革蘭氏陰性細菌雙組分調(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菌雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)生物需要復雜而精密的信號系統(tǒng)感受、傳導和響應(yīng)外界環(huán)境的變化。蛋白磷酸化是原核和真核生物進行信號轉(zhuǎn)導的主要機制。蛋白磷酸化由激酶催化，根據(jù)對底物專一性的不同，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傳遞的諸多方面,包括對環(huán)境的適應(yīng)、芽孢的形成、感受趨化性因子、滲透改變和營養(yǎng)缺乏等過程中起著至關(guān)重要的作用。該信號系統(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、幾乎所有的細菌都編碼各種不同的這種雙組分系統(tǒng)來應(yīng)對種種外界信號變化。長期以來，組氨酸激酶和雙組分信號系統(tǒng)一直被認為局限于原核生物中，然而，越來越多的證據(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傳遞系統(tǒng)。在酵母中，由一個感受滲透壓的雙成分系統(tǒng)調(diào)節(jié)著MAPK級聯(lián)系統(tǒng)，后者是真核生物特有的一個信號傳遞系統(tǒng)。高等植物中也已報道了一些感受器激酶基因，如擬南芥的ETR1、ERS 和CKI1,分別是乙烯和細胞分裂素信號傳遞途徑的組分。到目前為止，在高等動物中還沒有存在組氨酸激酶的報道，雙組分系統(tǒng)是否存在于高等動物中也不清楚。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)時發(fā)現(xiàn)的；與此同時，Nixon 等 (1986)發(fā)現(xiàn)細菌中存在許多感應(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)。一個典型的雙組分系統(tǒng)是由一個存在于膜上的信號組氨酸激酶（又名感受器、傳感激酶）和一個存在于細胞質(zhì)的反應(yīng)調(diào)節(jié)子，它一般是一個轉(zhuǎn)錄因子（一個催化劑或者是抑制劑）。感受器通常位于細胞質(zhì)

4、膜上以監(jiān)測環(huán)境變化，反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白位于細胞質(zhì)中并傳遞來自感受器的信號和調(diào)節(jié)基因的表達，以響應(yīng)外界的變化。組氨酸激酶（HK，histidine kinase）感應(yīng)到一個環(huán)境信號后，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。這個信號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，使它恢復到未受刺激前的狀態(tài)，從而可以再次的對傳遞過來的信號做出應(yīng)答調(diào)節(jié)。而這個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，或者是一個其它的蛋白。

5、現(xiàn)在很多基因家族均由DNA序列來鑒定，而雙組分系統(tǒng)就是最早用這種方法驗證出來的基因之一。自然界中存在著各種各樣的雙組分系統(tǒng)，人們對各種雙組分系統(tǒng)作了很多研究，特別是那些對細胞生理、信息傳遞、個體生長和在細菌性病原體中表達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)中最早被驗證的，它們分別控制氮的分解代謝基因和磷的吸收。計算機分析數(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認為編碼雙組分系統(tǒng)的基因，它們在信導的過程中，是將環(huán)境信號從組氨酸激酶的C末端（包含大約240個氨基酸）傳遞到應(yīng)答調(diào)節(jié)子的N末端，再傳遞到靶基因。以上信號傳遞的具體過程是：組氨酸激酶受到刺激后在C末端（這個區(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，然后將這個磷酸根傳遞給應(yīng)答調(diào)節(jié)子N末端（這個區(qū)域稱為接受區(qū)）的天門冬氨酸殘基，這個過程激活了轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子，它再將信號傳遞給靶基因。組氨酸激酶是一種跨膜蛋白，通常有12個跨膜區(qū)，以二聚體的形式起作用，并發(fā)生自體磷酸化。其有一個能夠感受外界信號的輸

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，每個組氨酸激酶分子都有一個由約240 個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，磷酸化的位點一般是保守的His殘基。反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白具有一個稱為接受模件 (receiver module) 的結(jié)構(gòu)域，大約由110 個氨基酸組成。Asp為磷酸化位點，還有一個輸出結(jié)構(gòu)域 (output domain)。這樣信號轉(zhuǎn)導就由信號輸入、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)錄無關(guān)，只是將外界信號繼續(xù)向下傳遞，僅僅作為整個信號級聯(lián)放大系統(tǒng)中的一個上游組分。基于實驗數(shù)據(jù)和蛋白質(zhì)序列的相似性研究，大腸埃希氏菌被認為擁有31個不同的雙組分調(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