Alcanivorax dieselolei中Cyo末端氧化酶调控烷烃代谢机制研究
发布时间：2020-03-28 15:17
【摘要】：海洋石油污染日益严峻,海洋石油降解菌代谢机制研究一直是环境微生物学研究的热点之一。柴油食烷菌(Alcanivorax dieselolei)B5是本实验室发现的石油降解菌新种,广泛分布在各种海洋环境中,对各类烷烃有较强的降解能力。基于基因组、转录组以及功能基因的研究,我们实验室从中发现了多个烷烃感应、趋化、转运、调控的关键因子,并对其作用机制进行研究。我们发现,在信号传导与代谢调控系统中,Cyo末端氧化酶位于趋化系统与代谢系统之间,调控着不同链长烷烃的代谢途径,cyo D缺失会抑制长链烷烃的降解能力,而能促进短链烷烃的利用。同时Cyo末端氧化酶还能够负调控烷烃代谢相关基因alm R的表达。但Cyo末端氧化酶调控烷烃降解途径的机制仍不清楚。针对这一问题本研究对B5基因组进行深入分析,在cyo基因下游发现了B5T_00995和B5T_00996两个相关基因。通过同源分析和结构预测后,发现B5T_00995基因编码一个N-端具有六次跨膜结构、C-端具有组氨酸激酶活性的激酶组分;而B5T_00996基因编码产物被证明对烷烃降解相关基因alm R具有阻遏作用,两者构成双组份系统。同源分析结果表明,B5T_00995基因编码的激酶组分在第三、四次跨膜结构之间存在一个保守的GGXXNPF七肽序列,该序列被认为是一个醌结合位点。将B5T_00995和B5T_00996基因编码蛋白体外纯化后进行体外磷酸化实验。实验发现B5T_00995基因编码的蛋白在ATP存在的情况下可以发生自我磷酸化过程,该磷酸化过程可以被氧化型醌抑制。同时发现,自我磷酸化的B5T_00995编码蛋白可以磷酸化B5T_00996基因编码蛋白,即B5T_00995和B5T_00996基因编码产物可以构成双组份系统,且醌能够影响激酶组分的自我磷酸化过程。研究结果表明,在B5菌株的好氧呼吸链中,上游电子供体将电子传递给氧化型醌(CoQ),使其发生还原反应变成还原型醌(QH_2)。还原型醌被Cyo末端氧化酶氧化变成氧化型醌,电子被末端氧化酶传递给O_2,变成H_2O,从而完成电子传递。B5T_00995和B5T_00996基因编码的双组份系统中的感应组分能够感应还原型醌,从而组氨酸激酶活性被激活,激酶组分发生自我磷酸化后将磷酸基团转移至B5T_00996基因编码的调控组分,使其发生结构改变。随后调控组分作为调控蛋白调控烷烃代谢相关基因表达。
【图文】：
石油处理并添加一些无机营养元素后则增加 70％[36]。2.3 本实验关于柴油食烷菌 Alcanivorax dieselolei B5 的研究柴油食烷菌（Alcanivoraxdieselolei）B5 是我们实验室 2005 年从胜利油田黄河入海口渤海海域油污染的表层海水分离得到，后来在沿海至远洋海域也有发现该菌种，它在表层海水至深层海水中都有分布[26, 37-40]。A. dieselolei B5 为革兰氏阴性，γ-变形菌纲，杆状，无芽孢，丛生鞭毛，能够在 15-45℃温度范围内生长，最适温度为 28℃，盐度生长范围为 1-15％，最适盐度为 3-7.5％。A.dieseloleiB5能够降解多种烷烃（C6-C36），包括支链烷烃[41, 42]。并且它能够产生一种脂肽作为生物活性剂加速烷烃的吸收[43]，同时 B5 可以编码一系列烷烃单加氧酶，包括AlkB、CYP、AlmA，其中 AlmA 被认为与长链烷烃降解有关[41]。本实验室对A.dieseloleiB5不同链长的烷烃代谢网络及调控机制进行了深入研究，并发现了一些列烷烃感知、趋化、转运、调控的关键因子并阐述了其作用机制[44]。
