多聚磷酸盐及其代谢酶的研究进展

多聚磷酸盐(polyP)是由几个到几百个无机磷酸盐单体通过高能磷酸键聚合而成的线性多聚体,广泛分布于自然界和生物体.本文总结了polyP在生物体中的重要功能,包括基因表达和调控、DNA的摄取、微生物的运动性、对胁迫和饥饿的应答、病原菌的毒性以及对细胞凋亡、血液凝固、细胞钙化、线粒体功能的调节,需要polyP的酶有内切酶、葡萄糖激酶、NAD激酶和AMP磷酸转移酶等.本文对调控polyP的多聚磷酸盐激酶(polyphosphate kinase,ppk)和外切聚磷酸酶(exopolyphosphatase,PPX )的生化性质和结构也进行了总结.同时,结合我们的研究工作,重点分析了结核分枝杆菌中PPX的同源蛋白和可能的生物化学活性.     

多聚磷酸盐在微生物抗环境胁迫中的作用及机制

抗环境胁迫是微生物提高环境适应性和增加生存机会的一个重要策略，探明微生物抗环境胁迫的过程及分子机制对于了解微生物进化和开发微生物资源具有重要意义。多聚磷酸盐（polyphosphate, polyP）在微生物抗环境胁迫中发挥重要作用。在营养限制条件下，polyP可充当微生物的能源来源和信号分子，增强微生物对低营养环境的适应能力。在微生物应对环境胁迫过程中，polyP可作为蛋白质的伴侣，通过蛋白质修饰改变蛋白质结构使其免受失活，从而维持其功能完整性。polyP具有金属螯合能力，可提高微生物对重金属胁迫的抵抗能力。微生物能通过调节polyP的合成来适应环境pH的改变，调节酸碱胁迫过程中的能量消耗。基于polyP抗环境胁迫的特性，通过转基因技术，把polyP合成相关基因转入到农作物中，可以增加农作物体内polyP含量，从而提高农作物抗环境胁迫的能力。利用含有polyP的微生物处理重金属废水，可极大地提高重金属离子的去除效率。同时，微生物中合成的polyP颗粒也能进一步开发为生物活性产品。因此，polyP在微生物抗胁迫中发挥多样化作用，通过各种分子途径提高微生物对环境胁迫的耐受性。加强poly...     

多聚磷酸相关蛋白结构及生物学功能

多聚磷酸（polyphosphate,polyP）是由几个到数百个磷酸基通过高能磷酸酐键连接而成的链状多聚体,存在于所有细胞生物中.多聚磷酸相关蛋白包括多聚磷酸相关酶和多聚磷酸结合蛋白.多聚磷酸相关酶如多聚磷酸激酶（polyphosphate kinase,PPK）催化polyPn生成polyPn+1的可逆反应;外切聚磷酸酶（exopolyphosphatase,PPX）、内切聚磷酸酶（endopolyphosphatase,PPN）能将polyP水解成磷酸残基;多聚磷酸依赖的激酶将polyP的磷转移到生物小分子上,如葡萄糖和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide,NAD）,使其分别磷酸化为6 磷酸葡萄糖和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADP）.多聚磷酸结合蛋白可与多聚磷酸结合,发挥各种生物学功能.本文将简要介绍多聚磷酸相关蛋白的结构与主要生物学功能,以阐述多聚磷酸参与的细胞内生化过程.     

多聚磷酸盐：菌体内多功能调控子和环境压力守护者

多聚磷酸盐(polyP)是由几个到上百个磷酸基团组成并由高能磷酸酐键连接的链状无机化合物,广泛地存在于所有生命体中。研究表明,polyP在不适宜的生存条件下会在菌体内聚集,使菌对环境压力有极强的耐受性,它与其相关的酶PPK、PPX、ppp Gpp等一起作出应激反应;在寡营养环境下,polyP作为能量和磷源库,和Rpo S、Lon蛋白及σ因子等一起参与一系列饥饿压力应答,这种存活机制与寡营养菌的生活方式类似。这些反应得益于polyP链状的灵活性和高荷电性,但是其具体的调控机理仍很少为人所知。本文阐述了以4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-Diamidino-2-phenylindole,DAPI)为基础的荧光染色方法进行菌体内polyP的定性(荧光或电子显微镜)和定量(荧光分光光度计),重点归纳分析了以polyP为核心的关于细菌适应恶劣生存环境的代替机制。     

