革兰氏阴性细菌β-桶状结构外膜蛋白折叠与组装的研究进展

β-桶状结构外膜蛋白是革兰氏阴性细菌细胞外膜层的主要组成部分,在营养吸收、维持外膜完整性、病原菌致病性及多重耐药性等方面发挥着重要的作用,对细菌的存活至关重要。详细了解这些蛋白的合成、折叠与组装到外膜的过程在增加筛选抗病原菌药物靶位、增强有益菌的生物活性等方面具有重要意义。本文对近年来革兰氏阴性细菌β-桶状结构外膜蛋白的合成、转运、折叠及组装到外膜过程的研究结果进行了综合论述,重点叙述了β-桶状结构外膜蛋白组装复合体的研究进展,并在此基础对这一类蛋白的折叠与膜整合过程提出一些新的见解,便于读者快速、全面了解该领域的最新发现和发展。     

革兰氏阴性细菌β-桶状结构外膜蛋白折叠与组装的研究进展

摘要:β-桶状结构外膜蛋白是革兰氏阴性细菌细胞外膜层的主要组成部分,在营养吸收、维持外膜完整性、病原菌致病性及多重耐药性等方面发挥着重要的作用,对细菌的存活至关重要。详细了解这些蛋白的合成、折叠与组装到外膜的过程在增加筛选抗病原菌药物靶位、增强有益菌的生物活性等方面具有重要意义。本文对近年来革兰氏阴性细菌β-桶状结构外膜蛋白的合成、转运、折叠及组装到外膜过程的研究结果进行了综合论述,重点叙述了β-桶状结构外膜蛋白组装复合体的研究进展,并在此基础对这一类蛋白的折叠与膜整合过程提出一些新的见解,便于读者快速、全面了解该领域的最新发现和发展。     

嗜水气单胞菌bamA、bamB、bamD突变株的构建及其对外膜蛋白转运的影响

革兰氏阴性细菌的BAM(β-barrel assembly machinery)系统一般由BamA-E等5个亚基组成,以β-桶状外膜蛋白的结构对细菌的转运和正确折叠中起重要作用。目前对于BAM系统的研究大多集中在大肠杆菌、脑膜炎双球菌等细菌中,而在其他细菌中的相关功能还有待进一步研究。以嗜水气单胞菌为研究对象,首先利用同源重组技术,分别构建完成bamA、bamB、bamD的缺失突变株。尔后,利用SDS-PAGE检测技术对相应突变株差异外膜蛋白进行比较,并对这些差异蛋白进行质谱分析,共鉴定到7个差异蛋白,其中5个为外膜蛋白,2个为位于内膜上的蛋白酶。此外,还通过Western blotting对部分突变株外膜蛋白的表达进行验证。研究结果发现,嗜水气单胞菌BAM系统的突变不仅改变了其外膜蛋白表达,还影响了微生物的蛋白转运进程;且在系统中不同亚基对不同外膜蛋白的转运和表达效果也有所不同,结果提示了嗜水气单胞菌BAM转运系统的不同亚基存在特定外膜蛋白转运的特性。     

耐冷希瓦氏菌外膜蛋白的体外折叠研究

目的:旨在建立耐低温革兰氏阴性菌外膜蛋白体外折叠体系,为膜蛋白合成耐低温机制提供理论基础。方法:以包涵体的形式在大肠杆菌中过量表达了来源于耐低温希瓦氏菌的OmpA同源外膜蛋白Omp74的全蛋白质和N端跨膜结构域,纯化包涵体后,用高浓度尿素或强阴离子表面活性剂溶液溶解包涵体,以非离子表面活性剂为折叠介质,建立该外膜蛋白的体外折叠体系,同时以大肠杆菌的OmpA作为对照进行了比较研究。结果:与OmpA相比,Omp74体外折叠受温度影响较小,低浓度的阴离子表面活性剂能促Omp74的折叠,但对OmpA的折叠没有影响;C端结构域抑制Omp74在表面活性剂中的折叠;Omp74在0.5%的月桂酰基麦芽糖苷(DDM)和0.4%的十二烷基肌氨酸钠的混合溶液中能达到接近100%的折叠效率。     

