革兰氏阴性菌TonB依赖性受体的功能与结构研究进展*

为维持生长所需,革兰氏阴性菌需要从外界摄取多种营养物质。分子量小于600 Da的分子可以通过自由扩散的方式通过革兰氏阴性菌的外膜,而大分子物质则需要特殊的转运系统才能将其转运至革兰氏阴性菌的胞内。革兰氏阴性菌对大分子营养物质的识别和转运主要由TonB依赖性受体负责完成。所有革兰氏阴性菌中均有TonB依赖性受体的存在,然而不同种类的革兰氏阴性菌拥有TonB依赖性受体的数量不同且功能各异。最近研究表明,TonB依赖性受体不仅参与了铁、血红素、锰、锌、镍、维生素、碳水化合物等多种营养物质的摄取,而且参与了蛋白酶的分泌。为对TonB依赖性受体提供更为深入和系统的理解,详细介绍了目前已知的TonB依赖性受体的功能及结构,以期为更进一步探知TonB依赖性受体未知功能提供可参考依据。     

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。     

革兰氏阴性菌TonB-ExbB-ExbD复合物的功能、作用机制、分布及进化

革兰氏阴性菌在生长繁殖过程中需要从外界摄取营养物质。一些小分子营养物质可以自由地通过革兰氏阴性菌的细胞膜,而一些大分子营养物质的转运需要特异性的TonB复合物依赖性的外膜受体进行转运。TonB复合物由TonB、ExbB、ExbD构成,是革兰氏阴性菌对外界营养物质主动转运过程的能量提供单位,在革兰氏阴性菌分布广泛。近年来,对TonB-ExbB-ExbD复合物的功能、结构及作用机制取得了重大研究进展,然而此复合物在不同的细菌也存在功能及作用机制上的差异。基于此背景,本文综述了TonB复合物的功能和结构研究进展,并分析了TonB复合物在革兰氏阴性菌中的分布、进化,比较了不同革兰氏阴性菌此复合物的差异,有助于进一步发现和揭示TonB复合物的新功能与作用机制。     

革兰氏阴性菌TonB-ExbB-ExbD复合物的功能、作用机制、分布及进化分析

革兰氏阴性菌在生长繁殖过程中需要从外界摄取营养物质。一些小分子营养物质可以自由地通过革兰氏阴性菌的细胞膜,而一些大分子营养物质的转运需要特异性的TonB复合物依赖性的外膜受体进行转运。TonB复合物由TonB、ExbB、ExbD构成,是革兰氏阴性菌对外界营养物质主动转运过程的能量提供单位,在革兰氏阴性菌分布广泛。近年来,对TonB-ExbB-ExbD复合物的功能、结构及作用机制取得了重大研究进展,然而此复合物在不同的细菌也存在功能及作用机制上的差异。基于此背景,本文综述了TonB复合物的功能和结构研究进展,并分析了TonB复合物在革兰氏阴性菌中的分布、进化,比较了不同革兰氏阴性菌此复合物的差异,有助于进一步发现和揭示TonB复合物的新功能。     

革兰氏阴性菌亚铁离子转运系统的组成及作用机制

几乎所有细菌的生长都离不开铁元素。在有氧的环境中,三价铁离子几乎无法被细菌直接利用。但是在宿主胃肠道中,铁元素主要以可溶性的亚铁离子形式存在,它们可通过革兰氏阴性菌外膜直接进入胞周质,在周质通过亚铁离子转运系统,将铁离子转运至胞浆供细菌利用。绝大多数阴性菌主要是通过Feo转运系统利用亚铁离子,大肠杆菌的Feo转运系统由feoA、feoB和feoC3个基因组成。除Feo转运系统外,还发现Yfe转运系统、Efe转运系统、Sit转运系统等。本文重点介绍革兰氏阴性菌Feo转运系统的组成及作用机制,以期为进一步研究细菌亚铁离子的转运机制提供参考。     

部分革兰氏阴性菌脂多糖运输蛋白LptD的结构及功能研究进展

在革兰氏阴性菌中,脂多糖是外膜的重要组成部分,并参与构成细菌的固有免疫。而在大多数革兰氏阴性菌中,Lpt系统都是运输脂多糖的唯一途径,在该系统中LptD作为一个跨膜的外膜蛋白,也是脂多糖输出的最后一步,因此被许多学者称作脂多糖运输的"命门"。LptD参与多种重要的生物学功能,包括有机溶剂耐受性、疏水性抗生素耐受性、膜通透性等。但近来的研究表明,LptD最重要的功能是参与了脂多糖的运输,也因为其参与脂多糖运输而具有了多种功能。本文重点介绍部分革兰氏阴性菌LptD的蛋白结构及其功能研究进程,以期为进一步研究其它革兰氏阴性菌脂多糖运输通路(Lpt通路)及该通路上各蛋白间的相互作用机制提供参考。     

