Jump to content

VHb (гемоглобин)

Витреоциллярный гемоглобин ( VHb ) — это тип гемоглобина, в грамотрицательных аэробных бактериях Vitreoscilla обнаруженный . Это первый гемоглобин, обнаруженный у бактерий, но в отличие от классического гемоглобина он состоит только из одной молекулы глобина . [ 1 ] Как и типичный гемоглобин, его основная роль заключается в связывании кислорода, но он также выполняет и другие функции, включая доставку кислорода к оксигеназам , детоксикацию оксида азота , определение и передачу концентраций кислорода, пероксидазоподобную активность за счет устранения образующейся в результате автоокисления H 2 O 2 , которая предотвращает деградация гема и высвобождение железа. [ 2 ]

Открытие

[ редактировать ]

В 1986 году бактериальный гем-белок ( Vitreoscilla ), который изучал Вебстер и его коллеги, был секвенирован, и эта аминокислотная последовательность обнаружила глобиновые складки гемоглобина. [ 3 ] [ 4 ] Он состоит из одного домена, который обычно встречается в виде димера. Решение его кристаллической структуры подтвердило, что его трехмерная структура удивительно похожа на классическую складку глобина. [ 5 ] Когда ген ( vgb ) этого гемоглобина был клонирован в E. coli [ 6 ] Было обнаружено, что он увеличивает рост этих клеток в условиях низкого содержания кислорода по сравнению с контрольными бактериями. [ 7 ] Концентрация VHb резко возросла у витреосциллы , строгого аэроба, выращенного в условиях гипоксии . [ 8 ] и было высказано предположение, что он действует как «ловушка для хранения кислорода», подавая кислород терминальной оксидазе (цитохром bo ) в этих условиях. [ 9 ] Дополнительным доказательством этого является то, что VHb концентрируется in vivo вблизи мембраны клеток витреоциллы . [ 10 ] Было также показано, что VHb связывается с субъединицей I цитохромбо-концевой оксидазы, [ 11 ] гемсодержащая субъединица, которая также отвечает за уникальную функцию перекачки натрия этой уникальной терминальной оксидазы. [ 12 ]

VHb является наиболее изученным из всех бактериальных гемоглобинов, и ему приписывают ряд функций. Его основная роль, вероятно, заключается в связывании кислорода в низких концентрациях и его прямой доставке к терминальным респираторным оксидазам, таким как цитохром o. Он также участвует в доставке кислорода к оксигеназам , [ 13 ] детоксикация путем оксида азота преобразования его в нитрат , [ 14 ] и определение концентрации кислорода и передача этого сигнала факторам транскрипции . [ 15 ] [ 16 ] Он обладает активностью, подобной пероксидазе , и эффективно устраняет образующуюся в результате автоокисления H 2 O 2 , которая является причиной деградации гема и высвобождения железа. [ 2 ]

Генетическая регуляция

[ редактировать ]

Ген VHb, vgb , существует в виде единственной копии у Vitreoscilla и демонстрирует полное согласие с первичной последовательностью VHb. [ 6 ] [ 17 ] Нижняя область, примыкающая к vgb, несет ген в противоположном направлении, имеющий близкое сходство с uvrA геном E. coli , что указывает на то, что vgb не является частью мультигенного оперона . [ 18 ] Биосинтез VHb регулируется на уровне транскрипции и индуцируется в условиях гипоксии у нативного хозяина. [ 19 ] vgb сильно экспрессируется в E. coli через нативный промотор, и аналогичное увеличение уровня его транскрипта происходит при гипоксии; это предполагает близкое сходство в транскрипционном аппарате Vitreoscilla и E. coli . [ 20 ] Промоторная область vgb заполнена перекрывающимися сайтами связывания для нескольких редокс-чувствительных регуляторов транскрипции, включая систему восстановления фумарата и нитрата (Fnr) в качестве первичного регулятора. [ 15 ] Система катаболитной репрессии (Crp) является дополнительным средством контроля. [ 21 ] наряду с системой контроля аэробного дыхания (Arc) в качестве третьего кислородозависимого контроллера. [ 22 ] Другой сайт связывания регулятора реакции на окислительный стресс (OxyR) также присутствует в промоторе vgb; все эти регуляторы транскрипции, по-видимому, работают согласованно друг с другом, контролируя биосинтез VHb редокс-зависимым образом. [ 15 ]

