水体磷代谢转化中磷酸激酶基因研究进展

·270·价值工程水体磷代谢转化中磷酸激酶基因研究进展ResearchProgressonPhosphokinaseGenesinPhosphorusMetabolisminWater丁一DINGYi（西安科技大学，西安710054）（Xi'anUniversityofScienceandTechnology，Xi'an710054，China）摘要院水体富营养化，藻类爆发是我国湖库亟待解决的主要水质问题之一，作为藻类生长的主要营养盐和制约因素，磷是水体富营养化的限制性诱因。在磷的代谢转化过程中，多聚磷酸盐（Poly-P）可将众多无机磷酸盐单体聚合。磷酸激酶（PPK）与Poly-P代谢密切相关。因此，对磷酸激酶基因PPK进行研究十分必要。Abstract:EutrophicationisoneofthemainwaterqualityproblemsforlakesandreservoirsinChina.Asthemainnutrientsofalgae,theinputofphosphorusisthemaininducementofeutrophication.Polyphosphate(Poly-P)canpolymerizemanyinorganicphosphatemonomersintheprocessofphosphorusmetabolism.Therefore,itisverynecessarytostudythePPKgenewhichiscloselyrelatedtoPoly-Pmetabolism.关键词院磷酸激酶基因；缺失；克隆；除磷；环境因素Keywords:phosphokinasegene；missing；cloning；phosphorusremoval；environmentalfactors中图分类号院X703文献标识码院A文章编号院1006-4311（2020）02-0270-020引言水体富营养化，藻类爆发是我国湖库亟待解决的主要水质问题之一。2011年，26个国控重点湖泊（水库）中，富营养状态占53.8%。富营养化趋势逐年增长，作为藻类生长的主要营养盐和制约因素，磷既是主要污染指标，也是水体富营养化的限制性诱因。水体中磷含量增加，藻类将大量繁殖，影响湖库生态平衡、威胁人体健康和社会稳定。控制水中磷含量是抑制藻类生长，阻止富营养化发生的重要手段。微生物可通过其种群结构变化和功能代谢活动改变磷的循环转化，影响上覆水体水质。此外，上覆水中的磷素要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院丁一（1994-），男，河南驻马店人，毕业于西安科技大学，研究方向为水污染处理。表3哔哩哔哩商业模式画布关键业务客户关系提供ACG（动画、价值主张建立了活跃的漫画、游戏）相关重要合作打造一个服务用户活动社区客户细分内容于对二次元感庞大的up年轻的泛二兴趣的年轻用主们次元用户核心资源渠道通路构建的二次元生户的娱乐平台在线视频网站态圈和手机APP成本结构收入分成48%宽带成本24%收入来源游戏83%直播7%又可凭借自然沉降、季节性返混等方式传输至沉积物，为微生物提供营养，改变其种类、数量和代谢。所以，微生物既是磷迁移转化的执行者，也是湖库营养元素的储存库和反馈者。系统研究微生对磷循环转化过程的作用与影响，对于掌握内源磷释放规律，抑制磷释放提供理论指导和科学依据。聚磷酸盐自从前生物时代起就已被发现存在于自然界的生物中，如古细菌、细菌、原生菌、真菌、植物和动物。多聚磷酸盐在微生物中可占细胞干重的10%，在三磷酸腺苷（ATP）发现之前，被认为是能量的分配者。线状或环状多聚物多聚磷酸盐是由激酶催化的高能供体上的磷酸盐残基向Poly-P链上转化反应而形成，将多个无机磷酸盐单体通过高能磷酸键聚合。PPK与Poly-P代谢密切相关，哩哔哩也有其劣势，它针对二次元用户，可能相对市场较小，未来B站可以通过提供更为综合的服务获取更多的客户与收入。