革兰氏阴性菌脂多糖运输系统的构成及作用机制

革兰氏阴性菌包含有两层组分不同的膜结构——内膜和外膜,对大多数革兰氏阴性菌而言,脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)是其外膜上最主要的脂质成分,锚定在外膜小叶(the outer leaflet of the OM)上,是革兰氏阴性菌固有免疫的重要组成部分。脂多糖运输系统(lipopolysaccharide transport system,Lpt)将胞内装配完整的LPS正确装配到外膜,使得与脂多糖相关的阻渗、有机溶剂耐受性、疏水性抗生素耐受性、膜通透性等功能得以实现。该运输系统的正确作用主要依赖7个不同的脂多糖运输蛋白(Lpt ABCDEFG)协同完成,整个系统贯穿细菌内膜至外膜,由内膜上ABC转运体复合物Lpt B2FG、胞质内转运协同蛋白Lpt A/C及被许多学者称作脂多糖运输的"命门"的外膜蛋白复合物Lpt DE共同构成。本文就革兰氏阴性菌脂多糖的具体结构功能进行简介,进而综述脂多糖运输系统的7个蛋白的构成和作用机制,以期为进一步研究该系统中每个蛋白的功能提供理论基础及参考。     

部分革兰氏阴性菌胞外功能 sigma因子结构与调控铁离子的利用机制

铁离子是大多数细菌生存所必需的一种营养物质,但摄入过多的铁离子也会对细菌造成损伤。因此,细菌对铁离子的摄取受到严格调控。革兰氏阴性菌对铁离子的摄取主要受Fur (ferric uptake regulator) 蛋白和σ（sigma）因子的调控。σ因子是RNA聚合酶的可解离亚基,能使RNA聚合酶结合到基因的启动子区域,从而引起基因转录。因此,σ因子在原核生物转录起始过程中必不可少。细菌中存在多种σ因子,参与铁离子调控的σ因子即是胞外功能σ因子（extra cytoplasmic function sigma factor, ECF sigma factor）。通常,胞外功能σ因子活性可被抗σ因子（anti sigma factor）抑制。当受到外界环境信号的刺激,σ因子与抗σ因子解离,从而使σ因子活化并结合RNA聚合酶核心酶形成全酶,引起目的基因的转录。本文将就胞外功能σ因子在σ因子家族中的分类地位、结构特点以及对3价铁离子和血红素的转运调控机制作一综述。     

革兰氏阴性菌脂蛋白Lol系统转运蛋白的功能及表面展示分泌机制

细菌脂蛋白是细胞膜的重要组成成分,在革兰氏阴性菌的生理及致病性中扮演着重要的角色。革兰氏阴性菌中已知负责胞内脂蛋白转运的是Lol(Localization of lipoprotein)系统。该系统识别成熟脂蛋白的分泌信号,将外膜脂蛋白转运并定位于细胞外膜内侧。近年来的研究发现,跨细胞外膜进行表面展示的脂蛋白实际上在革兰氏阴性菌中广泛存在,其分泌机制开始成为研究热点。为了对革兰氏阴性菌中脂蛋白分泌机制的研究现状有一个系统全面的了解,本文概述了脂蛋白转运过程中Lol系统5个转运蛋白的功能与保守性、不同细菌中脂蛋白分泌信号的差异以及表面展示脂蛋白可能的分泌机制。     

TonB and the Gram-negative dilemma

TonB protein serves as an energy transducer to couple cytoplasmic membrane energy to high-affinity active transport of iron siderophores and vitamin B₁₂ across the outer membranes of Gram-negative bacteria. The biochemical mechanism of the energy transduction remains to be determined, but important details are already known. TonB is targeted to and anchored in the cytoplasmic membrane by a single membrane-spanning domain and spans the periplasm to physically interact with outer-membrane receptors of the transport ligands. TonB-dependent energy transduction is modulated by ExbB protein, which stabilizes TonB, and possibly by several other proteins including ExbC, ExbD, and TolQ. TonB has a relatively short functional half-life that is accelerated when rates of active transport across the outer membrane are increased. A model that incorporates this information, as well as some tempered speculation, is presented.     