Генная инженерия и приложения

[ редактировать ]

Поскольку было показано, что VHb стимулирует рост E. coli в условиях гипоксии, vgb клонировали в различные организмы, включая различные бактерии, дрожжи, грибы и даже высшие растения и животных, чтобы проверить его влияние на рост и продукцию продуктов. потенциального коммерческого значения, разложение токсичных соединений, усиление нитрификации при очистке сточных вод и другие экологические применения. [ 23 ]

Примеры повышения производительности включают увеличение выхода различных биохимических веществ, включая антибиотики, инсектициды, поверхностно-активные вещества и потенциальное сырье для пластика. Они также включают ферменты [ 24 ] (в том числе такое, которое может обладать противолейкемическими свойствами) и топливо (включая этанол, [ 25 ] бутандиол, [ 26 ] [ 27 ] и биодизель [ 28 ] ). Изученные токсичные соединения представляли собой ароматические соединения, включая 2-хлорбензойную кислоту и 2,4-динитротолен. [ 29 ] [ 30 ] Считается, что в этих случаях увеличение деградации связано как с эффектом VHb, усиливающим дыхание, обеспечивая клетки дополнительным АТФ для роста и производства деградирующих ферментов, так и с доставкой кислорода непосредственно к оксигеназам, необходимым для ранних стадий пути деградации. .

Другие экологические исследования включают исследования, связанные с восстановлением тяжелых металлов и обеспечением растений фосфатами почвы. [ 28 ] Экспрессия vgb у Nitrosomonas europaea , бактерии, участвующей в преобразовании аммиака в нитрит в сточных водах, в некоторой степени усиливала ее способность к этому преобразованию. [ 31 ] Кроме того, было показано, что механизм экспрессии гема-белка для усиления снабжения монооксигеназы кислородом при нитрификации в условиях гипоксии аналогичен функции VHb, наблюдаемой в других приложениях. [ 32 ]

Аминокислотные остатки в нескольких участках VHb, расположенных вблизи гема, были изменены с помощью генной инженерии, чтобы изменить сродство VHb к кислороду и изучить влияние на биотехнологические свойства некоторых из изученных систем. [ 23 ] Многие мутации не оказывали значительного влияния на лигандсвязывающие свойства VHb или в лучшем случае обеспечивали умеренное увеличение роста клеток по сравнению с клетками, несущими VHb дикого типа. [ 23 ] [ 33 ] Однако два мутантных VHb обеспечили существенное увеличение роста и деградации ароматических соединений по сравнению с VHb дикого типа у Pseudomonas и Burkholderia бактерий , трансформированных так, чтобы они содержали vgb . [ 34 ]

