乙酰胆碱基因工程与生命工程

时间:2018-02-11 生命毕业论文 我要投稿

  神经细胞的乙酰胆碱能系统是在神经系统中由非神经细胞的胆碱能系统特化而成的适应了成为神经递质作用的神经细胞的胆碱能系统,下面是小编搜集整理的一篇探究乙酰胆碱基因工程的论文范文,欢迎阅读查看。

  【摘 要】乙酰胆碱酯酶(AChE)是一种催化乙酰胆碱分解的水解酶。它与有机磷农药有特异反应。利用AChE基因工程技术进行有机磷农药的快速检测、人类疾病防治、生态环境保护和昆虫的抗药性等方面的研究具有非常重要的意义。本文综述了当前国内外有关AChE的基因克隆技术与表达系统的研究进展,并对AChE转基因技术的现状和问题进行了分析讨论。展望了AChE基因工程技术在农药快速检测、环境保护、人类疾病防治等领域中的应用前景。

  【关键词】乙酰胆碱酯酶;基因克隆;转基因;有机磷农药

  1 乙酰胆碱及其受体简述

  乙酰胆碱(acetylcho line, ACh)是一种经典的兴奋性神经递质, 包括外周神经如运动神经、自主神经系统的节前纤维和副交感神经节后纤维均合成和释放这种神经递质。ACh 由胆碱(choline)和乙酰辅酶A 合成, 由胆碱乙酰化酶(choline acety lase, ChAT)催化,随后进入囊泡贮存。当动作电位沿神经到达神经末梢时, 触发神经末梢Ca2+通道开放,囊泡与突触前膜融合、破裂, ACh 释放入突触间隙或接头间隙, 作用于突触后膜或效应细胞膜的乙酰胆碱受体(acet ylcholine recepto rs,AChRs)引起生理效应。其中位于副交感神经节后纤维所支配的效应器细胞膜的胆碱受体对以毒蕈碱为代表的拟胆碱药较为敏感, 故称为毒蕈碱型胆碱受体(muscar inic acet ylcho line receptor s, mAChRs); 位于神经节细胞膜和骨骼肌细胞膜的胆碱受体对烟碱比较敏感, 故称为烟碱型胆碱受体(nicot inic acety lcholine r ecepto rs,nAChRs)。mAChRs 属于G 蛋白偶联受体家族, nAChRs 是配体门控的离子通道蛋白[1], 属于具有共同起源的半胱氨酸环受体家族, 在中枢神经系统、周围神经系统和肌肉组织广泛表达。

  乙酰胆碱不仅存在在人体内,它也储存在许多植物当中,药用价值非常高。

  2 生物碱类乙酰胆碱酯酶抑制剂

  2.1 石杉碱甲

  石杉碱与其它目前开发用于治疗AD的药物相比,石杉碱甲对脑内乙酰胆碱酯酶具有极高的选择性、抑制性和可逆性抑制,提高脑内ACh水平作用持续达6 h,优于加兰他敏、多奈哌齐和他克林甲是从石杉属植物、千层塔(蛇足石杉, Huperzia serrata)中分离得到的一种新型生物碱有效单体。

  2.2 加兰他敏

  加兰他敏(Ga lan tham ine,)是从石蒜科植物中分离得到的一种生物碱,主要来源于黄花石蒜(Lycoris au rea)、石蒜(L. radiata)及白水仙(N arcissus papyraceus)鳞茎、夏雪片莲(Leucojumaestivum)、雪片莲(L. vernum)、沃氏雪花莲(Ga2lanthus woronaw ii)的叶、球茎、克氏雪花莲(G.k rasnovii)、雪花莲(G. n ivalis)的全草、斯特伦伯石蒜(S tern- bergia sicula)球茎和波斯石蒜(Ungerniaspiralis)叶等。

  2.3 其他生物碱

  小檗碱(Berberine)、巴马亭(Palmatine)和去氢吴茱萸碱(Dehy droevodiamine)能改善东莨菪碱所致大鼠学习记忆障碍。石蒜科文殊兰属植物C. jagus和C. glaucum 在尼日利亚作为治疗老年性痴呆的传统用药,从中分离得到的网球花碱(Haemanthamine)、Hamayne、Crinamine和石蒜碱(Lycorine)能提高脑内乙酰碱胆碱含量 。党参总碱有改善东莨菪碱所致学习记忆障碍和促进胆碱乙酰基转移酶生成乙酰胆碱的作用。

  但是,由于当前AChE的研究重点主要集中在生化毒理学、神经生物学和药理学方面,确切地说,主要集中在昆虫抗药性、人类疾病防治等研究领域,而在环境保护方面却很少涉及,目前有关AChE在环境保护领域中的研究主要集中在农药残留检测传感器的研制上,但是效果不是很理想,因为传感器的精确度、灵敏度的高低取决于选用的乙酰胆碱酯酶酶源对农药的敏感性。因此,如果要想AChE在环保方面发挥更大的作用,就必须深入开展AChE的基因克隆技术及转基因技术的研究,运用这些技术来获得足够的高灵敏度优质酶源。当前有关AChE的基因克隆技术及其转基因技术应用于环境保护的报导甚少,为了引起人们对AchE的广泛关注,使其在农药残留监测、生态环境保护领域中发挥更大的作用。

  3 AChE基因结构和克隆技术

  AChE基因结构:

  从目前已克隆的AChE基因来看,绝大部分生物的AChE均由单个Ace基编码。但也有特殊的情况出现如线虫饧m砷撇蚴基因组中发现了四种Ace(Ace―1,Ace―2,Ace―3,Ace―4)基因。在棉蚜桃蚜、冈比亚按蚊和三带喙库蚊等四种昆虫中也发现2种Ace(Ace―1,Ace―2)基因,它们编码的AChE对抑制剂的敏感性不同,对底物的催化性质也存在着差别。但是,这些基因的存在并没有影响拥有多个Ace基因编码的生物生长和繁殖[3]。此外,在不同生物种类间,因Ace的碱基长度、内含子、外显子的数目不同而Ace结构也不同。

  AChE的催化亚基是由单个基因编码的,亚基类型有AChE(S)、AChE(H)和AChE(T)三种,每个催化亚基可由单聚体(G1)、二聚体(c2)和四聚体(G4)组成。这些催化亚基的类型是由编码AChE羧基端的C―末端肽决定。因C―末端肽的不稳定性。从而影响催化亚基复制结果,造成了基因产物的多型性。

  4 结束语

  神经细胞的乙酰胆碱能系统是在神经系统中由非神经细胞的胆碱能系统特化而成的适应了成为神经递质作用的神经细胞的胆碱能系统。在生态环境保护方面。AChE正同样扮演重要的角色。当前防治农作物害虫的方法多是依赖化学药物,虽然可以杀死目标害虫,但同时也引起害虫产生抗药性或导致有益生物死亡。对细胞和组织的稳态有着重要作用。当然, 对于确认非神经细胞的胆碱能系统中各种细节的研究仍有待于深入, 它的生物学和病理学的作用才能得到更清晰地阐明, 并有可能成为新的治疗靶标。

  【参考文献

  [1]金其煌.乙酰胆碱酯酶在细胞凋亡的作用及c―418诱导细胞凋亡的分子机制[D].上海:中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所,2004:13.

  [2]张玲敏.吴明玮.白纹伊蚊乙酰胆碱酯酶基因片段克隆及序列分析[J].中国寄生虫病防治杂志,2003,16(1):47-51.

  [3]杨之帆,何光存.褐飞虱乙酰胆碱酯酶基因全长cDNA的克隆和序列分析[J].昆虫学报,2006,49(1):1034-1041

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