多聚磷酸盐聚合酶VTC复合体的结构和功能

磷酸盐(P_i)稳态在所有生物体中都是一个受严格调控的过程,其功能障碍会导致人类肾范科尼综合征(Fanconi syndrome)、植物生长迟缓和微生物致死等多种功能紊乱。为了在P_i的生物合成需求和胞质P_i浓度过高的风险之间实现平衡,细胞以无机多聚磷酸盐(polyP)的形式将P_i储存在膜结合的酸钙小体样细胞器中。酿酒酵母液泡转运蛋白伴侣(vacuolar transporter chaperone,VTC)复合体作为已知的真核生物多聚磷酸盐聚合酶,利用ATP在胞质中合成polyP,并将其转运到液泡中储存起来以维持细胞内P_i稳态。本文从结构特征、polyP合成及polyP转运机制等方面介绍了VTC复合体结构和功能的最新研究进展,着重介绍了最近发表的完整VTC复合体的结构信息,并探讨了VTC的激活机制。     

生物细胞中颗粒状多聚磷酸盐细胞器的结构与功能

多聚磷酸盐(polyphosphat,poly P)是一种由数十个或上百个磷酸根聚合而成的生物大分子,以颗粒状、胶体状和溶解状等多种状态存在于各类生物细胞中。生物体中的poly P能够通过分解提供能量;鳌合金属离子来调节细胞内渗透压,维持质膜稳定;与蛋白质或DNA结合稳定其结构,减轻细胞应激损伤。颗粒状多聚磷酸盐细胞器主要指细胞中用于贮存颗粒状poly P、金属阳离子以及蛋白质、氨基酸和少量水等物质的细胞器。在寄生虫细胞中颗粒状聚磷细胞器常称为酸性钙体,而细菌或者其他微生物细胞中则称为异染颗粒,但是随着研究的不断深入,发现酸性钙体和异染颗粒都具有相似的结构特征,遂将其统一定义为颗粒状多聚磷酸盐细胞器。颗粒状聚磷细胞器的发现拓展了生物共同祖先(last universal common ancestor,LUCA)的学说,丰富了原核生物细胞器认知,我们相信该细胞器在生命起源、抗环境胁迫、生物互作和代谢调控等方面具有重要功能,在疾病治疗以及磷生物地球化学循环过程中发挥重要作用。     

非自然氨基酸在蛋白质中的引入方法及其在化学生物学中的应Q用

蛋白质是生命的物质基础,在生物体中行驶着极为重要的功能,各种细胞活动和生命过程的发生都需要蛋白质的参与。例如,DNA复制转录,RNA翻译,以及信号传导等过程中发挥关键作用的聚合酶、翻译复合物、信号传导受体等都是蛋白质。正常细胞体内的所有蛋白质都由20种天然存在的氨基酸组成,它们通过立体构象变化及翻译后修饰等来控制其功能的发挥。而在实际应用中,学者们为了实现不同的研究目的,发展了很多在蛋白质中引入20种自然氨基酸之外的非自然氨基酸(unnatural amino acid,UAA)的方法,如化学修饰合成、体外翻译、遗传密码扩展等,从而将蛋白质的性质根据研究和应用的需要进行拓展。本文综述了各类化学与生物中引入非自然氨基酸的方法,并介绍了非自然氨基酸在化学生物学研究中的最新应用。     

细胞外MicroRNA及其生物学作用

microRNA(miRNA)是一类在生物体中广泛表达的非编码调节性小分子RNA,在细胞内通过碱基互补配对的方式抑制靶mRNA的翻译,在转录后水平调控靶基因的表达。新近研究显示,生物体液中存在稳定的miRNA。细胞外miRNA与生物体的生理病理状况有着密切的关系。本文就miRNA的发现、生物体内的转运以及生物学功能方面作一综述。     