革兰氏阴性细菌外膜主要成分的跨膜转运机制研究进展

革兰氏阴性细菌的外膜由脂多糖、磷脂、外膜蛋白和脂蛋白等成分组成,是细菌抵御外界有害物质的首要物理屏障,与细菌致病性和耐药性密切相关.外膜各组分依赖特定的系统进行跨膜转运,包括脂多糖转运系统(lipopolysaccharide transport, Lpt)、脂质不对称维持系统(maintenance of lipid asymmetry, Mla)、β-桶状装配机器(β-barrel assembly machinery,Bam)以及脂蛋白定位系统(localization of lipoprotein,Lol).这些系统能够保证细菌外膜的完整与稳定,被视为维持细菌生命活动的"命门".因此,本文系统地综述革兰氏阴性细菌外膜主要成分的跨膜转运系统结构与功能,并对其未来研究方向进行展望,为新型靶向抗菌类药物研发提供新的思路.     

蛋白错折叠及其纠正机制

尽管目前已知由各种力之间的复杂平衡维持着蛋白质三维结构 ,但对体内蛋白折叠的机理仍知之甚少。大量研究表明 ,蛋白体外折叠常受竞争过程制约[1,2 ],在非平衡生理条件下 ,错折叠可由暴露在折叠中间物中的疏水表面交联而发生[3]。蛋白错折叠时形成的错误构造影响蛋白结构正常形成 ,可导致人老年斑和神经纤维原混乱增加 ,进而诱发出现典型的老年性痴呆。Ｊｅｎ等[4 ]研究发现神经多肽中的淀粉多肽 (Ａβ)错折叠对体内神经细胞具有毒性作用 ,氧化胁迫和Ｃａ积蓄不稳定可诱导编码淀粉前体蛋白 (ＡＰＰ)及老年痴呆症相关的基因发生突变 ,使长度…     

细菌Ⅴ型分泌系统研究进展

目前已知革兰阴性(G-)细菌的分泌系统至少有5种类型,即Ⅰ～Ⅴ型。其中Ⅴ型分泌系统为G-菌外膜通道转运蛋白系统中最大的一个家族,该系统又称自主转运蛋白系统,它首先通过Sec依赖的分泌通路跨内膜转运,到达外周质间隙后,又通过自身的C端在外膜上形成一个β折叠桶实现跨外膜转运。Ⅴ型分泌系统的分泌装置最为单一,且该系统分泌的蛋白在跨外膜转运过程中似乎不需要能量和辅助因子(蛋白)的参与。随着对运用Ⅴ型分泌系统在G-菌表面展示异源性多肽/蛋白质的深入研究,该系统在生物技术领域已展示出巨大的应用前景。     

革兰氏阴性细菌蛋白分泌系统研究进展

革兰氏阴性细菌由于具有复杂的双层膜结构,其蛋白质分泌能力较差。这使得革兰氏阴性细菌的典型菌株——大肠杆菌作为最常用的受体细胞在生物制药工程和其他生物技术产品生产中受到一定的限制。因此,革兰氏阴性细菌蛋白分泌系统的研究具有重要意义。本文详细地归纳了革兰氏阴性细菌已知的蛋白分泌系统,分别从分泌系统的分泌过程、分泌蛋白类别、结构组成和研究技术4个方面做了论述,以期为进一步解析革兰氏阴性细菌蛋白分泌机制提供参考。     

利用分散量理论辨识外膜蛋白

利用分散量的数学理论,提出了基于最小分散增量的蛋白质序列辨识方法.通过多种特征联合对蛋白质序列进行编码,并建立基于最小分散增量的分类器MID_OMP,应用于革兰氏阴性细菌外膜蛋白序列辨识.在数据集上的Jackknife测试中,MID_OMP辨识外膜蛋白和α螺旋跨膜蛋白的准确率达到95.7%,辨识外膜蛋白和球状蛋白的准确率达到91.0%;在14个细菌基因组内挖掘结果显示,MID_OMP具有较高的敏感性和特异性,预测结果的可信度明显优于另外一种OMPs挖掘工具TMBETA-GENOME.     

