Бактериальная система секреции белков

БАКТЕРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА СЕКРЕЦИИ БЕЛКОВ

ПЕРВОГО ТИПА

 

 

Курсовая работа

студента 3 курса

Войцицкого А. М.

 

 

Научный руководитель:

к.х.н., преподаватель Русь О. Б.

 

 

Минск 2004

Содержание

 

Введение.......................................................................................................... 5

Краткая характеристика бактериальных систем секреции........................... 6

Строение системы секреции первого типа.................................................... 8

ABC-транспортеры...................................................................................... 14

Организация генов, кодирующих компоненты системы секреции первого типа 16

Сигнальные последовательности субстратов.............................................. 18

Заключение................................................................................................... 20

Список литературы...................................................................................... 21

Список сокращений

АТФ-связывающая кассета (ATP-binding cassette)                                   - ABC

 

Белок, связывающий мембраны (Membrane fusion protein)                      - MFP

 

Белок внешней мембраны (Outer membrane protein)                           - OMP

 

Ядерный магнитный резонанс                                                               - ЯМР

Введение

Процесс секреции белков является важным аспектом жизнедеятельности бактерий, поскольку значительное количество белков бактериальной клетки  локализованы вне цитоплазмы. Способность к секреции белков является важнейшей для вирулентных бактерий, поскольку в процессе инфекции многие белковые продукты должны располагаться на внешней поверхности бактериальной клетки, либо секретироваться во внешнюю среду. Кроме того, секреция белков имеет важнейшее значение для биотехнологии, поскольку очистка белков из культуральной среды простого состава значительно проще, чем из лизатов, которые представляют собой сложные смеси различных веществ. В связи с этим изучение процесса белковой секреции является весьма актуальной проблемой. Результатом проведенных ранее исследований стало обнаружение нескольких путей экспорта белка. Впоследствии они были разделены на группы, внутри которых процесс секреции идентичен или очень схож. Сейчас выделяют пять основных типов секреции белков. Одним из них является система секреции первого типа. Посредством этой системы бактериальные клетки экспортируют широкий круг различных субстратов, включающий в себя ферменты, токсины, полисахариды, антибиотики и др. соединения. Несмотря на относительную простоту устройства этого аппарата секреции, остается еще достаточное количество невыясненных вопросов в этой области. Недостаточная изученность строения и функционирования этой системы секреции, а также неоспоримая важность секретируемых ею белков являются причиной, по которой изучение этой темы является весьма актуальным.

Целью данной работы является сбор и обобщение имеющейся на этот день информации о бактериальной системе секреции первого типа.

ABC-транспортеры

 

Семейство АВС–транспортеров включает в себя специфические АТФ-связывающие белки-транслокаторы. В 1993 году M. J. Fath (M. Fath еt al., 1993) предложил классифицировать их на три группы: эукариотические АВС-транспортеры, бактериальные АВС-ипортеры и бактериальные АВС-экспортеры, на рис.2 представлено строение некоторых из них. Характерно, что ABC-белки являются консервативными и осуществляют трансмембранный перенос большого количества субстратов как в прокариотических, так и в эукариотических клетках. Они наиболее часто состоят из двух закрепленных в мембране гидрофобных и двух консервативных гидрофильных АТФ-связывающих доменов. Эти домены могут быть как частями одного полипептида, так и нескольких отдельных полипептидов. В опытах in vitro было показано, что в ряде случаев этих четырех доменов одного или нескольких полипептидов оказывается достаточно для осуществления трансмембранного перемещения растворов. И все же большинство бактериальных ABC-транспортных систем включает в себя различные дополнительные белки. Этими дополнительными белками являются MFP и OMP (R. Binet et al., 1997).

АВС-импортеры имеют строение, сходное со всеми остальными представителями транспортных АТФ-аз. Но при образовании транспортной системы они присоединяют иные компоненты. В системах, осуществляющих импорт, отсутствуют характерные для системы первого типа OMP и MFP. Вместо них присутствует особый периплазматический белок, который связывается с импортируемым субстратом и предоставляет его АТФ-азе для непосредственного переноса (M. Fath еt al., 1993).

Помимо АВС-экспортеров, осуществляющих транспорт белков, в бактериальных клетках существует обширная группа АВС-экспортеров, выполняющих транспорт небелковых субстратов, например, полисахаридов и ионов. Характерной особенностью этих переносчиков является то, что они сами образуют активную транспортную систему и не требуют никаких дополнительных белков. Транспорт в этом случае осуществляется не во внеклеточное пространство, а в периплазму (M. Saier, 2000).

Подобные АВС-транспортеры обнаружены как в клетках грамположительных и грамотрицательных бактерий, так и в эукариотических клетках (M. Fath еt al., 1993).

 

 

Рис. 2. Строение АВС-транспортеров (по M. Fath еt al., 1993).

