粪肠球菌(Enterococcus faecalis)β酮脂酰ACP合成酶Ⅱ同源蛋白功能分析

FabB和FabF是大肠杆菌(Escherichia.coli)脂肪酸合成的关键酶.生物信息学分析显示,粪肠球菌基因组中有2个与大肠杆菌fabF同源的基因:fabF1和fabF2,缺少与fabB同源的基因.用粪肠球菌(Enterococcus faecalis)V583总DNA为模板,PCR扩增fabF1和fabF2基因,以pBAD24为载体,构建了重组质粒pHW13(fabF1)和pHW14(fabF2).体内体外研究显示:fabF1基因能互补大肠杆菌fabB突变,FabF1具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性;fabF2能互补大肠杆菌fabF突变,FabF2具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅱ(FabF)活性.同时发现粪肠球菌FabF2不同于大肠杆菌FabF,它还拥有微弱β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性,可使大肠杆菌fabB突变株产生少量的不饱和脂肪酸.上述结果表明,FabF类酶(FabF like enzyme)同样可以具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性.     

粪肠球菌(Enterococcus faecalis)β酮脂酰ACP合成酶Ⅱ同源蛋白功能分析

FabB 和FabF是大肠杆菌(Escherichia. coli)脂肪酸合成的关键酶. 生物信息学分析显示，粪肠球菌基因组中有2个与大肠杆菌fabF同源的基因：fabF1和fabF2，缺少与fabB同源的基因. 用粪肠球菌(Enterococcus faecalis)V583总DNA为模板，PCR扩增 fabF1和 fabF2基因， 以pBAD24为载体，构建了重组质粒pHW13(fabF1)和pHW14(fabF2). 体内体外研究显示： fabF1基因能互补大肠杆菌fabB突变， FabF1具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性；fabF2能互补大肠杆菌fabF突变，FabF2 具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅱ(FabF)活性. 同时发现粪肠球菌FabF2不同于大肠杆菌FabF，它还拥有微弱β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性，可使大肠杆菌fabB突变株产生少量的不饱和脂肪酸. 上述结果表明，FabF类酶 (FabF like enzyme) 同样可以具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB) 活性.     

天蓝色链霉菌中长链3-酮脂酰ACP合成酶的功能

【背景】链霉菌属于放线菌科,在土壤环境中广泛分布。链霉菌具有复杂的形态分化和多样性的次生代谢网络,能产生大量具有生物活性的次级代谢产物,被广泛深入研究。【目的】天蓝色链霉菌是链霉菌的模式菌株,其脂肪酸合成代谢与次级代谢联系紧密,但目前脂肪酸合成代谢途径还不清楚,其长链3-酮脂酰ACP合成酶还未见报道。【方法】利用大肠杆菌FabF序列进行同源比对,发现天蓝色链霉菌A3(2)的基因组中,SCO2390(ScoFabF1)、SCO1266(ScoFabF2)、SCO0548(ScoFabF3)和SCO5886 (ScoRedR)具有较高的相似性,并具有保守的Cys-His-His催化活性中心,可能具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性。采用PCR扩增方法分别获得以上基因,连入表达载体pBAD24M后分别互补大肠杆菌fabB(ts)突变株和fabB(ts)fabF双突变株,并检测转化子的生长情况。以上基因与pET-28b连接后,在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,并利用Ni-NTA纯化获得蛋白,体外测定其催化活性。将以上基因分别互补大肠杆菌fabF突变株后,GC-MS测定互补株的脂肪酸组成。【结果】4个同源基因中,只有ScofabF1能恢复fabB(ts)fabF双突变株42°C时在添加油酸条件下的生长,其他3个基因均不能恢复生长。而这4个基因都不能恢复fabB(ts)突变株42°C时生长。体外活性测定ScoFabF1具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性,其他3个蛋白都不具有该活性。仅ScofabF1能显著提高大肠杆菌fabF突变株的顺-11-十八碳烯酸(C18:1)比例,其他3个基因都不具有该功能。【结论】天蓝色链霉菌中ScofabF1编码长链3-酮脂酰ACP合成酶II,在脂肪酸利用过程中发挥重要作用。天蓝色链霉菌中没有发现编码长链3-酮脂酰ACP合成酶I的基因,其可能通过其他途径合成少量的不饱和脂肪酸。以上研究结果为进一步研究天蓝色链霉菌中脂肪酸合成机制奠定了基础。     