  1. ^ Старк BC, Дикшит К.Л., Пагилла КР (2012). «Биохимия гемоглобина витреоциллы » . Журнал вычислительной и структурной биотехнологии . 3 (4): e201210002. дои : 10.5936/csbj.201210002 . ПМЦ   3962134 . ПМИД   24688662 .
  2. ^ Jump up to: а б Исаранкура-На-Аюдхья С., Тансила Н., Ворачарчеван А., Бюлов Л., Прачаяситтикул В. (2010). «Биохимическое и клеточное исследование вариантов гемоглобина Vitreoscilla (VHb), обладающих эффективной пероксидазной активностью». J Микробиол Биотехнология . 20 (3): 532–541. ПМИД   20372024 .
  3. ^ Вебстер Д.А., Дикшит К.Л., Пагилла К.Р., Старк, Британская Колумбия (август 2021 г.). «Открытие витреоциллярного гемоглобина и ранние исследования его биохимических функций, контроля его экспрессии и его использования в практическом применении» . Микроорганизмы . 9 (8): 1637. doi : 10.3390/microorganisms9081637 . ISSN   2076-2607 . ПМЦ   8398370 . ПМИД   34442716 .
  4. ^ Вакабаяши С., Мацубара Х., Вебстер Д.А. (июль 1986 г.). «Первичная последовательность димерного бактериального гемоглобина витреосциллы» . Природа . 322 (6078): 481–483. Бибкод : 1986Natur.322..481W . дои : 10.1038/322481a0 . ISSN   1476-4687 . ПМИД   3736670 .
  5. ^ Тарриконе К., Галицци А., Кода А., Асенци П., Болоньези М. (апрель 1997 г.). «Необычная структура места связывания кислорода в димерном бактериальном гемоглобине Vitreoscilla sp» . Структура . 5 (4): 497–507. дои : 10.1016/s0969-2126(97)00206-2 . ISSN   0969-2126 . ПМИД   9115439 .
  6. ^ Jump up to: а б Дикшит К.Л., Вебстер Д.А. (30 октября 1988 г.). «Клонирование, характеристика и экспрессия бактериального гена глобина из Vitreoscilla в Escherichia coli». Джин . 70 (2): 377–386. дои : 10.1016/0378-1119(88)90209-0 . ISSN   0378-1119 . ПМИД   2850971 .
  7. ^ Вебстер Д.А., Дикшит К.Л., Пагилла К.Р., Старк, Британская Колумбия (октябрь 2021 г.). «Открытие витреоциллярного гемоглобина и ранние исследования его биохимических функций, контроля его экспрессии и его использования в практическом применении» . Микроорганизмы . 9 (8): 1637. doi : 10.3390/microorganisms9081637 . ISSN   2076-2607 . ПМЦ   8398370 . ПМИД   34442716 .
  8. ^ Бурман С.Дж., Вебстер Д.А. (1982). «Контроль содержания гема в витреосцилле с помощью кислорода» . Журнал общей и прикладной микробиологии . 28 (1): 35–43. дои : 10.2323/jgam.28.35 .
  9. ^ Вебстер Д.А. (1988). «Структура и функция бактериального гемоглобина и родственных ему белков». Достижения неорганической биохимии . 7 : 245–265. ПМИД   3275422 .
  10. ^ Рамандип, Хван К.В., Радже М., Ким К.Дж., Старк BC, Дикшит К.Л., Вебстер Д.А. (январь 2001 г.). «Витреосцилля Гемоглобин» . Журнал биологической химии . 276 (27): 24781–24789. дои : 10.1074/jbc.m009808200 . ISSN   0021-9258 . ПМИД   11331274 .
  11. ^ Парк К.В., Ким К.Дж., Ховард Эй.Дж., Старк BC, Вебстер Д.А. (сентябрь 2002 г.). «Витреосцилля гемоглобин связывается с субъединицей I цитохрома или убихинолоксидазы» . Журнал биологической химии . 277 (36): 33334–33337. дои : 10.1074/jbc.m203820200 . ISSN   0021-9258 . ПМИД   12080058 .
  12. ^ Чунг Ю.Т., Старк BC, Вебстер Д.А. (6 октября 2006 г.). «Роль Asp544 в субъединице I для перекачки Na+ витреосциллы цитохромом bo ». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 348 (4): 1209–1214. дои : 10.1016/j.bbrc.2006.07.184 . ISSN   0006-291X . ПМИД   16919598 .
  13. ^ Фиш, Пенсильвания, Вебстер, Д.А., Старк, Британская Колумбия (20 марта 2000 г.). « Гемоглобин витреосциллы усиливает первый этап разложения 2,4-динитротолуола in vitro и при низкой аэрации in vivo». Журнал молекулярного катализа B: Enzymatic . 9 (1): 75–82. дои : 10.1016/S1381-1177(99)00086-7 . ISSN   1381-1177 .
