属离子的保护，作用强度因所在区室的pH大小而异[[10]]。该类蛋白都包含4个保守的Cys（半胱氨酸）和相对保守的Thr（苏氨酸）位点。N端具有4个不对称的alpha;螺旋结构和4个保守的Cys位点，它们在稳定C/VIF蛋白构型和功能中起作用。4个alpha;螺旋在维持C/VIF蛋白结构的完整性中起重要作用，同时也是与酸性转化酶结合的重要区域。4个保守的Cys位点，能形成2个分子内二硫键。烟草转化酶抑制子在高温和低pH值下能保持稳定，是由于Cys间形成分子内结构稳定二硫桥的缘故。C/VIF是转化酶翻译后的一个重要调控因子，通过与转化酶结合形成复合物来抑制转化酶活性[[11]]。蔗糖浓度、pH值和SnPK磷酸化等是影响C/VIF与转化酶结合的重要调控因子[[12]]。
2. 转化酶抑制子的生理功能
2.1抑制低温糖化
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