关发制备氨基酸
生物学家劳伦斯·赫斯特和斯蒂芬·弗里兰在20世纪90年代末把天然基因密码和计算机随机产生的几百万组密码拿去比对,结果轰动一时。他们想知道,如果发生点突变这种把一个字母换掉的变异,哪一套密码系统能保留最多正确的氨基酸,或将它代换成另一个性质相似的氨基酸。
结果他们发现,天然的基因密码最经得起突变的考验。点突变常常不会影响氨基酸序列,而如果突变真的改变了氨基酸,也会由另一个物理特性相似的氨基酸来取代。据此,赫斯特与弗里兰宣称,天然的遗传密码比成千上万套随机产生的密码要优良得多。它不但不是大自然密码学家愚蠢而盲目的作品,而是万里挑一的密码系统。
天然的三联基因密码的第一个字母都有特定的对应方式。举例来说,所有以丙酮酸为前体合成的氨基酸,它们密码的第一个字母都是T。所有由α-酮戊二酸所合成的氨基酸,其三联密码第一个字母都是C;所有由草酰乙酸合成的氨基酸,第一个字母都是A;最后,几种简单前体通过单一步骤所合成的氨基酸,第一个字母都是G。
三联密码的第二个字母和氨基酸是否容易溶于水有关,或者说和氨基酸的疏水性有关。亲水性氨基酸会溶于水,疏水性氨基酸不会溶于水,但会溶在脂肪或油里,比如溶在含有脂质的细胞膜里。所有的氨基酸,可以从“非常疏水”到“非常亲水”排列成一张图谱,而正是这张图谱决定了氨基酸与第二个密码字母之间的关系。疏水性最强的六个氨基酸里有五个,第二个字母都是T,所有亲水性最强的氨基酸第二个字母都是A。介于中间的有些是G有些是C。
三联密码的第三个字母不含任何信息,不管接上哪一个字母都没关系,这组密码子都会翻译出一样的氨基酸。以甘氨酸为例,它的密码子是GGG,但是最后一个G可以代换成T、A或C。
第三个字母的随机性暗示了一些有趣的事情。二联密码可以编码16种氨基酸。如果我们从20个氨基酸里拿掉5个结构最复杂的(剩下15个氨基酸,再加上一个终止密码子)这样前两个字母与这15个氨基酸特性之间的关联就更明显了。因此,最原始的密码可能只是二联密码,后来才靠“密码子捕捉”的方式成为三联密码,也就是各氨基酸彼此竞争第三个字母。
第一个字母和氨基酸前体之间的关系直截了当,第二个字母和氨基酸的疏水性相关,第三个字母可以随机选择。这套密码系统除了可以忍受突变,还可以降低灾难发生时造成的损失,同时可以加快进化的脚步。因为如果突变不是灾难性的,那应该会带来更多的好处。
激素中氨基酸衍生物
茶园生态化建设模式,涵盖茶叶品种、栽培、土壤、生物、植保、肥料等领域。秉承以人类为中心的理性生态伦理学思想,为复兴茶产业而努力。
生物刺激素最早于1974年被西班牙格莱西姆矿业公司提出,当时并没有引起业内关注。1997年,弗吉尼亚理工学院和州立大学的Zhang和Schmidt重新定义生物刺激素:能促进植物生长的微量材料。2012年后,生物刺激素在农业生产中的研发应用愈加广泛,随着世界各国的深入研究及国际相关组织对生物刺激素标准的制定,相信生物刺激素的定义会被不断完善并达成统一标准。
目前国际上较为认可的是欧盟标准,2019年,在巴塞罗那举办的第四届国际生物刺激素大会上,欧洲生物刺激素工业委员会(EBIC)将其定义为:含有某些物质或微生物,将其用于植物植株或其根际,刺激植物的天然过程(如改善植物的营养吸收、营养利用、非生物胁迫抗性,以及产品质量)的材料。
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氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位,也是植物生长必不可少的物质,除了参与蛋白质合成外,还具备直接参与调节植物生理活动和合成激素的特殊功能。
氨基酸主要来源于动植物蛋白和微生物的水解产物、作物残渣等,一般可通过高温下水解动物胶原或低温下酶解植物蛋白来获得。
氨基酸主要作用:促进植物光合作用,如谷氨酸和甘氨酸可以增加叶绿素生物合成,提高作物糖含量;促进植物生长发育,如丝氨酸可以直接参与细胞组织分化,促进种子萌发;提高植物耐受各种非生物胁迫的能力,如赖氨酸可以加快叶绿素合成,促进光合作用,提高作物抗旱性。
