微生物以5-氨基乙酰丙酸为唯一前体物合成血红素的研究进展*

随着人造肉热潮的兴起,血红素作为其呈色物质也愈发引起研究者的兴趣。血红素是一种含Fe²⁺的卟啉类化合物,以5-氨基乙酰丙酸为唯一前体物,在生物体中分别通过粪卟啉依赖性、原卟啉依赖性和西罗血红素依赖性三个途径合成,被认为是一种理想的补铁剂和着色剂。与化学合成法和生物提取法相比,微生物合成法具有操作方便、环境友好等优点,因此是一种非常有前景的血红素生产方法。介绍血红素的合成途径,总结微生物以5-氨基乙酰丙酸为唯一前体物合成血红素的最新进展,并简要分析其面临的挑战和前景。     

血红素铁数据库及动物性铁估算法评价女大学生铁营养状况

目的：比较血红素铁数据库和动物性铁估算法评估大学生铁营养状况的差异,为大学生膳食铁营养状况评价提供科学依据。方法：采用3 d 24 h膳食回顾法进行膳食调查,利用血红素铁数据库计算调查对象的血红素铁摄入量,同时用动物性铁估算法估算血红素铁摄入量,对两种方法的评价结果进行比较。结果：按动物性铁40%估算,女大学生血红素铁摄入量为0.85 mg/d;按血红素铁数据库计算,女大学生血红素铁摄入量为0.62 mg/d。估算法得到的血红素铁摄入值高于血红素铁数据库计算值（P＜0.05）。结论：在评估大学生铁营养状况时,用动物性铁的40%进行估算会使血红素铁摄入量被高估,应根据肉的种类及部位,使用血红素铁数据库进行评估。     

动物血红素运输通路的研究进展

血红素作为一种含铁卟啉化合物,是血红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶、过氧化物酶等众多蛋白质的辅基。绝大多数动物自身能够合成血红素,供给氧气运输、电子传递、信号转导等代谢活动,多余的血红素由血红素加氧酶降解。此外,动物体内存在特定的分子通路,负责血红素的吸收、外排、利用及其在细胞间和组织间的转运。近年来,研究人员利用小鼠、秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)等模式动物,发现了猫白血病病毒C亚型受体(feline leukemia virus subgroup C receptor,FLVCR)、血红素感应基因-1(heme responsive gene-1,HRG-1)等多个血红素转运蛋白,同时还建立了一系列感应和检测细胞内血红素的技术。这些研究有力地推动了对血红素运输通路的认识,对深入了解细胞物质运输及机体生命代谢具有重要意义。该文综述了动物细胞血红素运输机制的研究进展,总结了近年来出现的血红素研究技术方法并对热点问题和研究方向进行了探讨。     

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。     

基于氨基酸组分和位点保守信息识别蛋白质HEME结合残基

血红素是一种重要的、常用的配体,在电子传递、催化、信号转导和基因表达等方面发挥着重要作用,准确预测蛋白质与血红素相互作用的结合残基是结构生物信息学的主要挑战之一。本文下载整理了Biolip数据库中HEME配体与蛋白质结合的信息,统计分析了结合残基和非结合残基的氨基酸组分和位点保守性信息并将其作为预测特征参数,用Fisher-PSSM判别法识别HEME结合残基,计算结果表明优化特征参数的Fisher-PSSM判别法得到了较好的预测结果。     

HO-1 在肝肾疾病中的作用研究进展

血红素氧合酶是血红素降解的限速酶,与酶解产物胆红素、CO-道,共同发挥着抗氧化、抗炎、抑制细胞凋亡、改善组织微循环等作用。血红素氧合酶1是血红素氧合酶的诱导型在脓毒血症、高血压、急性肺损伤等多种疾病中均呈现适应性诱导表达并产生相应的细胞保护作用在肝脏缺血再灌注损伤、肝硬化、肝衰竭、肝移植、急性肾损伤、移植肾损伤等疾病中也发挥着细胞保护作用。本文综述了近年来血红素氧合酶1在肝肾疾病中作用的研究进展,以期为未来治疗方法带来新突破。     