硫矿硫化叶菌P2分子伴侣基因的克隆表达及其性质

[目的]研究重组表达的硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基体外同源聚合体的结构和生化功能.[方法]利用PCR技术从硫矿硫化叶菌P2的基因组DNA中克隆得到分子伴侣β亚基的基因,将该基因克隆到表达载体pET-21a( )上并在大肠杆菌BL21(DE3)中实现了表达.对纯化后的β亚基单体进行体外聚合,利用透射电镜观察β分子伴侣的结构,并对其促蛋白折叠性质进行了研究.[结果]硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基基因在大肠杆菌BL21中实现了高效表达,纯化后的分子伴侣β亚基单体在ATP和Mg2 存在的条件下可自组装形成分子伴侣聚合体.透射电镜观察表明:该β分子伴侣具有Ⅱ型分子伴侣典型的双层面包圈结构,每个环由8个亚基构成.该β分子伴侣具有ATPase活性,最适反应温度为80℃;它不仅能够促进变性的绿色荧光蛋白(GFP)重新折叠,而且还能有效的提高木聚糖酶的热稳定性.[结论]本文根据P2基因组序列分析预测的分子伴侣基因设计引物,克隆表达了硫矿硫化叶菌P2分子伴侣的β亚基,纯化后对其进行体外聚合,透射电镜观察表明该聚合体具有Ⅱ型分子伴侣的经典结构,功能分析表明该β分子伴侣能够在体外促进异源蛋白质的折叠、提高其它酶分子的热稳定性.这为进一步深入研究嗜热古菌耐热抗逆的分子机制,奠定了良好的基础.     

Dispersin B:一种可用于生物被膜防治的糖苷水解酶

β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(dispersin B, DspB)是一种活性高、稳定性强的糖苷水解酶,其相对分子质量为40 000。DspB由361个氨基酸残基组成,具有8个β/a结构域,折叠后形成TIM桶状结构。其中,β4结构域存在高度保守的位点Asp183和Glu184。作为糖苷水解酶家族20(glycoside hydrolase family 20, GH20)成员,DspB不像其他β-己糖胺酶那样具有多个功能域,DspB只有单一的功能域,且具有独特的底物专一性、底物结合与释放特性。由于DspB能够水解细菌生物被膜基质中的聚β-(1,6)-N-乙酰葡萄糖胺(poly-β-1,6-N-acetyl-D-glucosamine, PNAG),使生物被膜发生解聚而变成游离状态,增加抗生素疗效,因此有望用于细菌引起的植入医疗器械感染的治疗。现分别从DspB所在GH20家族成员概况、DspB的结构和DspB的功能与应用三个方面对相关的最新研究进展进行分析与总结。     

鱼类革兰氏阴性病原菌外膜蛋白疫苗的研究进展

鱼类细菌性感染作为十分常见且危害严重的一类水产病害,严重阻碍了我国水产养殖业的发展,同时也造成了巨大经济损失,而免疫防治作为一种安全有效的防治方法,正逐步受到人们的关注。外膜蛋白作为革兰氏阴性菌外膜的主要组成成分,不仅在维持细菌正常生命活动中发挥着重要作用,同时具有较强的免疫原性及交叉免疫原性,可以作为潜在的免疫保护性抗原,在渔用疫苗的研发中具有广阔的应用前景。该文介绍了鱼类病原菌外膜蛋白的结构组成、种类功能、免疫原性等基本特性,对外膜蛋白在亚单位疫苗、DNA疫苗、多价多联疫苗及活载体疫苗等渔用疫苗中的应用进行了论述,并从疫苗佐剂应用及铁离子相关外膜蛋白研究等方面展开讨论,以期为外膜蛋白渔用疫苗研发提供参考。     

