铜绿微囊藻气囊蛋白GvpF的结构与功能研究
发布时间：2020-09-17 11:14
铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa PCC7806是一种单细胞的浮游蓝藻,它可在淡水水体表面季节性聚集暴发水华。例如,我国的太湖和巢湖近年常暴发蓝藻水华,而铜绿微囊藻就是形成水华的最优势藻种。铜绿微囊藻细胞内能大量产生一种亚细胞器,叫做气囊。气囊是一种中空、充满气体的惰性结构,它完全仅由蛋白质组成。气囊的作用就是可以通过降低藻细胞的密度为其提供浮力,这样蓝藻可以自行调节在自然水体中的垂直位置,它们可以漂浮到水体中氧气和光照都适宜的位置以利于自身的生长和后续的生境殖民化。所以气囊的存在是铜绿微囊藻能成为优势藻种的重要原因之一。研究气囊的特性对治理蓝藻水华暴发有一定的理论指导意义。 目前研究已证实气囊的合成涉及8-14个不同的气囊蛋白Gvp (gas vesicle proteins),这些Gvp蛋白是由gvp基因簇编码的,而gvp基因簇被发现广泛存在于产气囊的细菌和古细菌中。现已鉴定铜绿微囊藻M. aeruginosa PCC7806气囊合成基因簇大小是8.7kb,包含有12个gvp基因。其中的10个基因分别组成两个操纵子,它们是gvpAⅠAⅡAⅢCNJX和gvpKFG。剩下的两个基因gvpV和gvpW是独自表达的。GvpA和GvpC被广泛研究,它们是气囊的主要结构组成蛋白。分子量较小(7-8kDa)且疏水很强的蛋白GvpA构成气囊壁上的棱纹结构,它是气囊的最主要结构蛋白。而分子量较大的、较亲水的次要结构组分蛋白GvpC则是位于气囊壁的最外表面,通过与GvpA相互作用来稳定气囊的结构。除了gvpA和gvpC编码的两个蛋白GvpA和GvpC是气囊的结构组成蛋白外,蓝藻中其它的gvp基因和Gvp蛋白也可能涉及参与气囊的合成。 本研究中,我们通过单波长散射法解析了铜绿微囊藻M. aeruginosa PCC7806中气囊基因gvpF编码的气囊蛋白GvpF的晶体结构,分辨率是2.7A。这是第一个被解析的气囊蛋白的三维立体结构。分析GvpF的三维结构可得知,GvpF是由结构上完全不同的两个结构域组成,分别命名为N端结构域和C端结构域。这两个结构域的整体折叠类型都属于α+β家族。其中,将N端结构域的结构与α+β家族的其它蛋白结构进行比较,可看出N端结构域的结构折叠模式与其它蛋白都不一样,它采取的是一个新的折叠方式。而C端结构域含有一个改变了的铁氧还蛋白折叠的结构类型,与正常的铁氧还蛋白折叠的结构相比,C端结构域一个明显的变化就是多了一个由三股连续螺旋构成的一个延伸结构。N端结构域和C端结构域彼此相对排列,GvpF的C末端的“尾巴”结构通过分别与N、C端结构域相互作用来稳定GvpF的整体结构。同时,我们将GvpF的整体结构做Dali搜索,与PDB中的其它结构做结构比对,并没有发现同源结构。由这几个方面,我们认为GvpF的三维结构是一个新颖的结构。 同时,我们纯化出铜绿微囊藻M. aeruginosa PCC7806的气囊,负染电镜观察气囊的结构均呈现圆柱体状。气囊的直径都是相似的,大概120nm,长度从500nm到1500nm不等。气囊壁的外表面也可以观察到等距相间排列的棱纹结构。SDS-PAGE凝胶电泳和质谱都只检测到纯化的气囊中的结构蛋白GvpC的存在。而蛋白质印迹法和免疫胶体金实验以及基于免疫胶体金的断层成像技术均证明GvpF是气囊的一个结构组成蛋白,而且是定位在气囊壁的内表面即朝向气体的一面。 为了获取其它Gvp蛋白的结构和功能信息,我们也一一表达纯化了其它Gvp蛋白。