血红素是红细胞中必要辅基及关键调控者

血红素不但能作为血红素蛋白的重要辅基参与细胞电子传递、送氧、酶作用等重要生理活动,而且是红细胞稳态及分化的关键调控者.本综述主要从3个方面小结了红细胞中血红素的研究进展.首先,在血红素生物合成方面,介绍了血红素生物合成过程、其起始及中间产物的跨膜运输及调控机制的研究现状.其次,重点阐述了血红素作为红细胞稳态及分化的调控者对红系特异基因的转录调控、mRNA稳定性及翻译、蛋白稳定性、miRNA加工合成等过程的调控机制.最后,简单总结了血红素的合成异常导致的疾病及可能的治疗策略.总之,红细胞稳态的维持需要协调平衡血红素合成,蛋白(尤其是珠蛋白)产生以及铁代谢等生物过程,对它们调控关系的阐明有助于深入了解红细胞分化的调控机制,同时也对红细胞相关疾病的研究及治疗有指导意义.     

细菌血红素降解蛋白结构特点及作用机制

铁离子是几乎所有生物包括细菌生存必需的营养元素. 在宿主体内,绝大多数的铁离子均以血红素的形式存在于各种血红素结合蛋白,如血红蛋白、肌红蛋白等. 当致病菌感染宿主后,血红素将成为某些致病菌主要的铁离子来源. 致病菌编码血红素转运系统,并利用该系统将血红素转运至胞浆,在胞浆血红素被细菌的血红素降解蛋白降解,释放铁离子供细菌利用. 在致病菌中,目前至少有两种血红素降解酶被发现和鉴定. 第一种为经典的血红素氧化酶(heme oxygenase, HO),它催化血红素氧化形成胆绿素、一氧化碳(CO)和Fe2+;第二种非经典降解酶,包括金黄色葡萄球菌的IsdG/IsdI蛋白及其同系物MhuD蛋白,催化血红素分别产生staphylobilin和mycobilin. 另外,部分细菌内存在其它血红素降解因子,其与前两种血红素降解酶无结构同源性,但在血红素降解实验中可产生胆绿素(biliverdin)或CO,因而被鉴定为“血红素降解蛋白”. 对细菌血红素降解蛋白分子结构解析及作用机制的深入理解,将有助于新的血红素降解蛋白的发现和鉴定.     

血红素与异咯嗪单核苷酸的分子络合物

血红素与FMN反应后的差光谱在500mμ—800mμ范围内有三个差吸收峰,波长分别为525mμ,610mμ及685mμ。用所谓连续变易法作图结果表明反应产物包括:血红素比FMN等于1:1,1:2及1:4等三种络合物,结合紧密程度依次降低。老化血红素与FMN反应只能产生1:1的络合物,表现出一个差吸收峰(585mμ)在过量连二亚硫酸钠存在下差光谱形状略为不同,血红素及FMN皆为全还原型时,络合物络合能力降低一个数量级。在隔绝空气的条件下逐步加入还原剂可以观察到在二者未完全还原前可能尚有其他络合物的生成。无论血红素是否经过老化它与FMN络合生成的产物差光谱皆受溶液离子强度的影响。对血红素与FMN络合的物质进行了讨论,所生成的某些络合物很可能是属于所谓电荷转移形式。这两种生物氧化中重要辅基如生成电荷转移络合物,可能与呼吸链中的电子传递有密切关系。     

抗坏血酸增强氯高铁血红素诱导的溶血

研究抗坏血酸对氯高铁血红素所诱导的红细胞溶血的影响.红细胞溶血采用在540 nm处测定 上清液血红蛋白吸光度的方法;红细胞巴比妥酸反应产物 (TBARS)测定采用Stocks 等建立的方法;高铁血红蛋白的测定采用Sezebeni等报道的方法.结果表明：抗坏血酸显著增强氯高铁血红素所诱导的溶血.尽管氯高铁血红素本身并不影响红细胞TBARS和高铁血红蛋白的水平,但是,氯高铁血红素和抗坏血酸一起诱导红细胞TBARS和高铁血红蛋白含量的增加;过氧化氢酶显著地抑制抗坏血酸增强氯高铁血红素诱导红细胞的溶血、TBARS和高铁血红蛋白的生成;氢氧自由基淬灭剂显著地抑制抗坏血酸增强氯高铁血红素诱导红细胞溶血.由上述可得到如下 结论：抗坏血酸增加氯高铁血红素诱导的红细胞氧化压力与H₂O₂有关;氢氧自由基可能是抗坏血酸增强氯高铁血红素诱导红细胞溶血的原因;抗坏血酸在氯高铁血红素存在时,可以作为一个亲氧化剂而非一个抗氧化剂.     