多聚磷酸盐及其在分枝杆菌中的生理功能

结核病仍然是全球性传染病。缩短疗程的新药和新疫苗是控制结核病的关键。研究分枝杆菌的生理功能有助于实现上述目的。多聚磷酸盐在细菌胁迫应答中发挥重要作用。结核分枝杆菌具有两类多聚磷酸盐代谢酶以控制细胞内多聚磷酸盐的动态平衡:多聚磷酸盐激酶和多聚磷酸酸盐水解酶。本文综述多聚磷酸盐在分枝杆菌中的代谢及其生理功能,以期为研究多聚磷酸盐在结核分枝杆菌中的生理功能提供参考。     

多聚磷酸盐在细菌和哺乳动物细胞中的作用

多聚磷酸盐(Poly P)广泛分布于真核生物和原核生物中,是由几十个到几百个无机磷酸盐单体通过高能磷酸键聚合而成的线性多聚体。Poly P能影响细菌的毒力,有助于细菌抵抗环境中的压力刺激。在真核细胞中,Poly P与核仁的转录相关,可促进凝血和细胞分化、调节促炎反应,并和骨的重构、矿化及去矿化相关。同时,Poly P也是线粒体通透性转换孔的激活物。本文综合阐述Poly P在微生物及哺乳动物中的作用及相关机制,同时结合我们的研究工作,分析Poly P对大肠杆菌致病性的影响,以期引起研究者对Poly P的关注。     

RNA干扰机制的研究进展

RNA干扰(RNAi)广泛存在于各种生物体中,是参与细胞防御与分化调控的重要机制之一。RNAi的作用由双链RNA启动,通过在转录、转录后和翻译等多个水平上对同源基因表达的特异阻断和抑制来实现,清晰地阐明其作用机制将为功能基因组学、发育生物学,以及抗肿瘤、抗病毒的新策略研究提供重要的理论依据。本文综述了近年来有关RNAi机制的研究进展。     

多聚磷酸盐在原核和真核生物中的研究进展

多聚磷酸盐(polyphosphate, poly P)广泛存在于自然界无机环境和生命有机体.细菌学研究显示,poly P可增强细胞抵抗外界恶劣环境的能力,促进严瑾反应(strigent response)和孢子形成,促进生物被膜的形成,提高捕食能力,增强细菌毒力等.对真核生物的研究发现,poly P可以促进正常成骨细胞和成纤维细胞分化成熟,参与胞内钙的贮存与释放,刺激一些肿瘤细胞增殖等.本文从现有的信息入手,推测poly P在神经系统中的功能.     

pH值对Gigaspora margarita孢子萌发、菌丝生长与聚磷酸盐含量的影响

土壤pH值是影响AM真菌的生理与生态过程的重要因子之一,本试验在培养基上接种Gigasporamargarita的孢子,研究了pH值分别为5.2、6.0和6.8时孢子萌发率、菌丝生长和菌丝中聚磷酸盐(polyP)的含量。结果表明,不同pH条件下的孢子萌发率没有明显差异,培养12d后的萌发率为70%左右;随着pH的升高,菌丝的长度逐渐增加,表明低pH对菌丝的生长有一定的抑制效应;培养12d后,孢子中polyP含量低于菌丝中polyP含量,pH6.0和pH6.8的条件下菌丝中polyP含量明显高于pH5.2的含量,表明低pH也能降低菌丝中的聚磷酸盐含量。认为低pH对菌丝生长和polyP含量的抑制可能是其限制AM真菌功能发挥的重要机制之一。     

pH值对Gigaspora margarita孢子萌发、菌丝生长与聚磷酸盐含量的影响

土壤pH值是影响AM真菌的生理与生态过程的重要因子之一,本试验在培养基上接种Gigasporamargarita的孢子,研究了pH值分别为5.2、6.0和6.8时孢子萌发率、菌丝生长和菌丝中聚磷酸盐(polyP)的含量。结果表明,不同pH条件下的孢子萌发率没有明显差异,培养12d后的萌发率为70%左右;随着pH的升高,菌丝的长度逐渐增加,表明低pH对菌丝的生长有一定的抑制效应;培养12d后,孢子中polyP含量低于菌丝中polyP含量,pH6.0和pH6.8的条件下菌丝中polyP含量明显高于pH5.2的含量,表明低pH也能降低菌丝中的聚磷酸盐含量。认为低pH对菌丝生长和polyP含量的抑制可能是其限制AM真菌功能发挥的重要机制之一。     

