阿拉伯芥三號澱粉合成酶澱粉吸附區之功能性及結構分析

Functional and Structural Characterization of Starch Binding Domain in Arabidopsis thaliana Starch Synthase III

趙洛芸(Chao, Lo Yun)

指導教授 ： 張大慈

國立清華大學/生命科學院/分子與細胞生物研究所/碩士(2015年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2015.00446

摘要

澱粉是植物體中主要的能量儲存形式，澱粉合成過程包含三個酵素：腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、澱粉合成酶(SS)及澱粉分支酶(SBE)，醣類結合模組(CBMs)為能辨認及與醣類專一性結合的蛋白質片段，主要存在於澱粉相關酵素；阿拉伯芥三號澱粉合成酶(AtSSIII)是澱粉合成過程所需的一種酵素，在暫時性澱粉合成中扮演很重要的角色。AtSSIII結構上在N端有一段可能的導引胜肽序列，序列後接著三個澱粉吸附區(SBD)，C端則為催化區(catalytic domain)，阿拉伯芥的澱粉吸附區是第一個在合成酵素中發現的澱粉吸附區，在CAZy資料庫中被分在醣類結合模組中第53個家族，目前研究發現阿拉伯芥三號澱粉合成酶中的三個澱粉吸附區會以串聯形式存在，且其中第二個區域(D2)對其與澱粉的親和性影響最大

因醣類結合模組第53個家族的特性目前了解有限，其結構也尚未被解出，因此本研究希望表現重組蛋白AtSSIIID2後進行功能及結構上的進一步探討。在成功利用大腸桿菌(E. coli)之表現系統表現重組蛋白AtSSIIID2後，利用鎳離子親合層析法(Ni2+-affinity chromatography)純化出此重組蛋白，純化得的蛋白首先利用超高速離心法和液相層析質譜儀分析，發現AtSSIIID2在自然情況下多以單體形式存在，除此之外，實驗發現AtSSIIID2對澱粉的結合親和力在不同pH值的環境中會有所不同，在pH 5的環境中對澱粉親和力最高，而AtSSIIID2與澱粉結合達飽和需七小時以上；另外，利用恆溫滴定熱量計(ITC)測量AtSSIIID2與不同可溶性醣類的結合力，發現AtSSIIID2與短鏈醣的結合力高於長鏈醣，這些實驗結果讓我們對SBD在澱粉合成過程中扮演的角色有更深入了解。

由於醣類結合模組第53個家族的結構仍未知，因此試圖解結構外我們也用軟體進行序列分析及結構預測。序列分析比對後發現AtSSIIID2 和醣類結合模組中其他家族的SBD胺基酸序列相似度極低，但與醣類結合模組中第53個家族的其他成員胺基酸序列相似度很高；結構部分利用Phyre2、SWISS-MODEL及(PS)2三個網路平台作結構預測，其中Phyre2和SWISS-MODEL預測出的結構含8個β-strands，和目前已解出的其他SBD結構組成相同；圓偏光二色光譜(Circular dichroism)分析結果更證明AtSSIIID2結構中含β-strands；AtSSIIID2是第一個在合成酵素發現的SBD，對AtSSIIID2結構的了解或許對其調控有幫助。

關鍵字

阿拉伯芥 ； 澱粉合成酶 ； 澱粉吸附區 ； 合成酵素

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無資料

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Arabidopsis thaliana ； starch synthase ； starch binding domain ； synthase

參考文獻

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