探索碱性磷酸酶悖论，来自深太平洋的新见解

碱性磷酸酶 (AP) 是一种酶，通常可帮助海洋微生物从溶解的有机磷中获取无机磷 (Pi)，尤其是在磷酸盐水平较低时。传统上，当磷酸盐稀缺时，AP参与从有机源获取无机磷 (Pi)然而，然而在这项新的研究中，在磷酸盐浓度高的环境中，APase 活性仍会持续存在，这似乎是矛盾的，这种矛盾可以通过 AP与源细胞分离的存在来解释，这种 AP不与微生物细胞结合，但仍在水柱中活跃。这项在东北太平洋进行的研究旨在了解这一悖论的潜在机制。

在海洋中，生物可利用性最高的磷形式是无机磷酸盐，但在广泛的亚热带环流中，磷酸盐浓度可能长期处于低水平，并限制初级生产力和氮固定。碱性磷酸酶 (AP) 在海洋生态系统磷的循环中起着至关重要的作用，特别是在无机磷酸盐 (Pi) 稀缺的地区。AP 通常在低磷酸盐条件下被诱导产生 ，在深海中，磷酸盐浓度通常较低，AP 可帮助海洋微生物获取有机磷 (DOP) 化合物，将其水解为可用的无机磷酸盐。

在一项针对亚热带海洋中的碱性磷酸酶活性的研究中，亚热带大西洋的AP活性率明显高于亚热带太平洋，即使在相同的低磷酸盐浓度范围内（0-50 nmol /L）也是如此。研究发现，当磷酸盐水平降至阈值以下（通常约为 30 nmol /L）时，AP活性与磷酸盐浓度呈反比双曲线关系增加，也就是说，当磷酸盐浓度减少时，AP活性会急剧增加，当碱性磷酸酶（AP）变得更活跃时，它们会更高效地分解和利用溶解有机磷（Dissolved Organic Phosphorus，DOP），导致 DOP 的浓度降低。

2021年的一项研究，对来自地中海交替单胞菌的AP进行了生化特性分析，利用TARA Oceans和Malaspina等数据库，他们证实了AP基因的广泛分布。研究表明，海洋环境中的碱性磷酸酶( AP)表现出混杂行为，这意味着它可以参与多种生化途径，而不仅仅是分解磷酸单酯的主要功能，这一想法与这项新的研究的结果类似，表明 AP 用途更广泛，可能在多种微生物过程中发挥作用，而不仅仅是磷循环。

现在，最近的一项研究，探索了东北太平洋深水站点（水深：2658 米）的水柱和表层沉积物中四种水解酶（碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和几丁质酶）的潜在活性。研究发现，碱性磷酸酶 (AP ) 主导地下水和沉积物中的水解活性，与其他三种酶相比，其水解活性高出两个数量级，含氧量最低区中心和底层水中的峰值 AP 活性与无机磷 (P i ) 浓度不相关，AP 和细菌丰度之间的弱相关性表明，一部分 AP 与其源细胞物理分离，并与来自地表水（海洋雪）或从海底重新悬浮的颗粒相关联，与源细胞分离的 AP 活动在深海东北太平洋中贡献了约 2%–9% 的再生 P i。因此，悬浮颗粒作为与源细胞分离 AP 的来源，在深海元素循环中发挥着重要但尚未得到充分研究的作用。

在这项研究中，深海生态系统中，人们观察到了无细胞 AP 活性，这意味着这种酶即使脱离微生物也能保持活性，从而有助于水体中的营养动态 。这一发现扩展了对 AP 作用的理解，表明它可能是一系列更广泛的酶促过程的一部分，有助于维持深海环境中的营养平衡。

思考

哪些环境条件会触发深海水域（尤其是在磷稀缺的地区）中 AP 的产生？哪些环境因素对深海中碱性磷酸酶( AP )的活性影响最大？哪些具体的分子机制使得深海微生物中的AP具有高亲和力和广泛的底物特异性？深海中的高AP活性如何影响更大规模的生物地球化学循环，特别是磷循环？

参考文献：Kerry Dykens a,Robert Letscher a b,Atsushi Matsuoka b c,Kai Ziervogel a，New insights on the deep alkaline phosphatase paradox from a site in the Northeastern Pacific Ocean.  Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers Volume 215, January 2025, 104419，doi.org/10.1016/j.dsr.2024.104419

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