硫氧化还原蛋白与细胞内的氧化还原调控

细胞内氧化还原状态直接影响细胞的生存、活化和增殖。硫氧化还原蛋白是一个具有氧化还原活性的小分子蛋白质,它和NADPH以及硫氧化还原蛋白还原酶一起协同作用,组成蛋白质的一个重要的还原体系。这个还原体系还与谷胱甘肽等共同控制细胞的氧化还原状态,对维持和调节细胞的氧化还原内环境有着重要的作用。而另一方面,细胞的氧化还原状态又可以通过对多种信号分子的作用直接影响细胞的多种生理功能。     

人硫氧化还原蛋白系统生物学意义的研究进展

硫氧化还原蛋白Thioredoxin(Trx)是一种重要的氧化还原调节分子,广泛存在于生物体内,与Trx还原酶和NADPH共同组成一个广谱的蛋白二硫键还原系统,在稳定细胞内氧化还原环境与调节蛋白－蛋白,蛋白－核酸相互作用等方面起重要作用,人类的多种肿瘤中均存在Trx的异常表达,Trx直接应用于临床或作为抗肿瘤物的靶分子已引起广泛关注。     

谷氧还蛋白系统及其对细胞氧化还原态势的调控

细胞内氧化还原调控主要是由谷氧还蛋白系统和硫氧还蛋白系统完成。谷氧还蛋白属于硫氧还蛋白超家族,广泛分布在各种生物体内。作为一种巯基转移酶,它能够催化巯基．二硫键交换反应或者还原蛋白质谷胱甘肽二硫化物,以维持胞内的氧化还原态势。谷氧蛋白系统参与氧化胁迫、蛋白修饰、信号转导、细胞调亡和细胞分化等多种生物过程。对其体内作用靶蛋白的研究,有助于阐明谷氧还蛋白在整个细胞氧化还原网络的重要调控作用。     

硫氧还蛋白-1(Trx1)氧化还原状态的检测

硫氧还蛋白-1(thioredoxin-1,Trx1)是一种广泛存在于生物体内的氧化还原调节蛋白,其氧化还原状态的变化是细胞内发挥氧化还原调控作用的重要过程.本文建立了Trx1氧化还原状态的检测方法—氧化还原蛋白免疫印迹法(redox Western blot),即通过碘乙酸(IAA)标记Trx1,根据蛋白所带负电荷的不同,达到分离蛋白氧化与还原状态的目的,并根据能斯特方程计算出相应的氧化还原电势.本方法是在蛋白免疫印迹(Western blot)的基础上建立的,具有低成本、易操作的特点.实验中分别采用H2O2和DTT处理样本,利用此方法检测了细胞裂解液中、细胞内及过表达Trx1氧化还原电势的变化;并检测了HEK293细胞不同生长时期Trx1的氧化还原状态.     

硫氧还蛋白与氧化还原反应

硫氧还蛋白是生物体调节体内氧化还原系统的一种重要蛋白质,它参与了生物体内众多的氧化还原反应,其活性位点是-Cys-Gly-Pro-Cys-,在众多的生命过程中,通过构象的改变行使其调节功能。     

综述: 细胞氧化还原调控与衰老

利用酵母、线虫、果蝇、小鼠等模式生物进行的研究表明,细胞的衰老过程与氧化还原紧密相关.伴随衰老,细胞内GSSG水平升高,GSH、NADPH等水平降低,而氧化还原状态变化将直接影响蛋白质的功能,特别是氧化还原敏感的含巯基蛋白质的功能,从而影响细胞信号转导和细胞命运.氧化还原失衡可能是衰老发生的重要因素.本综述将从氧化还原平衡与衰老、氧化还原调控与信号转导及衰老、氧化损伤与衰老等方面阐述细胞氧化还原调控与衰老研究的最新进展,提出并探讨氧化还原平衡的维持、氧化还原平衡的系统调控及氧化还原调控的个体化等延缓衰老及健康衰老的新策略.     

氧化还原信号转导的分子机制

氧化还原调控参与多种生物学过程,包括细胞增殖、分化和凋亡等的细胞信号转导和基因表达调控,因而在细胞生命活动中扮演着非常重要的角色。细胞内各种氧化还原介质,如活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)等,能对多种蛋白质在半胱氨酸残基上进行可逆性修饰。ROS或RNS对靶蛋白的氧化还原修饰方式主要有巯基／二硫键转换反应、S-亚硝基化及谷胱甘肽化等,这些修饰方式构成了胞内氧化还原信号转导的主要机制。     

