革蘭氏陰性細(xì)菌雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上革蘭氏陰性細(xì)菌雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)生物需要復(fù)雜而精密的信號(hào)系統(tǒng)感受、傳導(dǎo)和響應(yīng)外界環(huán)境的變化。蛋白磷酸化是原核和真核生物進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要機(jī)制。蛋白磷酸化由激酶催化，根據(jù)對(duì)底物專一性的不同，激酶可分為Ser/Thr 激酶、Tyr 激酶和His 激酶等。原核生物由于缺乏大多數(shù)絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸蛋白激酶，所以，組氨酸蛋白激酶在信號(hào)傳遞的諸多方面,包括對(duì)環(huán)境的適應(yīng)、芽孢的形成、感受趨化性因子、滲透改變和營(yíng)養(yǎng)缺乏等過程中起著至關(guān)重要的作用。該信號(hào)系統(tǒng)由兩部分組成，包括感受器和反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白，稱為雙組分系統(tǒng)（two-component system）。雙組分系統(tǒng)在自然界中非常普遍，

2、幾乎所有的細(xì)菌都編碼各種不同的這種雙組分系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)種種外界信號(hào)變化。長(zhǎng)期以來(lái)，組氨酸激酶和雙組分信號(hào)系統(tǒng)一直被認(rèn)為局限于原核生物中，然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明，這一系統(tǒng)也存在于許多真核生物中。目前，在酵母、粘菌(slime mold) 、真菌、和高等植物中都已找到了這一信號(hào)傳遞系統(tǒng)。在酵母中，由一個(gè)感受滲透壓的雙成分系統(tǒng)調(diào)節(jié)著MAPK級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，后者是真核生物特有的一個(gè)信號(hào)傳遞系統(tǒng)。高等植物中也已報(bào)道了一些感受器激酶基因，如擬南芥的ETR1、ERS 和CKI1,分別是乙烯和細(xì)胞分裂素信號(hào)傳遞途徑的組分。到目前為止，在高等動(dòng)物中還沒有存在組氨酸激酶的報(bào)道，雙組分系統(tǒng)是否存在于高等動(dòng)物中也不清楚。雙組

3、分系統(tǒng)最初是由Ninfa和Magasanik (1986) 在研究大腸埃希氏菌 (E. coli) 氮調(diào)節(jié)蛋白 (nitrogenregulatory protein, NR) 系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的；與此同時(shí)，Nixon 等 (1986)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中存在許多感應(yīng)系統(tǒng)（sensory system），其組分與大腸埃希氏菌的NR系統(tǒng)的組分具有相似的氨基酸序列。雙組分系統(tǒng)普遍存在于原核生物中，大腸埃希氏菌中具有30種不同的雙組分系統(tǒng)。一個(gè)典型的雙組分系統(tǒng)是由一個(gè)存在于膜上的信號(hào)組氨酸激酶（又名感受器、傳感激酶）和一個(gè)存在于細(xì)胞質(zhì)的反應(yīng)調(diào)節(jié)子，它一般是一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（一個(gè)催化劑或者是抑制劑）。感受器通常位于細(xì)胞質(zhì)

4、膜上以監(jiān)測(cè)環(huán)境變化，反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白位于細(xì)胞質(zhì)中并傳遞來(lái)自感受器的信號(hào)和調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，以響應(yīng)外界的變化。組氨酸激酶（HK，histidine kinase）感應(yīng)到一個(gè)環(huán)境信號(hào)后，通過一系列的自磷酸化、磷酸化和去磷酸化等反應(yīng)，將它傳遞給反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白（RR， response regulator），而反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白受到刺激后又將該信號(hào)傳遞給目的基因。很多已知的磷酸化應(yīng)答調(diào)節(jié)子刺激或抑制特異蛋白的轉(zhuǎn)錄。這個(gè)信號(hào)傳遞的途徑還包括磷酸化酶將應(yīng)答調(diào)節(jié)子去磷酸化，使它恢復(fù)到未受刺激前的狀態(tài)，從而可以再次的對(duì)傳遞過來(lái)的信號(hào)做出應(yīng)答調(diào)節(jié)。而這個(gè)磷酸化酶可以是組氨酸激酶本身，也可以是應(yīng)答調(diào)節(jié)子，或者是一個(gè)其它的蛋白。