哔哩哔哩作为在线视频网站行业较为典型的公司，其商业模式具有自己的特色和成功之处，现阶段中国在线视频网站行业竞争激烈，大部分企业还处于亏损状态，哔哩哔哩相对而言已经有了较好的盈利前景，分析哔哩哔哩的商业模式，总结其优势与劣势，对于为在线视频行业提供对策建议，促进行业发展具有重要意义。参考文献院[1]井一涵，张波.基于商业模式画布的乐视网商业模式分析2研究结论[J].商业会计，2017（24）：29-33.通过上述分析可以发现，哔哩哔哩建立一个泛二次元[2]肖智星.基于商业画布模型的ofo小黄车商业模式研究[J].年轻用户的生态圈，通过PUGC等方式提供了包括动画、现代商业，2018（17）：82-84.漫画、游戏等内容，并通过搭建服务于广大up主们的平[3]郝智伟.从哔哩哔哩上市看“90后经济”[J].上海信息化，台，利用平台获取流量，主要通过游戏或直播获得分成收2018（05）：41-44.入。哔哩哔哩与优酷、爱奇艺等主流视频网站不同，首先它[4]朱萌.哔哩哔哩弹幕网站的商业模式分析[J].发展改革理论聚集了一批同质化、粘性高的二次元年轻用户，其次是它与实践，2018（05）：28-31，39.的盈利方式不同，哔哩哔哩主要靠游戏或者直播获得分[5]董梁俊曦.浅析互联网企业赴美IPO的动机及潜在风险———2018（20）：176，179.成，而主流视频网站主要靠广告和会员获得收入。但是哔以哔哩哔哩为例[J].时代金融，ValueEngineering通过催化ATP末端磷酸基团可逆地转移到长链Poly-P上，形成长度一千甚至更长的正磷酸盐线状或环状多聚物。PPK是生物累积利用环境中磷酸盐生成多聚磷酸盐的催化剂。许多自然微生物本身即具有聚集磷的能力，但作用效果有限。大量文献表明，PPK基因过度表达的微生物能过量的吸收环境中的磷酸盐，环境中的磷就会降低或去除。工程菌除磷能力较野生型大大提高，细胞也能更广泛的聚磷。因此，探明细菌磷酸盐转化、代谢生化机制和遗传特征，有助于提高聚磷菌从水中去除磷酸盐能力。1多聚磷酸盐分类在PPK家族中包含多种子族，PPK1在细菌中非常保守，最初由大肠杆菌分离出来，催化Poly-P的可逆反应。但是有时，在好养异养硝化菌中，ATP末端的磷合成PPK1[1]往往只催化PPK2Poly-P的合成而不进行Poly-P的分解。[2]分为三个子族，I级和II级PPK2分别催化二磷酸核苷和一磷酸核苷磷酸化。III级PPK2可以从AMP和聚磷酸盐中合成ATPPoly-P作为底物，而ATPPPK1。PPK2严格使用聚磷时可以使用ATP为底物。在利用GTP或者不是作为核苷二磷酸的供体时，PPK2更倾向于GDP而转化为PPK3ADP。[3]是一种使用无机多聚磷酸盐作为供体将CDPCTP的酶。在分子量，肽序列相似性，物理性质，丝状结构方面类似于肌动蛋白家族。在PPK3突变体中，由于观察到蛋白质降解和膜检索是不耦合的，推测PPK3突变体的溶酶体扩大是由于成熟溶酶体的膜检索缺陷所致。这些都显示了PPK3在发育和生理功能中具有重要作用。存在于VCT复合体中的PPK4参与Poly-P的跨膜运输[4]，如何利用PPK4提高Poly-P的跨膜运输速率也可以作为一个研究方向。如何整体提高除磷效果，既要考虑微生物的生长活性，也要考虑起主要作用酶的表达以及磷进出细胞的过程控制，综合考量，以达到更好的效果。由上述PPK家族成员，我们可以看出，PPK1是Poly-P合成的关键基因，其表达量的高低直接影响聚磷菌聚磷能力的强弱。如何整体提高除磷效果，既要考虑微生物的生长活性，也要考虑起主要作用酶的表达以及磷进出细胞的过程控制，综合考量，以达到更好的效果。2PPK对微生物影响在一定条件下，多聚磷酸盐驱动核苷酸磷酸化对微生物细胞的生存很重要。细菌细胞内poly-p水平较低，在应对各种压力条件下，显现出生物膜的形成，群体感应，运动性，以及其他毒性属性的缺陷。Poly-P可增强细胞抵抗外界恶劣环境能力，促进孢子及生物膜形成，提高捕食能力，增强细菌毒性等PPK1PPK1能成为药物的靶点，在细菌病原体中，针对[5]。