醌血红素蛋白的电子传递

醌蛋白是以吡咯喹啉醌（PQQ）及其结构类似物为辅酶的一类氧化还原酶。醌血红素蛋白是以PQQ和一个或多个血红素作为辅助因子的醌蛋白,包括醌血红素蛋白醇脱氢酶和醌血红素蛋白胺脱氢酶。简要综述了醌血红素蛋白的结构特点,在分子内从PQQ到血红素的电子传递,以及醌血红素蛋白与蛋白之间的分子间的电子传递。     

脑血红素加氧酶系统的作用研究

血红素加氧酶（HO）是降解血红素的微粒体酶系统,催化降解血红素生成一氧化碳（CO）、胆绿素和铁离子,同工酶HO-1和HO-2广泛分布于脑中,具有不同的调控机制,可能发挥着调节NO水平,抗氧化应激,参与神经元退行性变等重要作用。     

肌红蛋白与H2S反应的结构功能学研究

近年来,内源性H_2S作为第3种被发现的新型气体信号分子,其生理学作用逐渐受到研究者的重视.在哺乳动物体内,H_2S与血红素蛋白的结合有两种方式,一种是H_2S直接键合血红素中心Fe形成Fe-H_2S复合物;另一种则是H_2S修饰血红素卟啉环,形成硫代血红素结构.我们选用肌红蛋白(myoglobin,Mb)作为研究对象,通过点突变技术改变了血红素活性中心结构,结合紫外-可见光谱学以及X-射线晶体学,研究了H_2S与不同突变型Mb反应后的光谱和结构变化.结果显示:血红素中心近、远端腔微环境的变化,如腔体极性、氢键数目、氢键位置等因素直接影响蛋白质与H_2S的结合,以及硫代血红素(sulfheme)的形成.这些结果为研究血红素蛋白参与内源性H_2S代谢机理提供了重要的实验数据.     

鸭疫里氏杆菌B739＿RS00825基因缺失株抗血红素毒性和氧化应激损伤以及定殖能力分析

【目的】血红素可作为细菌重要的铁离子来源,然而转运过多的血红素也会对细菌造成毒性。细菌通过调节、外排、螯合等多种方式减轻血红素毒性作用。鸭疫里氏杆菌(Riemerella anatipestifer, RA)是一种感染鸭及其他禽类的革兰氏阴性病原菌。前期研究表明,该菌编码血红素转运系统,且能够从血红蛋白获取血红素,然而该菌是否编码血红素解毒蛋白未知。本研究以编码一氧化氮合成酶的基因B739＿RS00825为研究对象,分析其在抗血红素毒性和氧化应激损伤以及定殖能力中的功能。【方法】构建B739＿RS00825缺失株,并通过测定生长曲线、细菌存活率、毒力及定殖等试验方法鉴定其在抗血红素毒性、抗氧化应激损伤、宿主致病中的功能。【结果】与RA CH-1相比,RA CH-1ΔB739＿RS00825在添加过量血红素的培养基中生长不受影响;然而与RACH-1Δfur相比,RACH-1ΔfurΔB739＿RS00825在含血红素培养基中的生长明显受到抑制且对H₂O₂的抵抗力降低;B739＿RS00825基因在氧化应激条件下及fur缺失株中明显上调;与RA ...     

血红素对人脐静脉内皮细胞氧化应激损伤的保护作用

采用过氧化氢作用于人脐静脉内皮细胞 ,成功地制作了氧化应激损伤的细胞模型 ,将培养的细胞分为 3组 :正常对照组 ,损伤组 (给予过氧化氢 )和血红素组 (同损伤组的制备 ,预先加入血红素 ) .观察各组细胞在光、电镜下形态学和蛋白质电泳的改变 ,用MTT法检测了各组细胞的生长状态 .结果表明 :在血红素组 ,细胞生长状态、MTT水平和蛋白质电泳结果与损伤组相比有明显好转且差异显著 ,证明血红素对人脐静脉内皮细胞氧化应激损伤有明显的保护作用 .     