  14. ^ Каур Р., Патания Р., Шарма В., Манде С.К., Дикшит К.Л. (январь 2002 г.). «Химерный витреосцилльный гемоглобин (VHb), несущий флаворедуктазный домен, снимает нитрозативный стресс у Escherichia coli: новый взгляд на функциональную роль VHb» . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (1): 152–160. Бибкод : 2002ApEnM..68..152K . дои : 10.1128/АЕМ.68.1.152-160.2002 . ISSN   0099-2240 . ПМК   126558 . ПМИД   11772621 .
  15. ^ Jump up to: а б с Ананд А., Дук Б.Т., Сингх С., Акбас М.Ю., Вебстер Д.А., Старк Б.К., Дикшит К.Л. (24 февраля 2010 г.). «Окислительно-восстановительные взаимодействия VHb ( гемоглобина Vitreoscilla ) с OxyR: новая регуляция биосинтеза VHb при окислительном стрессе». Биохимический журнал . 426 (3): 271–280. дои : 10.1042/bj20091417 . ISSN   0264-6021 . ПМИД   20025616 .
  16. ^ Старк BC, Дикшит К.Л., Пагилла КР (2011). «Последние достижения в понимании структуры, функции и биотехнологической полезности гемоглобина бактерии Vitreoscilla ». Биотехнология Летт . 33 (9): 1705–1714. дои : 10.1007/s10529-011-0621-9 . ПМИД   21603987 .
  17. ^ Вебстер Д.А., Дикшит К.Л., Пагилла К.Р., Старк, Британская Колумбия (2021). «Открытие витреоциллярного гемоглобина и ранние исследования его биохимических функций, контроля его экспрессии и его использования в практическом применении» . Микроорганизмы . 9 (8): 1637. doi : 10.3390/microorganisms9081637 . ISSN   2076-2607 . ПМЦ   8398370 . ПМИД   34442716 .
  18. ^ Лю С.К., Лю YX, Вебстер Д.А., Старк BC (ноябрь 1994 г.). «Последовательность области ниже гена гемоглобина Vitreoscilla : vgb не является частью мультигенного оперона». Прикладная микробиология и биотехнология . 42 (2): 304–308. дои : 10.1007/BF00902733 . ISSN   1432-0614 . ПМИД   7765771 .
  19. ^ Дикшит К.Л., Сполдинг Д., Браун А., Вебстер Д.А. (1989). «Кислородное ингибирование транскрипции генов глобина и синтеза бактериального гемоглобина в витреосциллах» . Микробиология . 135 (10): 2601–2609. дои : 10.1099/00221287-135-10-2601 . ISSN   1465-2080 . ПМИД   2483729 .
  20. ^ Дикшит К.Л., Дикшит Р.П., Вебстер Д.А. (25 июля 1990 г.). «Изучение ) витреоциллы экспрессии гена глобина ( vgb и активности промотора в E. Coli посредством транскрипционного слияния» . Исследования нуклеиновых кислот . 18 (14): 4149–4155. дои : 10.1093/нар/18.14.4149 . ISSN   0305-1048 . ПМК   331172 . ПМИД   2198533 .
  21. ^ Джоши М., Дикшит К.Л. (15 июля 1994 г.). «Кислородозависимая регуляция гена глобина витреоциллы : доказательства положительной регуляции с помощью FNR». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 202 (1): 535–542. дои : 10.1006/bbrc.1994.1961 . ISSN   0006-291X . ПМИД   8037759 .
  22. ^ Ян Дж., Вебстер Д.А., Старк BC (3 октября 2005 г.). «ArcA работает с Fnr как положительный регулятор экспрессии гена гемоглобина Vitreoscilla (бактериального) в Escherichia coli » . Микробиологические исследования . 160 (4): 405–415. doi : 10.1016/j.micres.2005.03.004 . ISSN   0944-5013 . ПМИД   16255146 .
  23. ^ Jump up to: а б с Старк БК, Пагилла КР, Дикшит КЛ (01 февраля 2015 г.). «Недавние применения технологии гемоглобина Vitreoscilla в синтезе биопродуктов и биоремедиации». Прикладная микробиология и биотехнология . 99 (4): 1627–1636. дои : 10.1007/s00253-014-6350-y . ISSN   1432-0614 . ПМИД   25575886 .
  24. ^ Хосрави М., Вебстер Д.А., Старк BC (ноябрь 1990 г.). «Наличие гена бактериального гемоглобина улучшает выработку α-амилазы рекомбинантного штамма Escherichia coli ». Плазмида . 24 (3): 190–194. дои : 10.1016/0147-619X(90)90002-T . ISSN   0147-619X . ПМИД   2136531 .