转录因子SoxR的结构、调控机制及生理功能

转录因子SoxR是典型的汞抗性操纵子调节因子家族的成员,广泛存在于变形菌门、放线菌门、酸杆菌门等微生物类群中。SoxR感受胞内氧化还原电势,通过铁硫簇失去一个电子,而激活目标基因的表达。SoxR在大肠杆菌中能应答过氧化物,负责抗氧化胁迫的全局性调控;在铜绿假单胞菌中受群体感应终端信号分子绿脓菌素的激活,参与群体对环境变化的协同应答过程。本文综述了SoxR的结构、作用机制和生理功能。近年来关于SoxR的研究虽然已取得许多令人瞩目的成果,但SoxR激活的分子机制仍有待确立和验证,同时也亟待在更多微生物类群中开展相关研究。对这些问题的深入研究,不仅可以更全面地认识SoxR,而且可以对微生物体的整个代谢调控网络有更加深入地了解,并有可能获得里程碑式的重大发现。     

乳酸菌微进化的研究进展

摘要:乳酸菌是食品工业中重要的微生物,乳酸菌微进化研究有助于深入解析其生物学功能与机制。随着分子生物学的发展,多位点序列分型(Multi-locus Sequence Typing,MLST)及基因组重测序(Whole-genome resequencing)等技术手段应运而生,使得从分子水平上阐述乳酸菌的系统发育和种群进化关系成为可能。MLST已被广泛用于乳酸菌遗传多样性和种群结构等微进化研究中,近期,测序成本的锐减使全基因组测序技术在乳酸菌微进化研究中的优势日益突显。本文对乳酸菌微进化的理论基础、研究方法和意义进行了阐述,并介绍了全基因组测序技术在乳酸菌微进化方面的应用,旨在为乳酸菌微进化分析研究提供新思路。     

Structural and functional features of glycosyltransferases

Most of the glycosylation reactions that generate the great diversity of oligosaccharide structures of eukaryotic cells occur in the Golgi apparatus. This review deals with the most recent data that provide insight into the functional organization of Golgi-resident glycosyltransferases. We also focus on the recent successes in X-ray crystal structure determination of glycosyltransferases. These new structures begin to shed light on the molecular bases accounting for donor and acceptor substrate specificities as well as catalysis.     

Structural and functional features of caudatocortical connections

Efferent connections of the caudate nucleus were studied experimentally in 13 cats after electrolytic destruction of various parts of it. Preparations were stained by the methods of Nauta, Knook, and Fink-Heimer. Direct caudatocortical connections with a definite topical organization were discovered: a ventrodorsal projection in the cortex corresponds to a rostrocaudal and ventrodorsal distribution of neurons in the caudate nucleus. Striatocortical fibers are few in number and very thin. Their predeterminals were found in both the deep and the superficial layers of the cortex on granule cells and pyramidal cells of different sizes. The results are in agreement with those of most of the recent physiological investigations indicating a close functional connection between the caudate nucleus and the cortex.     

Structural and functional relationships among the RTX toxin determinants of Gram-negative bacteria

Abstract The RTX (repeats in toxin) cytolytic toxins r represent a family of important virulence factors that have disseminated widely among Gram-negative bacteria. They are characterised by a series of glycine-rich repeat units at the C-terminal end of each protein. They also have other features in common. Secretion from the cell occurs without a periplasmic intermediate by a novel mechanism which involves recognition of a signal sequence at the C-terminus of the toxin by membrane-associated proteins that export the toxin directly to the outside of the cell. The structural gene for each protein encodes an inactive toxin which is modified post-translationally to an active cytotoxic form by another gene product before secretion. The genes for toxin synthesis, activation and secretion are for the most part grouped together on the chromosome and form an operon. The toxins all create pores in the cell membrane of target cells leading to eventual cell lysis and they appear to require Ca²⁺ for cytotoxic activity. Although the toxins have a similar mode of action, they vary in target cell specificity. Some are cytotoxic for a wide variety of eukaryotic cell types while others exhibit precise target cell specificity and are only active against leukocytes from certain host species. The characteristic glycine-rich repeat units have been identified in other exoproteins besides those with cytotoxic activity and it is likely that the novel secretory mechanism has been harnessed by a variety of pathogens to release important virulence-associated factors from the cell or to locate them on the cell surface.     

Structural features and functional importance of metzincin metalloproteinases

Structural features of metzincin metalloendopeptidases, their physiological role in a cell, and their potential use in medicine are discussed in this article. The authors published their own results of investigations of the new extracellular Bacillius pumilus metalloendopeptidase that exhibited a unique combination of characteristics of both astacin and adamalysin metzincin families.