作物由于经常受气候、病虫害和不合理的施肥用药等各种不良因素影响,生理活动受到抑制,一些氨基酸的合成也被抑制,这时候就需要通过施用外源氨基酸来补充植物生长发育所必须的营养物质,从而调节植物生理生化活动的平衡。
陈伟等以红颜草莓为试验材料,分别在温岭市和嘉善县两地进行试验,发现喷施氨基酸水溶肥能有效提高草莓产量,嘉善县草莓总产量较不喷施氨基酸水溶肥和喷施清水分别提高12.9%和9.3%,每公顷经济收益增加近6万元;温岭市总产量分别提高9.2%和5.2%,每公顷经济收益增加8万元。因此在叶面喷施氨基酸水溶肥能够提高草莓产量及可溶性固性物含量,延长冷藏果实的保鲜期。
此外,氨基酸应用于园艺景观,可以增加园林绿化美观效果,提高植物抗逆性,防治冻害。李旭等通过叶面喷施和根系灌溉的方法,对18种园林植物施用质量浓度均为50mg/L的5-氨基乙酰丙酸溶液(ALA)。研究表明,施用ALA溶液可以加快叶绿素合成,增加植物叶片面积与厚度,提高叶片反应中心活性,实验还发现施用适量ALA溶液还可以降低香樟冻害程度,提高植物耐寒性,增强园林绿化美观效果。
(安根团队摘自王学江等:植物用生物刺激素的研究进展)
安根团队,20余位各领域农业专家,提供成熟的土壤恢复集成方案、生态修复集成方案、农残解决集成方案和生态农业社会化服务。
生物刺激素2:氨基酸,激素中氨基酸衍生物
四种DNA字母要编码20种氨基酸。绝不可能是一对一编码,也不可能是二对一编码,因为两个字母最多只能组成16种组合(4×4)。因此,最低要求是三个字母,也就是DNA序列里面最少要有三个字母对应到一个氨基酸,被称为三联密码,后来被克里克和西德尼·布伦纳证实。
但是这样看起来似乎很浪费,因为用四种字母组成三联密码,总共可以有64种组合(4×4×4),这样应该可以编码64个不同的氨基酸,那为什么只有20种氨基酸呢?一定有一个神奇的答案来解释为什么4种字母,3个一组,拼成64个单词,然后编码20种氨基酸。
1952年,沃森就曾写信告诉克里克:“DNA合成信使RNA(mRNA), mRNA合成蛋白质。”克里克开始研究这一小段mRNA的字母序列,如何翻译成蛋白质里面的氨基酸序列。他认为mRNA可能需要一系列“适配器”来帮助完成翻译,每一个适配器都负责携带一个氨基酸。当然每一个适配器一定也是RNA,而且都带有一段“反密码子”序列,这样才能和mRNA序列上的密码子配对。
适配器分子也由RNA分子组成。它们现在叫作“转运RNA”或tRNA。现在整个工程变得有点像乐高积木,一块块积木接上来又掉下去,一切顺利的话,它们就会这样一个接一个地搭成精彩万分的聚合物。
随着实验技术进步而且越来越精密,在20世纪60年代中期许多实验室陆续解开了序列密码。然而经过一连串不懈的译码工作后,大自然却好像随兴地给了个潦草结尾,让人既困惑又扫兴。遗传密码子的安排一点也不具创意,只不过“简并”了(意思就是说,冗余)。有三种氨基酸可对应六组密码子,其他的则各对应一到两组密码子。每组密码子都有意义,还有三组的意思是“在此停止”,剩下的每一组都对应一个氨基酸。这看起来既没规则也不美,根本就是“美是科学真理的指南”这句话的最佳反证。甚至,我们也找不出任何结构上的原因来解释密码排列,不同的氨基酸与其对应的密码之间似乎并没有任何物理或化学的关联。
克里克称这套让人失望的密码系统为“冻结的偶然”,而大部分人也只能点头同意。他说这个结果是冻结的,因为任何解冻(试图去改变密码对应的氨基酸)都会造成严重的后果。一个点突变也许只会改变几个氨基酸,而改变密码系统本身却会从上到下造成天大灾难。就好似前者只是一本书里无心的笔误,并不会改变整本书的意义,然而后者却将全部的字母转换成毫无意义的乱码。克里克说,密码一旦被刻印在石板上,任何想改动它的企图都会被处以死刑。这个观点至今仍有许多生物学家认同。
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