可溶性鸟苷酸环化酶的调节机制及与心血管疾病治疗关系

一氧化氮(NO)介导的心血管效应主要是通过激活可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)实现的,NO通过结合于sGC的β1亚单位的血红素Fe(II)使sGC激活。新近有研究表明,sGC的激活机制分两步:低浓度的NO直接作用于血红素基团,使sGC部分激活;而高浓度的NO通过与sGC的半胱氨酸巯基结合形成巯基-NO加合物,使sGC完全激活。近年来开发了多种血红素依赖的sGC激活剂(如YC-1、BAY 41-2272等)和非血红素依赖的sGC激活剂(如BAY 58-2667等)。BAY 58-2667是目前发现的第一个能保护无血红素sGC免受降解同时又能激活sGC的激活剂,有望成为治疗多种心血管疾病的新药物。     

血红素加氧酶与炎症性疾病

血红素加氧酶(HO)是一种降解血红素的限速酶,它能催化血红素降解生成一氧化碳(CO)、胆绿素和游离铁离子。大量证据表明HO-1及其催化产物具有抗炎、抗氧化损伤、抗增生等功能,具有细胞保护作用,能使细胞产生对伤害性刺激的适应和保护性作用。炎症反应是大多数疾病共同的病理特征,研究HO与炎症的关系将为炎症性疾病的治疗开辟新的途径。     

血红素氧合酶HugZ组氨酸-249对组氨酸-245侧链缺失补偿的结构基础

血红素氧合酶HugZ是幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori)利用宿主血红素作为铁源的关键蛋白．HugZ的His245残基侧链咪唑基与血红素中心铁配位结合,是酶活中心的重要组成部分．用定点突变的方法构建HugZ突变体H245A、H249A和H245A/H249A基因,并将突变体蛋白表达纯化．通过X射线晶体学途径解析了突变体H245A与血红素复合物的2.55Å分辨率晶体结构．结构解析表明,HugZ的His249残基侧链咪唑基团与血红素的铁原子结合,从而补偿了His245侧链缺失．这种结构特征在已知血红素氧合酶中未曾发现．Val238 ψ平面的可翻转和Gly239的柔性是His249能与血红素配位结合的关键原因,二者的共同作用改变了C端肽链的走向,使Val238与His249之间的柔性回折与α1螺旋的相互作用发生解离,并向远离血红素的方向伸展．HugZ蛋白与血红素结合的光谱实验证明HugZ柔性C端上的组氨酸残基有利于HugZ与血红素的结合．研究结果表明,含多个组氨酸残基柔性C端的存在有利于血红素氧合酶HugZ结合和分解血红素．     

血红素对大肠杆菌铁蛋白稳定性及自组装的影响

大肠杆菌铁蛋白(bacterioferritin,BFR)是由同源亚基24聚体组成的高度对称的八面体壳状结构,其中处在C2对称轴的每两个亚基之间即存在一个血红素分子。为了探讨血红素对细菌铁蛋白结构稳定性及在蛋白质自组装过程中的影响,通过定点突变将第52位蛋氨酸突变为丙氨酸以去除血红素分子,并应用体积排阻色谱、透射电镜、紫外-可见光吸收光谱及圆二色谱等手段对突变蛋白M52A的聚合态、二级结构及热力学性质等进行分析。结果表明:去除血红素虽然对铁蛋白的自组装没有明显影响,但是对其热稳定性产生较大影响,突变后蛋白质的T_m值为54.3℃,远小于野生型铁蛋白T_m值69.9℃,且经过氯化血红素与同浓度下该突变体M52A化学诱导结合后,发现其T_m值重新恢复至67.7℃。由此可知,血红素对大肠杆菌铁蛋白稳定性影响很大,且具有调控铁蛋白稳定性的作用。     

革兰氏阴性菌血红素转运系统结构及功能特点

铁是大多数生物包括细菌生存的必需营养元素．对于感染宿主的致病细菌,血红素(heme/haem)可作为一种主要的铁来源．血红素转运系统在革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中均有发现和鉴定,其转运机制在革兰氏阴性菌中有较为深入研究．革兰氏阴性菌血红素转运系统主要由分泌于细胞外的血红素载体(hemophore)、血红素受体、TonB ExbB ExbD复合物、ABC转运体、血红素降解蛋白和调控蛋白等结构单元组成．对参与该系统的各个蛋白结构特点以及它们之间的相互作用机制的讨论,有助于对病原菌致病机制的深入研究和抗菌新药的研发．