它减少了细菌的毒性和持久性，的表达，能成为具有潜在的抗菌药物设计目标，同时增加了对抗生素的敏因为感性。类鼻疽伯克霍尔德菌PPK突变体在氧化应激条件下易受过氧化氢的影响，无法进行游泳、聚集运动，比野生型菌株具有较低密度的生物膜形成能力[6]。研究人员在一些实验中将PPK基因敲除。在ShuminTan对幽门菌菌株的研究中，不激活PPK1致使聚磷量较预期减少超过250倍，几乎没有聚磷[7]。管莉菠等人克隆了PPK基因，构建多·271·聚磷酸盐激酶表达菌株，磷的去除率达到80%。PPK基因在E.coli中的过量表达，致使E.coli菌体中Poly-P大量聚集，PPK从而使培养基中的磷酸盐大量去除对微生物聚磷的重要作用。[8]。由此，可以看出3境条件也会对PPK自然环境对对除磷效果影响巨大，PPK表达的影响PPK的表达产生影响，除了敲除和克隆，从而影响聚磷。自然环研究表明PPK活性随温度变化而变化，不具有规律性。但也有实验指出随着温度的升高，聚磷菌细胞内PPK的活性持续增大。在张超等人的研究中，聚磷酸激酶的活性随着pH的增加而线性增加，并且聚磷菌的产率与聚磷酸盐激酶活性分别呈线性关系。在低浓度ZnONPs作用下，PPK酶活与空白组相差不大。然而，高浓度ZnONPs作用下，PPK酶活明显低于空白组。在任世英等人的研究中，碳源丰富，磷酸盐含量高，聚磷积累，PPK活性好。这说明了PPK活性受多种因素调节，单一环境变化并不一定会改变PPK活性，显示出PPK调节的复杂性。4结束语在实际污废水除磷、水生态环境修复等实践中，相对于PPK的敲除与克隆，改变或者说强化有利的环境条件更容易实现，对于提高水体除磷效果具有更强的可实际操作性。因此，加强环境条件变化对PPK表达影响方面的研究具有极强的实践指导意义。参考文献院Polyphosphate[1]TrelstadandkinaseP.L.,ofPurdhaniP.,Geissd觟rferW.,etal.extracellularcharacterization(9):3780-3786.phosphateoflevelstheAcinetobacterenzyme[J].Applandsp.strainADP1:purificationEnvironitsroleMicrobiol,duringchanges1999,65independent[2]NocekpolyphosphatesynthesisB.,KochinyanofATPS.,ProudfootandADPM.,etbyal.Polyphosphate-Academyv.105ofScienceskinasesofinthebacteriaUnited[J].StatesProceedingstheofAmerica,ofthefamily-22008,Nationalfilament[3]G佼mez-Garc侏ano.46(no.46):pp.2008polyphosphateconcurrentwithM.R.,17730-17735.theKornbergenzymaticA.Formationsynthesisofanofactin-likeofthe[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofinorganicSciencesof[4]HothornUnitedStatesM.,ofAmerica,2004,101(45):15876-15880.Science,amembrane-associatedNeumanneukaryoticH.,LenherrpolyphosphateE.D.,etal.polymeraseCatalyticcore[J].origin[5]Brown2009,M.R.W.,324(5926):513-516.Academyand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