革兰氏阴性菌血红素载体蛋白Hemophore的结构及作用机制

血红素作为宿主体内最丰富的铁离子来源,是致病菌营养竞争的主要目标,尤其对于血红素自身合成途径部分丧失的细菌。革兰氏阴性菌血红素转运系统由血红素载体蛋白(Hemophore)、外膜血红素受体、TonB-ExbB-ExbD复合物、ABC转运体等组成。Hemophore是存在于细菌细胞膜上或分泌到胞外环境中的一种蛋白。它能从宿主血红素结合蛋白中捕获血红素并将其传递给外膜受体。目前,在不同革兰氏阴性菌中已发现3种类型的Hemophore,分别是HasA、HxuA和HmuY型。本文将详细描述这3种Hemophore捕获血红素及与外膜受体相互作用的机制,以期为进一步研究其他细菌血红素载体蛋白的功能及作用机制奠定基础。     

细菌视紫红质研究的新进展

细菌视紫红质（bR)自六十年代末发现以来,一直是膜蛋白领域研究的热点之一,bR不仅在基础理论研究方向有着深远的意义,而且也有着广泛的应用前景。对bR的结构、质子泵功能、折叠机制等研究前沿进行概述。     

怎样理解β—折叠属于蛋白质二级结构

不少中学生物学教师对β-折叠划为蛋白质二级结构提出疑问,疑问的主要点是:蛋白质的二级结构是指一条多肽链的折叠盘绕方式,而β-折叠(不论是平行的或是反平行的)都是两条以上肽链折叠盘绕而成,一条与两条以上显然是不相等的。而所有研究蛋白质的论著都毫无置疑地把β-折叠列为二级结构,这应该怎样理解呢?本文试浅析如下: 二级结构的概念和特征蛋白质的分子量很大(约六千到一百万之间)。结构十分复杂。为了研究的方便,1952年Linderstrφm—Lang首先将蛋白质的结构划     

蛋白质折叠速率与其氨基酸序列极性的关系

以大肠杆菌60个蛋白酶以及几种常见病毒（SARS病毒、艾滋病病毒、丙型肝炎病毒及乙型肝炎病毒）各蛋白质序列中的所有α-螺旋和β-折叠片段为研究对象,计算了各片段的折叠速率和平均极性,分别在各物种的α-螺旋和β-折叠两类二级结构片段中分析了二者的相关性。得到结论：不论是大肠杆菌中的蛋白酶还是病毒蛋白,其中的两类氨基酸片段的平均极性与折叠速率都是极显著相关的：对于所有的α片段,二者呈线性正相关,而对于所有的β片段,二者成线性负相关。结果证实了在蛋白质折叠中,氨基酸的极性起着重要的作用。     

细菌外膜蛋白参与革兰氏阴性细菌对异丙醇耐受的调节

细菌外膜蛋白与细菌对异丙醇耐受关系密切,但迄今为止尚未见相关研究.本文首先采用基于双向电泳(two dimensional electrophoresis,2-DE)的蛋白质组学技术,研究E.coli K-12 BW25113在有无异丙醇条件下外膜蛋白表达的差异.结果发现,外膜蛋白LamB、FadL和OmpC以及OmpT、Tsx、OmpA和OmpF在异丙醇应激条件下表达量分别上调和下调.然后通过基因敲除、补救和高表达等功能基因组学的方法,探讨这些功能外膜蛋白在异丙醇应激耐受中所起的作用,发现LamB、OmpA和OmpC在E.coli K-12 BW25113对异丙醇耐受过程中起到更重要的作用.最后,对EnvZ/OmpR双组分信号转导系统在对异丙醇耐受中的作用进行了研究,证实EnvZ/OmpR双组分信号转导系统确实参与细菌对异丙醇的耐受.因此,外膜蛋白的改变和EnvZ/OmpR双组分信号转导系统的调节是革兰氏阴性细菌对异丙醇耐受的一种重要机制。     

