假单胞菌分解代谢尼古丁途径中关键蛋白NicA2、NicR2的结构和功能研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ufojay
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
烟草加工产生的废弃物中含有大量的尼古丁,会对环境以及人类健康造成严重危害。恶臭假单胞菌S16可采用吡咯途径高效地代谢尼古丁。本论文深入系统地探索了菌株S16代谢尼古丁途径中的第一步关键酶NicA2以及转录调控蛋白NicR2的结构和功能。NicA2是恶臭假单胞菌S16代谢尼古丁途径中的第一步关键酶,催化尼古丁脱氢生成假氧化尼古丁(pseudooxynicotine,PN)。我们获得了NicA2自身以及NicA2与底物尼古丁复合物的晶体结构。通过结构分析,我们发现:与节杆菌中结构已解析的类似功能蛋白相比,NicA2蛋白中缺少脂链,但对产物释放出口的包裹更加紧密。催化底物的活性口袋深埋于蛋白内,大型的惰性氨基酸又阻挡了产物释放的通道,这导致PN释放非常缓慢,与实验证明的FAD依赖的快速脱氢反应相矛盾。将阻挡产物释放的大侧链氨基酸突变为小侧链氨基酸,明显加快了PN释放速度并带来PN的累积,但同时严重抑制了菌体的正常生长;过表达代谢PN的酶Pnao则可以挽救PN积累带来的生长颓势。关于NicA2结构特点的分析连同功能实验的验证,证明了NicA2行使“分子减速器”的功能,将有害代谢中间产物PN缓慢释放进而降低其对菌体的伤害。NicA2隶属于FAD依赖的单胺氧化酶家族,人源单胺氧化酶(monoamine oxidase,MAOA、MAOB)催化神经递质并与神经失调类疾病,如抑郁症、帕金森病等关系密切。我们发现,NicA2不仅与细菌来源的单胺氧化酶具有序列相似性,而且与人源MAOA、MAOB的结构也具有较大相似性。NicA2与MAOA、MAOB都具有“洞穴”类催化活性口袋,将底物包裹。阻碍NicA2产物释放通道的氨基酸与MAOA、MAOB的氨基酸序列有一定的相似性,针对MAOA产物释放通道中的大侧链氨基酸的突变可加快其对产物的释放;针对MAOB进行的计算机模拟也证明将产物释放通道内的大型氨基酸突变能有效降低产物释放消耗的能量。故而,我们推测人源单胺氧化酶同样具有“分子减速器”功能,精确控制产物的释放从而调节人体神经类物质的平衡。基于单胺氧化酶家族蛋白催化产物为含氮化合物,而含氮化合物常对细胞具有较强的毒性,故而不能在细胞内过量累积,所以我们推测,单胺氧化酶可能普遍存在“分子减速器”的作用机制,从而将胞内含氮化合物的浓度维持在一个较低的水平。负责恶臭假单胞菌S16分解尼古丁后半程代谢途径的nic2基因簇受到TetR转录调控蛋白家族的成员—NicR2的调控。我们获得了NicR2自身及NicR2与效应物6-羟基-3-琥珀酰吡啶(6-hydroxy-3-succinoyl-pyridine,HSP)复合物的晶体结构。结构揭示:NicR2由一个DNA结合结构域和一个效应物结合结构域组成。HSP结合在NicR2蛋白表面呈弱正电性的凹陷中,等温量热滴定实验证实了参与效应物的结合的残基的重要性。NicR2底物结合口袋与HSP的适配性以及HSP与其他代谢中间产物结构上的差异导致NicR2选择性地识别HSP作为效应物。我们通过结构相似性分析,找到了NicR2直接参与DNA结合的氨基酸,并通过等温量热滴定实验定量证实。此外,我们还发现NicR2的N端延长也参与结合DNA。基于结构,我们推测NicR2蛋白和DNA一定会发生结构上的改变来适应彼此的结合。结构和生化功能研究揭示了NicR2如何选择性识别效应物和DNA,增添并丰富了人们对TetR家族的认知。综上所述,本论文综合运用微生物学、结构生物学、生物化学以及生物信息学工具,深入挖掘和探索了恶臭假单胞菌S16代谢尼古丁途径中的关键氧化还原酶NicA2和关键调控蛋白NicR2结构和功能,丰富了人们对假单胞菌降解尼古丁分子机制、调控机制的认知,延伸了微生物来源的蛋白与同源的人类家族蛋白的关联,为相关的生物学研究和酶学定向改造提供了坚实的理论基础。
其他文献
我国股市起步较晚,体制不完善,股票收益率经常因为一些因素引起大幅度波动。长期以来股票收益率的波动都是投资者关注的焦点,而影响股票收益率波动的因素多而复杂,大致可分为
我国流通纪念币市场越来越成熟和繁荣,而流通纪念币的发行与承兑正在经历一场历史性的变革,本文首先针对目前学者对于流通纪念币相关研究结论进行梳理总结,其次回顾并展望我
在经济全球化的今天,越来越多的中国企业开始逐步走出国门,走向世界。特别是近年来随着中国政府“一带一路“的国与国合作发展战略的提出和相关扶植政策的出台,更是有利地促
遥感数据,如卫星图像和由遥感影像所衍生的数字高程模型(DEM)可以简化许多需要野外艰苦和昂贵的实地工作来揭示地质过程(如地质线性体提取、构造地质、河谷阶地等)。不仅如此
合理的组织结构直接影响公司战略的正确实施,是企业能够继续发展和壮大的支柱。如果组织结构过于复杂且没有有效地利用资源,就会浪费资源、增加运营成本、导致低效。企业作为
本文主要以邮储银行武邑县支行的薪酬体系为例进行优化研究,进而对整个邮储银行薪酬优化带来示范意义。在对邮储银行武邑县支行薪酬体系现状的研究基础之上。通过制作调查问卷,并分发给各科室人员,进行薪酬满意度调查,之后收集问卷对问卷结果进行分析,根据分析结果设置问题,进行实际访谈,总结出本县支行各个不同年龄层人数以及各个年龄层主要性格特征,确定影响各个年龄段员工工作积极性的主要因素,找到当前支行存在的主要问
学位
为了应对国内经济发展的困境,党的十八大报告提出要推进经济结构战略性调整,提高大中型企业核心竞争力,支持小微企业特别是创新型中小企业发展。但是现阶段融资难成为制约我
本文首先分析了目前国内市场上商业银行对集团公司中投资主导型母公司授信的普遍特征,总结出目前商业银行在选择集团授信中的债务主体时,更倾向于选择控股母公司,而母公司作
A公司生产的空调制冷设备中,蒸发器、冷凝器要用到大量的铜管。为了降低原料铜的价格上涨风险,A公司进行了期铜套期保值。A公司的策略是,根据生产计划,逐月、分批买入一定数