3.2 细菌有氧呼吸呼吸链及末端氧化酶在原核生物中，呼吸链是指位于细胞膜上，一组呈氧化还原电势梯度差、链状排列的电子传递体，它们可以逐级地把电子从低氧化还原电势的化合物传递到高氧化还原电势上并使其还原。在此过程中，，偶联氧化磷酸化反应，产生一个跨膜的质子动势，从而进一步合成 ATP。组成呼吸链的这一系列传递电子载体，除呼吸醌之外，都是蛋白质或者含有辅基、辅酶的酶。原核生物中，以及原核生物与真核生物的呼吸链组分都是相似的（见图 2），生物体内经代谢产生的化学能以 NADH2、FADH2为载体经 NADH2脱氢酶或琥珀酸脱氢酶将电子传递给醌，氧化型醌接受电子变成携带电子的还原型。还原型醌上的电子一部分经细胞色素 c 还原酶传递给细胞色素 c，被细胞色素 c 氧化酶氧化后，将电子传递给氧气生成水，另一部分由泛醌氧化酶直接将电子从还原型醌传递给氧气。
【学位授予单位】：国家海洋局第三海洋研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X55;X172
【图文】：
石油处理并添加一些无机营养元素后则增加 70％[36]。2.3 本实验关于柴油食烷菌 Alcanivorax dieselolei B5 的研究柴油食烷菌（Alcanivoraxdieselolei）B5 是我们实验室 2005 年从胜利油田黄河入海口渤海海域油污染的表层海水分离得到，后来在沿海至远洋海域也有发现该菌种，它在表层海水至深层海水中都有分布[26, 37-40]。A. dieselolei B5 为革兰氏阴性，γ-变形菌纲，杆状，无芽孢，丛生鞭毛，能够在 15-45℃温度范围内生长，最适温度为 28℃，盐度生长范围为 1-15％，最适盐度为 3-7.5％。A.dieseloleiB5能够降解多种烷烃（C6-C36），包括支链烷烃[41, 42]。并且它能够产生一种脂肽作为生物活性剂加速烷烃的吸收[43]，同时 B5 可以编码一系列烷烃单加氧酶，包括AlkB、CYP、AlmA，其中 AlmA 被认为与长链烷烃降解有关[41]。本实验室对A.dieseloleiB5不同链长的烷烃代谢网络及调控机制进行了深入研究，并发现了一些列烷烃感知、趋化、转运、调控的关键因子并阐述了其作用机制[44]。
3.2 细菌有氧呼吸呼吸链及末端氧化酶在原核生物中，呼吸链是指位于细胞膜上，一组呈氧化还原电势梯度差、链状排列的电子传递体，它们可以逐级地把电子从低氧化还原电势的化合物传递到高氧化还原电势上并使其还原。在此过程中，，偶联氧化磷酸化反应，产生一个跨膜的质子动势，从而进一步合成 ATP。组成呼吸链的这一系列传递电子载体，除呼吸醌之外，都是蛋白质或者含有辅基、辅酶的酶。原核生物中，以及原核生物与真核生物的呼吸链组分都是相似的（见图 2），生物体内经代谢产生的化学能以 NADH2、FADH2为载体经 NADH2脱氢酶或琥珀酸脱氢酶将电子传递给醌，氧化型醌接受电子变成携带电子的还原型。还原型醌上的电子一部分经细胞色素 c 还原酶传递给细胞色素 c，被细胞色素 c 氧化酶氧化后，将电子传递给氧气生成水，另一部分由泛醌氧化酶直接将电子从还原型醌传递给氧气。
【学位授予单位】：国家海洋局第三海洋研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X55;X172
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本文编号：2604601
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