苜蓿中华根瘤菌fabA和fabB基因功能的鉴定

在大肠杆菌(Escherichia coli)脂肪酸合成酶体系中,fabA基因编码有双功能的3-羟基脂酰ACP脱水异构酶,其异构产物能被fabB基因编码的3-酮基脂酰ACP合成酶Ⅰ延伸,合成不饱和脂肪酸,该FabA-FabB途径被认为是缺氧条件下不饱和脂肪酸合成的经典途径．生物信息学分析发现,苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)的SmFabA与EcFabA相似性达到60.6%,具有相同的保守活性位点和两个保守的α螺旋结构;SmFabB与EcFabB相似性达到61.1%,具有相同的Cys-His-His活性中心．用携带SmfabA和SmfabB的质粒载体遗传互补大肠杆菌温度敏感突变株CY57和CY242,在添加三氯森(TCL)抑制烯脂酰ACP还原酶活性的条件下,转化子能在42℃恢复生长,且放射性薄层层析能检测到转化子中不饱和脂肪酸棕榈油酸(Δ9C16:1)和十八碳烯酸(Δ11C18:1)的合成．体外重建脂肪酸合成反应表明,SmFabA能催化羟脂酰ACP的脱水反应且能够使反-2-癸烯酰ACP异构化,SmFabB能催化不同链长的脂酰ACP和丙二酸单酰ACP的聚合反应．另外,未得到SmFabA和SmFabB的突变株,表明SmFabA和SmFabB可能是苜蓿中华根瘤菌脂肪酸合成酶系中必不可少的关键蛋白．上述结果证实了苜蓿中华根瘤菌fabA和fabB两个基因在不饱和脂肪酸合成中的功能．     

乳酸乳球菌fabZ1和fabZ2基因功能的鉴定

大肠杆菌(Escherichia coli)是Ⅱ型脂肪酸合成系统的模式生物,3-羟基脂酰ACP脱水异构酶(FabA)是不饱和脂肪酸合成中的关键酶.生物信息学分析表明,乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)的基因组中没有标注为3-羟基脂酰ACP脱水异构酶的基因,但有两个标注为3-羟基脂酰ACP脱水酶基因LlfabZ1和LlfabZ2,其编码的蛋白质与EcFabZ的相似性分别为41%和45.1%,且都具有3-羟基脂酰ACP脱水酶两个保守的α螺旋结构.用携带LlfabZ1和LlfabZ2的质粒载体遗传互补大肠杆菌fabA温度敏感突变株CY57,在42℃下不能恢复生长,但无细胞抽提物的结果显示LlFabZ1能够使反-2-癸烯酰ACP异构成顺-3-癸烯酰ACP,而LlFabZ2则不能.互补大肠杆菌fabZ突变株HW7显示,在诱导的条件下,含有LlfabZ2的转化子能够恢复生长,而LlfabZ1则不能.体外重建脂肪酸合成反应及蛋白质活性测定表明,LlFabZ1具有3-羟基脂酰ACP脱水异构酶功能,而LlFabZ2只具有3-羟基脂酰ACP脱水酶功能.另外,未得到LlfabZ1和LlfabZ2的突变株,表明LlFabZ1和LlFabZ2可能是乳酸乳球菌脂肪酸合成酶系中的必不可少的关键蛋白.上述结果证实了乳酸乳球菌fabZ1和fabZ2两个基因在脂肪酸合成中的功能.     

不同细菌来源的3-酮脂酰ACP合成酶Ⅲ生物学特性分析

3-酮脂酰ACP合成酶Ⅲ(FabH)是催化细菌脂肪酸合成的起始反应.研究表明,革兰氏阳性细菌FabH对支链脂酰-CoA前体的选择性是其合成支链脂肪酸的关键.但部分革兰氏阴性细菌也产生一定量的支链脂肪酸,其合成机制还不清楚.为此,本研究选取了革兰氏阳性细菌枯草芽孢杆菌BsfabH1和BsfabH2、金黄色葡萄球菌SafabH、天蓝色链霉菌ScofabH、革兰氏阴性细菌茄科雷尔氏菌RsfabH、大肠杆菌EcfabH,以及产支链脂肪酸的水稻黄单胞菌XoofabH,共7种fabH同源基因进行生物学特性分析.异体遗传互补茄科雷尔氏菌fabH突变株RsmH,表明这7个基因编码蛋白都具有3-酮脂酰ACP合成酶Ⅲ活性.脂肪酸组成分析显示,4个革兰氏阳性菌fabH和XoofabH互补株类似,均能产生支链脂肪酸,而EcfabH和RsfabH互补株不产生支链脂肪酸,说明XooFabH不同于EcFabH,参与支链脂肪酸合成.体外酶学分析表明,XooFabH与4种革兰氏阳性菌FabH类似,对支链脂酰-CoA有较高的选择,但EcFabH和RsFabH对支链前体活性低.与革兰氏阳性细菌FabH不同,XooFabH对中短链长(C4~C10)脂酰-CoA也具有较高的活性.综合以上结果,不同细菌来源FabH的生物学特性差异明显,FabH能利用支链前体是细菌合成支链脂肪酸的关键因素.     