氧化还原与细胞凋亡的关联

细胞内氧化还原状态与细胞凋亡相互关联的机理仍然存在很大争议。细胞内氧化还原状态的改变促进了氧自由基(ROS)的产生和凋亡诱导因子的激活,致使细胞凋亡的同时又加剧了细胞内氧化还原状态的改变。通过激活细胞凋亡信号激酶(ASK-1)、氧化还原转录因子NF-κB、AP-1及Caspase激活,揭示了细胞内氧化还原状态伴随细胞凋亡的不同阶段。     

生物体中的氧化还原系统及其效应

生物体中的氧化还原系统主要是由一些富含半胱氨酸残基的蛋白质组成,通过巯基和二硫键的改变调节生物体中的氧化还原状态,从而实现对基因表达的调控。     

半胱氨酸氧化还原状态的协同性

以2002年4月份的Culled Protein Data Bank数据库中的639条蛋白质多肽链为研究对象,统计分析了其含有的584条二硫键的形成特征,发现半胱氨酸氧化还原状态表现出明显的协同性现象：含有二硫键的蛋白质中几乎所有的半胱氨酸都以氧化态形式存在。这一协同性可以通过蛋白质全局水平上的20种氨基酸组分的百分含量很好地加以说明,由此来预测半胱氨酸的氧化还原状态准确率最高可达84．5％。结果表明半胱氨酸是否形成二硫键主要取决于蛋白质全局的而非局部的结构信息。     

大肠杆菌DsbA蛋白的氧化还原性质和构象变化

DsbA蛋白是大肠杆菌周质空间内的巯基 /二硫键氧化酶 ,主要催化底物蛋白质二硫键的形成。利用定点突变结合色氨酸类似物标记技术 ,研究了DsbA蛋白的氧化还原性质和构象变化。结果显示 :(1 )DsbA蛋白的还原态比氧化态的结构更加稳定 ,说明DsbA的强氧化性来源于氧化态构象的紧张状态 ;(2 )DsbA氧化和还原态间特殊的荧光变化主要来源于Trp76在不同状态间微观环境的差异 ;(3 )色氨酸类似物标记不会对DsbA蛋白的结构和功能产生明显的影响 ,利用1 9F NMR进一步证实了DsbA氧化还原状态间的构象变化 ,而且这种变化主要影响Trp76的局部环境 ,而对Trp1 2 6的局部环境没有太大的影响     

植物中氧化还原系统对光合作用的调节

植物中氧化还原系统对光合作用有着重要的调节作用,通过一些氧化还原蛋白在光照和黑暗中结构改变,使植物体内的氧化还原系统发生变化,实现对光合作用的调节。     

氧化还原对铁结合的大肠杆菌拓扑异构酶Ⅰ活性的调控

大肠杆菌拓扑异构酶 I（E. coli TopA）属于 I 型拓扑异构酶,在DNA复制、转录、重组和基因表达调控等过程中发挥关键作用。E. coli TopA 不仅能结合锌,还可以结合铁。细胞内过量铁可与锌竞争,通过与锌指结构域结合减弱其 DNA 结合能力和改变蛋白质空间构象,从而抑制TopA拓扑异构酶活性。然而,铁结合形式TopA的氧化还原特性以及氧化还原条件对其活性的影响仍不清楚。本研究通过紫外分光光谱和体外DNA拓扑异构酶活性分析,发现体外纯化得到的铁结合形式的 TopA 呈氧化状态,能够被二硫苏糖醇和连二亚硫酸钠还原,原本氧化状态下无活性的TopA在还原条件下,可恢复其拓扑异构酶活性。当还原剂被去除后,铁结合的TopA在空气中能够重新被氧化,且其活性重新受到抑制。这说明,氧化还原条件对铁结合的 TopA 功能具有可逆调节作用。通过金属 蛋白体外结合实验进一步发现,无金属结合的TopA蛋白(apo-TopA)在无氧条件下,与 Fe²⁺ 和 Fe³⁺ 均能结合,但与Fe²⁺ 结合能力较弱,并且TopA结合的Fe³⁺ 被还原成Fe²⁺ 后,结合力显著下降,能够被铁螯合指示剂菲咯嗪快速捕获。此外,蛋白质内源性荧光光谱分析实验表明,铁结合的TopA在氧化还原的不同状态时,其在330 nm左右的荧光值有显著差异。这提示,氧化还原条件可能通过影响铁离子与TopA的结合状态,引起蛋白质空间构象改变,从而对TopA的拓扑异构酶活性进行调节。此研究表明,铁结合TopA的拓扑异构酶活性会受到细胞内氧化还原信号的可逆调控,也提示I型拓扑异构酶可能是细胞铁超载通过氧化损伤引起细胞功能障碍（或铁死亡）的靶点之一。     