除了GvpA是包涵体表达外,其它Gvp蛋白均有上清表达。通过纯化结晶摸索,我们获得了GvpC和GvpW的晶体,但是GvpC晶体不衍射且不易重复,而GvpW晶体的衍射只有十几埃,晶体优化还在进行。同时我们也初步证明了GvpN是一个ATPase酶。我们还在努力希望能获得这些Gvp蛋白的晶体,通过解析它们的三维结构,结合结构来探索验证它们的功能。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X52;Q946
【部分图文】：
甚至威胁着人类的生命安全。我们主要的研究对象铜绿微囊藻(图1.1)，英文全名是strain PCC 7806,属于蓝藻门，蓝藻纲，色球藻目，色球藻科，微囊藻属(Komdrek& Anagnostidis，1999)。藻细胞一般呈球形，直径3?7 lain，蓝绿色，一般具伪空胞。幼体呈球形或实心的圆形群体，后逐渐长成胶被呈透明无色的网状胶群体。铜绿微囊藻一般生长于淡水湖泊中，能代谢生物毒素，是水华暴发的优势种类。丨1煖ifilIPp
图1. 2 2007年太湖铜绿微囊藻水华暴发(Guo, 2007)3蓝藻水华的机理前对于蓝藻形成优势暴发水华的机理有以下几方面的理论假说(Dokulilbner, 2000)：一，高温能引起蓝藻的快速增长特别是在夏天，因为相对于其它藻类类，一般高温是蓝藻生长的最适条件之一。这个结论己经被很多这个研宄领用实验证实。二，低的光能需求被认为能操纵蓝藻水华的形成。这个理论主要是通过物种的蓝藻进行生理研究而得到的。三，强大的无机碳摄取动力学(低C02/高PH假说)被研究认为是蓝藻形成机制之一。在含碱度低的湖泊中，C02的可获取不会使蓝藻达到最大量但持它们的生存。四，低的氮a惐榷杂诠痰蚍枪痰对宓男纬啥际怯幸娴摹Ｔ谟行┣榭龅闭飧隽俳绫却锏蕉钦飧霰戎当旧矶杂谝恢只蛘吡硪恢掷对逭加攀破鸬
本文编号：2820653
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X52;Q946
【部分图文】：
甚至威胁着人类的生命安全。我们主要的研究对象铜绿微囊藻(图1.1)，英文全名是strain PCC 7806,属于蓝藻门，蓝藻纲，色球藻目，色球藻科，微囊藻属(Komdrek& Anagnostidis，1999)。藻细胞一般呈球形，直径3?7 lain，蓝绿色，一般具伪空胞。幼体呈球形或实心的圆形群体，后逐渐长成胶被呈透明无色的网状胶群体。铜绿微囊藻一般生长于淡水湖泊中，能代谢生物毒素，是水华暴发的优势种类。丨1煖ifilIPp
图1. 2 2007年太湖铜绿微囊藻水华暴发(Guo, 2007)3蓝藻水华的机理前对于蓝藻形成优势暴发水华的机理有以下几方面的理论假说(Dokulilbner, 2000)：一，高温能引起蓝藻的快速增长特别是在夏天，因为相对于其它藻类类，一般高温是蓝藻生长的最适条件之一。这个结论己经被很多这个研宄领用实验证实。二，低的光能需求被认为能操纵蓝藻水华的形成。这个理论主要是通过物种的蓝藻进行生理研究而得到的。三，强大的无机碳摄取动力学(低C02/高PH假说)被研究认为是蓝藻形成机制之一。在含碱度低的湖泊中，C02的可获取不会使蓝藻达到最大量但持它们的生存。四，低的氮a惐榷杂诠痰蚍枪痰对宓男纬啥际怯幸娴摹Ｔ谟行┣榭龅闭飧隽俳绫却锏蕉钦飧霰戎当旧矶杂谝恢只蛘吡硪恢掷对逭加攀破鸬
本文编号：2820653
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/2820653.html