大肠杆菌3-酮基脂酰ACP还原酶110位天冬酰胺突变后的结构与功能

3-酮基脂酰ACP还原酶催化3-酮基脂酰ACP还原为3-羟基脂酰ACP,是细菌脂肪酸合成反应的关键酶之一.为了明确该酶中110位的保守天冬酰胺残基在酶催化活性和酶结构中的作用,本研究采用基因定点突变和蛋白质表达纯化技术,获得了大肠杆菌3-酮基脂酰ACP还原酶FabG的两个突变蛋白：FabG N110Q和FabG N110L.圆二色谱结果显示,天冬酰胺残基的突变改变了FabG的空间结构,使突变蛋白的α螺旋结构明显增加.以3-酮脂酰ACP为底物的酶活性测定表明,突变蛋白的酶活性均有下降,但残存的酶活性达到了FabG的75%以上.突变蛋白FabG N110Q和FabG N110L具有3-酮基脂酰ACP还原酶的活性,能在体外重建细菌脂肪酸合成反应.对fabG温度敏感突变株的遗传互补分析表明,FabG蛋白110位天冬酰胺突变为谷氨酰胺或亮氨酸后,在一定的条件下仍能互补大肠杆菌的生长.本研究结果提示,FabG 110位的天冬酰胺残基不是参与3-酮基脂酰ACP还原酶催化反应的必需氨基酸,它只是作为结构氨基酸,在维持FabG的空间结构的稳定性方面起作用.     

野油菜黄单胞菌中烯脂酰ACP还原酶的功能鉴定

烯脂酰ACP还原酶是细菌脂肪酸合成的关键酶之一.本研究通过生物信息学分析发现,野油菜黄单胞菌Xanthomonas campestris(Xcc)8004基因组中XC_0119(Xccfab V)注释为反-2-烯脂酰Co A还原酶基因.但其编码产物与铜绿假单胞菌的烯脂酰ACP还原酶Fab V具有较高的同源性,并含有相同的催化活性中心Tyr-(Xaa)8-Lys序列.用携带Xccfab V的质粒载体互补大肠杆菌fab I温度敏感突变株JP1111,转化子能在42℃生长,表明Xccfab V能遗传互补大肠杆菌fab I突变.体外重建脂肪酸合成反应表明,Xcc Fab V能催化不同链长的烯脂酰ACP还原为脂酰ACP,且催化活性不受三氯森抑制.遗传学研究表明,Xccfab V是必需基因,不能获得Xccfab V基因敲除突变株.将携带大肠杆菌fab I的外源质粒导入野生菌后,可敲除染色体上的fab V基因,获得的替换突变株生长特性和脂肪酸组成未发生显著变化,但替换突变株对三氯森敏感.上述结果证实,野油菜黄单胞菌fab V是必需基因,编码烯脂酰ACP还原酶,参与脂肪酸从头合成反应,且Fab V是Xcc对三氯森耐受的根本原因.     

野油菜黄单胞菌中3-羟基脂酰ACP脱水酶功能研究

细菌采用II型脂肪酸系统合成脂肪酸,其中3-羟脂酰ACP脱水酶催化唯一的脱水反应,是细菌生长的关键酶之一.野油菜黄单胞菌(Xcc)引起几乎所有十字花科植物的黑腐病,在全球范围内造成广泛的经济损失.为研究Xcc中3-羟脂酰ACP脱水酶,本研究利用大肠杆菌3-羟脂酰ACP脱水酶FabZ序列同源比对时,发现其与XC_2876 (XcfabZ)编码蛋白具有同源性,序列一致性达到46.1%,同时还具有保守的α螺旋结构和活性位点.将XcfabZ异体遗传互补大肠杆菌fabZ(EcfabZ)条件突变株HW7,结果显示添加IPTG能恢复突变株的生长,初步表明XcFabZ具有3-羟脂酰ACP脱水酶活性.而体外活性分析显示,XcFabZ能在脂肪酸合成的起始反应和延伸反应中发挥3-羟脂酰ACP脱水酶活性作用.本研究不能直接获得XcfabZ基因敲除突变株,但将携带EcfabZ或XcfabZ的表达质粒导入后,获得基因替换突变株,证明XcfabZ是必需基因. EcfabZ替换突变株的脂肪酸组成与野生菌有差异,对逆境条件(高盐、低pH、H_2O_2和SDS)的耐受性显著下降,运动性也显著降低,但XcfabZ替换突变株恢复到野生菌水平,表明XcFabZ与EcFabZ虽然都具有3-羟脂酰ACP脱水酶活性,但在细胞中生理功能可能有一些差别.     

细菌3-酮脂酰ACP还原酶研究进展

3-酮脂酰ACP还原酶(FabG)在细菌中广泛存在并且十分保守,已经发现的所有FabG及其同系物都具有类似的催化活性中心序列,隶属于短链醇脱氢酶/还原酶(SDRs)超家族成员。它是Ⅱ型脂肪酸合成反应中的关键酶,将3-酮脂酰ACP还原为3-羟脂酰ACP多以NADPH作为辅酶。从搜集的文献来看,国内外针对不同细菌中3-酮脂酰ACP还原酶同系物的研究报道体现了其多样性的特点。但是,近年来,该方面的专题综述十分少见。本文主要对3-酮脂酰ACP还原酶的结构特征、在脂肪酸合成和其他方面的生物学功能,以及以该酶为作用靶点的抑菌剂等方面进行概述,以期为将来3-酮脂酰ACP还原酶的深入研究提供理论参考。