文档介绍：两组分系统概述
【内容提要】双组份系统是细菌主要的信号转导系统,细菌可以通过双组份系统感知包括物理、化学、生物在内的多种环境变化。双组份系统主要参与对细菌的趋化性,群体感应,等多种生理生化反应的调控。典型的两组分系统由感应蛋白(SK)和调节蛋白(RR)组成,他可以通过两个蛋白的磷酸化和去磷酸化来感知并传导信号。本文主要就两组分系统的基本结构,反应机制,主要功能等方面对两组分系统进行简要说明。
【关键词】两组分系统基本结构反应机制主要功能
细菌是地球上最多变、适应性最强的有机体,它能够在动植物无法存活的环境生长。为应对不同的环境变化,细菌演化出多种细胞信号转导途径,其中磷酸化和去磷酸化在生物体中广泛存在,其过程由不同激酶催化完成。几乎所有细胞都利用磷酸化介导的信号转导机制来应对代谢,以及环境和细胞周期等变化。细菌主要利用二元系统来调节细菌信号转导过程。细菌的二元系统主要由两部分构成,一是由组氨酸激酶构成的感应蛋白,二是可以被感应蛋白磷酸化的调节蛋白。两组分系统参与调控pH变化、趋化性、孢子形成、细胞分裂、生物膜形成等多种生理生化过程以适应环境的变化。
一:两组分系统的发现
两组分系统是在1986年的时候,Ninfa和Magasnik在研究大肠埃希氏菌氮调节蛋白系统(nit rogenregulatory protein,NR)时发现的,该系统可以调节大肠埃希氏菌在应对外来氮源变化时一些基因的表达。与此同时,Ausubel及其同事发现在细菌中存在许多感应系统(sensory system),其组分与大肠埃希氏菌的NR系统的组分具有相似的氨基酸序列。
随着以后的研究越来越深入,研究者们发现,两组分系统是一种信号转导系统,它广泛存在于原核生物中。近年来,在真菌,古生菌以及植物中都有发现。
二:两组分系统的基本构成
经典的两组分系统主要由组氨酸蛋白激酶(Histidine Protein Kinase, HK)和应答调控蛋白(Response Regulator Protein, RR)组成,也因此而得名。HK感受到外界环境中的信号后,可以自发的使自身的蛋白的组氨酸被磷酸化,然后HK可以把这个磷酸基团传递到RR中的天冬氨酸上,使RR被磷酸化,进而调节下游一些基因的表达。整个双组份系统信号通路由信号输入(input)、HPK自身磷酸化、RR磷酸化及输出(output)等环节构成。
除了经典模型以外,还有非经典的双组份系统。非经典系统需要多步骤磷酸接力传递(Phosphorelay)过程,磷酸接力传递过程需要在多个His和Asp残基之间交替进行(His—Asp—His—Asp),因此必须有另外的磷酸基接受器和含组氨酸的磷酸转移结构域
(Histidine phosphotransferdomain,HPt)参与。非典型双组份调控系统有两种类型,一类是感受子蛋白基因或调节子蛋白基因单独存在,在信号转导过程中,再配对组合。另一类则是感受子功能域与调节子功能域位于同一蛋白质内,即组氨酸激酶-响应调节子功能域杂合蛋白(histidine kinase/response regulator hybrid protein),由一个开放阅读框编码。
(HK)
HPK是一个跨膜蛋白,通常有1~2个跨膜片段。它是是细菌感应各种环境变化必需的,通