运动与衰老:线粒体功能和氧化还原的调控

衰老与线粒体功能衰退和氧化还原失衡紧密相关。随着年龄的增加,肌肉线粒体的DNA丰度和蛋白质的合成不断的下降,线粒体代谢过程中的副产物自由基增加导致脂质,蛋白质和核酸等大分子的氧化损伤不断累积。衰老相关的线粒体功能的下降和氧化还原失衡影响运动功能,导致胰岛素抵抗和神经退行性疾病,因而对于调节寿命起到重要的作用。因而线粒体可能是决定寿命的重要因素。大量研究证实长期运动训练可以很大程度预防和改善衰老相关疾病,其机制可能是通过促进线粒体生成和激活内源性抗氧化防御体系而提高线粒体功能和调控氧化还原平衡。因此,长期的运动训练预防衰老相关疾病和提高老年人的生命质量很可能是通过调控线粒体功能和氧化还原平衡而发挥作用。     

植物细胞质膜氧化还原系统

从研究材料、实验方法、氧化还原活性、氧化还原组分以及生理功能等方面介绍70年代末发现的植物细胞质膜氧化还原系统的研究进展。此系统与铁和溶质的吸收、细胞的生长、细胞对蓝光的反应等生理过程有密切的关系,它是质膜H~+-ATPase外的另一能量转换系统。     

植物氧化胁迫信号应答的研究进展

干旱、盐害以及极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育的重要因子。植物在遭受胁迫时，活性氧的快速积累导致胞内氧化还原稳态被打破，进一步诱导产生次级氧化胁迫损伤。除了初级非生物胁迫胁迫信号外,植物细胞也需要产生一系列的次级氧化胁迫信号。氧化还原信号的感知与传递在植物氧化胁迫应答过程中发挥重要的作用，其生物化学基础是功能蛋白质发生的氧化还原翻译后修饰，分别又由多种具有氧化还原活性的小分子介导。本文综述了近年来植物氧化还原信号的研究进展，展望了未来的研究方向，以期为研究植物氧化胁迫应答及氧化还原信号转导提供参考。     

谷胱甘肽化修饰与氧化还原信号转导

蛋白质谷胱甘肽化（S-glutathionylation）是一种重要的翻译后修饰方式,氧化还原信号转导途径的很多相关分子都可受到谷胱甘肽化的调节,尤其是一些重要的蛋白激酶和转录因子。因此蛋白质的谷胱甘肽化修饰日益引起人们的重视。人们推测,谷胱甘肽化可能是细胞内氧化还原信号转导的一种重要机制。     

单增李斯特菌氧化还原蛋白系统研究进展

单增李斯特菌是重要的食源性病原微生物,抗氧化应激是李斯特菌生存和致病的关键机制之一。活性氧(reactive oxygen species,ROS)浓度升高会破坏氧化还原平衡,使机体处于氧化胁迫的应激状态,进而导致生物大分子如蛋白质的损伤。蛋白质中半胱氨酸等含硫氨基酸对ROS尤其敏感,半胱氨酸残基脱氢氧化生成二硫键,可以稳定蛋白质空间构象,增加蛋白质的半衰期,进而使蛋白质免受损坏。抗氧化修复通常指的是对半胱氨酸残基的氧化还原过程,即二硫键的形成与打开。硫氧还蛋白家族包含硫氧还蛋白、谷氧还蛋白和Dsb-样蛋白系统,是生物体中常见的氧化还原修复系统。本文根据现有的文献报道,结合本课题组的研究进展,对单增李斯特菌硫氧还蛋白家族进行综述,以期为完善单增李斯特菌硫氧还蛋白调控系统提供参考。     

氧化还原伴侣工程：P450低效问题的解决方案之一

细胞色素P450酶(CYPs或P450s)可将O₂的一个原子插入有机底物同时将另一个原子还原为水，广泛参与各种合成代谢和分解代谢过程，所以一直以来都是生物技术领域关注的焦点。在催化循环底物的氧化依赖于氧化还原伴侣向血红素铁传递电子，因此电子转移是P450s催化过程中的限速步骤。利用不同方法优化蛋白质-蛋白质相互作用以提高P450系统的电子转移效率，被称为“氧化还原伴侣工程”，是目前工程化P450s的重要手段之一，并取得了卓有成效的进展。本文将着重介绍关于氧化还原伴侣组分替换组装、P450酶与氧化还原伴侣融合及P450酶与氧化还原伴侣作用界面修饰等方面的进展，期望为未来该方面的工作提供一定的指导作用。     

黄素氧化还原蛋白研究进展

黄素氧化还原蛋白（flavodoxin,Fld）是一类通过非共价键与黄素单核苷酸（flavinmononucleotide,FMN）紧密结合的小黄素蛋白,在原核生物及低等真核生物中作为重要的低电势电子传递载体参与了众多的生化反应。在Fld的结构和分类、FMN与脱辅基Fld结合途径以及Fld结构与功能的关系等方面综述了近年来的相关研究进展。