基于氢氘交换核磁共振技术研究蛋白质与阳离子交换介质的相互作用

原位实时捕捉多孔介质内的蛋白结构变化信息是蛋白质层析失活机理研究中的难点。为此,本文发展了蛋白质氢氘交换与核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)相结合的新型蛋白质液固界面表征路线。研究了溶菌酶在溶液态以及在阳离子交换介质内部吸附态时的去折叠行为,并揭示了蛋白与阳离子交换介质(SP Sepharose FF)相互作用机理。溶液态溶菌酶的一维核磁共振氢谱动力学显示蛋白质去折叠可导致残基暴露进而加快氢氘交换速率。吸附态溶菌酶的二维氢-氢全相关谱图(Total correlation spectroscopy,TOCSY)以及残基峰强度显示,溶菌酶在吸附态时的去折叠呈区域性,无规则卷曲(Coil,bend,and turn)片段的酰胺氢信号更容易失去,而二级结构域(α-helix,β-sheet)对酰胺氢信号保护更好。最终,利用蛋白表面静电势模拟计算结合氢氘标记的蛋白核核磁数据可确定出溶菌酶与阳离子交换介质的作用位点。这对于深刻理解层析过程中蛋白与层析介质微观作用机理以及层析过程中吸附剂的选择、设计具有重要意义,也为获取蛋白质与生物材料之间相互作用研究提供新的有效工具。     

硫醇基团的氧化还原过程对人正常朊蛋白聚集和纤维化特征的影响

本研究旨在通过体外对纯化的原核重组人正常朊蛋白硫醇基团的氧化还原过程,探究二硫键的改变对其生化特性的影响。蛋白沉淀实验显示重组正常人朊病毒蛋白经过硫醇基团的氧化还原过程明显增加了其聚集性;硫磺素T(Thioflavin T ,ThT)实验测定发现,经过硫醇基团的氧化还原过程重组PrP蛋白的纤维形成增多;圆二色谱（Circular Dichroism, CD）测定显示,处理后的重组PrP蛋白二级结构发生改变,其β-折叠结构比例显著增多;蛋白酶K消化实验也进一步显示硫醇基团的氧化还原后PrP的蛋白酶K抵抗能力有所增加。这些结果提示二硫键的形成可明显地改变PrP的二级结构,促进朊蛋白聚集和成纤维过程。     

双功能域β-折叠桶碱性植酸酶蛋白序列分析与酶学特性

【目的】表达、纯化来源于Bacillus sp.HJB17的双功能域β-折叠桶碱性植酸酶(phy HT),并对该酶进行蛋白序列以及酶学特征分析,为该酶的广泛应用奠定基础。【方法】应用生物信息学技术,对phy HT蛋白序列进行了生物信息学分析。表达、变复性、分离纯化得到具有酶活性的可溶性phy HT蛋白溶液,通过硫酸亚铁-钼蓝法对phy HT的酶学特性进行了研究。【结果】序列分析结果显示,phy HT由633个氨基酸组成,含有2个植酸酶结构域,属于典型的BPP植酸酶,相对分子量(MW)为69321.68 Da,理论等电点为5.37,为亲水性蛋白。二级结构中,phy HT中α-螺旋(helix)、β-片层(sheet)占主要的比例,高级结构以β片层形成的桶状结构为主。酶学性质研究表明,该酶的最适反应温度为35°C,在45°C以下比较稳定。最适的p H为8.0,在p H为6.0–12.0条件之间比较稳定。低浓度的Ca~(2+)以及Mg~(2+)对酶活性有促进作用,Fe~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)等金属离子对酶活性有抑制作用。【结论】本研究成功对phy HT进行了蛋白序列分析以及酶学性质研究,phy HT属于碱性植酸酶,酶活性高、稳定性好,在理论研究和工业生产方面均有很大应用价值。