真菌非编码RNA

非编码RNAs(non-coding RNA,ncRNAs)是一类在生物体中广泛存在的且不编码蛋白质的功能性RNA分子,直接在RNA水平发挥作用,影响生物体的生命活动.动植物ncRNAs的研究已有大量的文献报道,而真菌ncRNAs的研究报道则相对较少.近年来,随着研究技术的进步,人们在真菌中也发现了不少种类的ncRNAs,如snoRNA派生的ncRNAs、长片段ncRNAs (long non-coding RNAs,lncRNAs)、干扰小RNA(smallinterfering RNAs,siRNAs)、Killer双链RNA病毒,及丝状真菌的新型ncRNAs等.这些ncRNAs在真菌中具有多种多样的生物学功能,涉及基因的转录翻译、RNA加工修饰、染色体结构稳定性,以及真菌致病性等.因此,研究真菌ncRNAs不仅能为了解真菌的基因表达调控系统和生长提供重要信息,也能为阐明致病性真菌的致病机理提供新思路,对真菌性疾病的治疗具有重大意义.本文对真菌ncRNAs的发现、起源、分类、生物学功能等进行了综述,以期为进一步深入研究真菌ncRNAs提供一定的理论与研究基础.     

细菌黑色素的合成途径及生物功能研究进展

黑色素的合成是生物界从细菌到人类都普遍存在的现象。黑色素在生物体中具有抗紫外辐射、清除自由基等功能,对于生物的生长发育虽非必需,却能极大提高生物体的生存竞争能力。此外,黑色素合成途径中的关键酶类如酪氨酸酶能代谢不少酚类物质,在化工等领域具有实际应用价值。本文重点从细菌黑色素的种类、生物合成途径、黑色素的生物学功能方面进行阐述。     

联合国教科文组织新编理科教学实验手册生物学部分选登(二)

研究生物体(1) 为什么学生们要研究活的生物体现代生物学强调研究活的生物体而不是去研究一些死的生物标本,因此,学生们研究生物体最好从研究活的生物体开始。只要有可能,这种研究最好是在生物体生存的自然环境中进行。比较符合逻辑的是从研究一个生物体的习性开始。     

MicroRNAs研究进展

MicroRNAs是一组21-25 nt长的非编码蛋白质的短序列RNA,能通过碱基配对与mRNA分子的3′非翻译区相结合来降解mRNA或抑制靶基因的翻译。MicroRNAs的主要功能是调控基因的表达,在生物体的生长、发育及疾病发生中扮演着重要的角色。最初绝大多数microRNA都是通过大量的克隆和测序发现的,信息学只用来验证克隆的序列是否具有发夹结构,然而这些方法无法检测低丰度或组织特异性的microRNAs。目前依赖计算机的精密的microRNAs预测技术和有效的生物学鉴定技术在mi- croRNAs的识别及其功能的阐明方面起着极其重要的作用。本文主要对microRNAs的生物信息学预测及鉴定技术进行综述。     

翻译组学:方法及应用

所有产生生物学功能的蛋白质都必须由翻译过程来合成,翻译调控是中心法则诸多层次调控中最重要、最显著的调控环节,其对蛋白质组的调控幅度超过其他所有调控层次的总和。因此对翻译进行总体的研究非常必要,涉及生命科学的方方面面。翻译组学是总体上研究细胞内翻译状况的新兴学科,已在蛋白质组、肿瘤研究、微生物抗逆研究等方面做出了全新的贡献,极大地拓展了人们在翻译调控和蛋白质合成方面的视野。本文综述了近年来研究翻译组的主要方法,及其在基础研究与工程应用方面的巨大潜力。     

末端蛋白质组学研究进展

蛋白质是一类重要的生物大分子,参与生物体的各种生命活动。蛋白质组学研究主要致力于从整体水平上对一个生物体包含的所有蛋白质进行定性和定量分析。蛋白质的末端参与众多的生物学过程,与蛋白质的转运、定位、凋亡和降解等有密切联系。因此,详细研究末端蛋白质组学将有助于揭示相关的生物学机制,是蛋白质组学研究的重点之一。本文就蛋白质末端的修饰、功能、研究方法及应用前景进行简要综述。