  25. ^ Санни Т., Арнальдос М., Кункель С.А., Пагилла К.Р., Старк BC (ноябрь 2010 г.). «Инженерия этанольной E. coli с геном гемоглобина Vitreoscilla увеличивает выработку этанола как из глюкозы, так и из ксилозы». Прикладная микробиология и биотехнология . 88 (5): 1103–1112. дои : 10.1007/s00253-010-2817-7 . ISSN   1432-0614 . ПМИД   20717665 .
  26. ^ Вэй М.Л., Вебстер Д.А., Старк, Британская Колумбия (5 сентября 1998 г.). «Метаболическая инженерия Serratia marcescens с геном бактериального гемоглобина: изменения в путях ферментации». Биотехнология и биоинженерия . 59 (5): 640–646. doi : 10.1002/(SICI)1097-0290(19980905)59:5<640::AID-BIT15>3.0.CO;2-D . ПМИД   10099382 .
  27. ^ Гекил Х., Барак З., Чипман Д.М., Эренлер С.О., Вебстер Д.А., Старк BC (октябрь 2004 г.). «Увеличенное производство ацетоина и бутандиола в рекомбинантных Enterobacter aerogenes, несущих ген гемоглобина Vitreoscilla». Биопроцессы и биосистемная инженерия . 26 (5): 325–330. дои : 10.1007/s00449-004-0373-1 . ISSN   1615-7605 . ПМИД   15309606 .
  28. ^ Jump up to: а б Ошибка цитирования: именованная ссылка :2 был вызван, но так и не был определен (см. страницу справки ).
  29. ^ Ургун-Демиртас М., Пагилла К.Р., Старк Б.К., Вебстер Д. (октябрь 2003 г.). «Биодеградация 2-хлорбензоата рекомбинантной Burkholderia Cepacia, экспрессирующей гемоглобин витреоциллы при переменных уровнях доступности кислорода». Биодеградация . 14 (5): 357–365. дои : 10.1023/А:1025672528291 . ISSN   1572-9729 . ПМИД   14571952 .
  30. ^ Со Дж., Вебстер Д.А., Старк Б.К., Пагилла К.Р. (1 июня 2004 г.). «Усиление биоразложения 2,4-динитротолуола Burkholderia sp. в песчаных биореакторах с использованием технологии бактериального гемоглобина». Биодеградация . 15 (3): 161–171. дои : 10.1023/B:BIOD.0000026496.38594.b2 . ISSN   1572-9729 . ПМИД   15228074 .
  31. ^ Кункель С.А., Пагилла КР, Старк БК (01 августа 2015 г.). «Разработка Nitrosomonas europaea для экспрессии гемоглобина Vitreoscilla усиливает поглощение кислорода и преобразование аммиака в нитрит» . АМБ Экспресс . 5 (1): 43. дои : 10.1186/s13568-015-0135-2 . ISSN   2191-0855 . ПМК   4522006 . ПМИД   26231847 .
  32. ^ Арнальдос М., Кункель С.А., Старк БК, Пагилла КР (01 апреля 2014 г.). «Характеристика гема-белка, экспрессируемого бактериями, окисляющими аммиак, в условиях низкого содержания растворенного кислорода». Прикладная микробиология и биотехнология . 98 (7): 3231–3239. дои : 10.1007/s00253-013-5400-1 . ISSN   1432-0614 . ПМИД   24272370 .
  33. ^ Каур Р., Ахуджа С., Ананд А., Сингх Б., Старк Б.С., Вебстер Д.А., Дикшит К.Л. (15 октября 2008 г.). «Функциональное значение сети водородных связей проксимального участка в гемоглобине Vitreoscilla (VHb): роль Tyr95 (G5) и Tyr126 (H12)» . Письма ФЭБС . 582 (23–24): 3494–3500. Бибкод : 2008FEBSL.582.3494K . дои : 10.1016/j.febslet.2008.09.018 . ISSN   0014-5793 . ПМИД   18804465 .
  34. ^ Ким Ю, Вебстер Д.А., Старк BC (2005). «Улучшение биоремедиации Pseudomonas и Burkholderia с помощью мутантов гена гемоглобина Vitreoscilla (vgb), интегрированного в их хромосомы». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 32 (4): 148–154. дои : 10.1007/s10295-005-0215-4 . ISSN   1367-5435 . ПМИД   15806390 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 41c42de8d4f1f7122d05ad28ff3ccff2__1716150420
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/41/f2/41c42de8d4f1f7122d05ad28ff3ccff2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
VHb (hemoglobin) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)