5、現(xiàn)在很多基因家族均由DNA序列來(lái)鑒定，而雙組分系統(tǒng)就是最早用這種方法驗(yàn)證出來(lái)的基因之一。自然界中存在著各種各樣的雙組分系統(tǒng)，人們對(duì)各種雙組分系統(tǒng)作了很多研究，特別是那些對(duì)細(xì)胞生理、信息傳遞、個(gè)體生長(zhǎng)和在細(xì)菌性病原體中表達(dá)毒力基因中有重要作用的已知功能的系統(tǒng)。比如NtrB/NtrC和PhoR/PhoB系統(tǒng)是這些系統(tǒng)中最早被驗(yàn)證的，它們分別控制氮的分解代謝基因和磷的吸收。計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)表明，Bradyrhizobium sp的NtrB和NtrC的序列在氨基酸水平上與其他幾個(gè)調(diào)節(jié)蛋白類似。NtrB蛋白的C末端與CpxA、EnvZ和PhoR等蛋白的C末端有著廣泛的一致性；而在NtrC的N末端與ArcA

6、、OmpR、PhoB、CheB和CheY有著廣泛的一致性。因此Nixon et al認(rèn)為編碼雙組分系統(tǒng)的基因，它們?cè)谛艑?dǎo)的過程中，是將環(huán)境信號(hào)從組氨酸激酶的C末端（包含大約240個(gè)氨基酸）傳遞到應(yīng)答調(diào)節(jié)子的N末端，再傳遞到靶基因。以上信號(hào)傳遞的具體過程是：組氨酸激酶受到刺激后在C末端（這個(gè)區(qū)域稱為傳感區(qū)）的組氨酸殘基上利用ATP做為磷酸根供體發(fā)生自磷酸化，然后將這個(gè)磷酸根傳遞給應(yīng)答調(diào)節(jié)子N末端（這個(gè)區(qū)域稱為接受區(qū)）的天門冬氨酸殘基，這個(gè)過程激活了轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子，它再將信號(hào)傳遞給靶基因。組氨酸激酶是一種跨膜蛋白，通常有12個(gè)跨膜區(qū)，以二聚體的形式起作用，并發(fā)生自體磷酸化。其有一個(gè)能夠感受外界信號(hào)的輸

7、入模件(input module)，并與蛋白激酶的催化模件 (catalytic module) 相連接，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得組氨酸激酶能很靈敏地感受外界環(huán)境的變化。此外，每個(gè)組氨酸激酶分子都有一個(gè)由約240 個(gè)氨基酸殘基組成的傳遞模件 (transmitter module)，該模件是自體磷酸化的作用部位，磷酸化的位點(diǎn)一般是保守的His殘基。反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白具有一個(gè)稱為接受模件 (receiver module) 的結(jié)構(gòu)域，大約由110 個(gè)氨基酸組成。Asp為磷酸化位點(diǎn)，還有一個(gè)輸出結(jié)構(gòu)域 (output domain)。這樣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)就由信號(hào)輸入、組氨酸自體磷酸化、反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白磷酸化和信號(hào)輸出組成。

8、有些反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白是轉(zhuǎn)錄因子，輸出結(jié)構(gòu)域作為DNA 模件與DNA 結(jié)合；接受模件則通過Asp 的磷酸化調(diào)節(jié)其自身的活性，從而決定它是與DNA 模件結(jié)合還是與轉(zhuǎn)錄機(jī)器的其他組分結(jié)合。但有的反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白與轉(zhuǎn)錄無(wú)關(guān)，只是將外界信號(hào)繼續(xù)向下傳遞，僅僅作為整個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)放大系統(tǒng)中的一個(gè)上游組分。基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和蛋白質(zhì)序列的相似性研究，大腸埃希氏菌被認(rèn)為擁有31個(gè)不同的雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)（如圖1-7）,如：ArcB/ArcA、PhoR/PhoB、UhpB/UhpA、NtrB/NtrC、AtoS/AtoC、BaeS/BaeR、BarA/UvrY、CpxA/CpxR、CreC/CreB、CusS/CusR、DcuS/DcuR、EnvZ/OmpR、KdpD/KdpE等，這些系統(tǒng)中有許多功能仍未明確，并且，就是那些被十分徹底的