Заключение

Посредством системы секреции первого типа секретируется широкий круг субстратов, включающий в себя ряд ферментов, токсинов, антибиотиков, и других биологически активных соединений. Эта система секреции характерна как для прокариотических, так и для эукариотических клеток. Во всех случаях она состоит из трех компонентов белковой природы: ABC-транспортера, который является АТФ-азой, осуществляющей энергозависимые стадии транслокации; белка, формирующего периплазматический канал, соединяющий ABC-транспортер с третьим компонентом системы – белком-швейцаром, образующим секреторный канал во внешней мембране. Система секреции первого типа является      Sec-независимой и осуществляет секрецию субстрата в одну стадию из цитоплазмы непосредственно во внеклеточное пространство без присутствия каких-либо периплазматических посредников. Сигналом к секреции по этому типу является последовательность из 60 аминокислотных остатков, находящаяся на карбокси-конце полипептида. Выявлены также гибридные системы секреции первого типа, состоящие из компонентов присущих разным системам этого типа. Несмотря на относительно простое устройство данной системы секреции в сравнении с другими аппаратами секреции, существует довольно большое количество неясных и спорных вопросов в этой области. В частности, недостаточно изучена последовательность событий в процессе секреции субстратов, а также видовая специфичность строения самой системы. В связи с этим и немаловажным значением секретируемых соединений, изучение этого вопроса является весьма актуальным и перспективным.

Список литературы

 

1. H. Akatsuka, R. Binet, E. Kawai, C. Wandersman, and K. Omori. Lipase secretion by bacterial hybrid ATP-Binding Cassette Exporters: molecular recognition of the LipBCD, PrtDEF, and HasDEF exporters. // Journal of bacteriology. - 1997. – Vol. 179. №15 - Р. 4754–4760.

2. R. Binet, S. Le´toffe, J. M. Ghigo, P. Delepelaire, C. Wandersman. Protein secretion by Gram-negative bacterial ABC exporters – a review. // Gene. - 1997. – Vol. 192. - Р. 7–11.

3. W. H. Bingle, J. F. Nomellini, and J. Smit. Secretion of the Caulobacter crescentus S-Layer potein: further localization of the C-terminal secretion signal and its use for secretion of recombinant proteins. // Journal of bacteriology. - 2000. – Vol. 182. №11. - Р. 3298–3301.

4. P. Delepelaire, C. Wandersman. The SecB chaperone is involved in the secretion of the Serratia marcescens HasA protein through an ABC transporter. // EMBO J. - 1998. - Vol. 17. №4. - P. 936–944.

5. M. J. Fath, R. Kolter. ABC Transporters: Bacterial Exporters. // Microbiological reviews. -1993. – Vol. 57. №4. - Р. 995–1017.

6. J. Hacker, J. B. Kaper. Pathogenicty islands and the evolution of microbes. // Annu. Rev. Microbiol. - 2000. – Vol. 54. - Р. 641–79.

7. C. J. Hueck. Type III Protein Secretion Systems in Bacterial Pathogens of Animals and Plants. // Microbiology and molecular biology reviews. - 1998. – Vol. 62. №2. - Р. 379–433.

8. S. Letoffe and C. Wandersman. Secretion of CyaA-PrtB and HlyA-PrtB Fusion Proteins in Escherichia coli: Involvement of the Glycine-rich repeat domain of Erwinia chrysanthemi protease B. // Journal of bacteriology. - 1992. – Vol. 174. №15 - Р. 4920–4927.

9. S. Lory. Secretion of proteins and assembly of bacterial surface organelles: shared pathways of extracellular protein targeting. // Current Opinion in Microbiology. - 1998. – Vol. 1. - Р. 27–35.

10. L. M. Moreira, J. D. Becker, A. P. and A. Becker. The Sinorhizobium meliloti ExpE1 protein secreted by a type I secretion system involving ExpD1 and ExpD2 is required for biosynthesis or secretion of the exopolysaccharide galactoglucan. // Microbiology. - 2000. – Vol. 146. - Р.  2237–2248.

11. M. H. Saier. Families of transmembrane sugar transport proteins. // Molecular Microbiology. - 2000. -  Vol. 35. №4. - P. 699–710.

12. D. G. Thanassi, S. J Hultgren. Multiple pathways allow protein secretion across the bacterial outer membrane. // Current Opinion in Cell Biology. - 2000. - Vol. 12. - Р. 420–430.

БАКТЕРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА СЕКРЕЦИИ БЕЛКОВ

ПЕРВОГО ТИПА

 

 

Курсовая работа

студента 3 курса

Войцицкого А. М.

 

 

Научный руководитель:

к.х.н., преподаватель Русь О. Б.

 

 

Минск 2004

Содержание

 

Введение.......................................................................................................... 5

Краткая характеристика бактериальных систем секреции........................... 6

Строение системы секреции первого типа.................................................... 8

ABC-транспортеры...................................................................................... 14

Организация генов, кодирующих компоненты системы секреции первого типа 16

Сигнальные последовательности субстратов.............................................. 18

Заключение................................................................................................... 20

Список литературы...................................................................................... 21

Список сокращений

АТФ-связывающая кассета (ATP-binding cassette)                                   - ABC

 

Белок, связывающий мембраны (Membrane fusion protein)                      - MFP

 

Белок внешней мембраны (Outer membrane protein)                           - OMP

 

Ядерный магнитный резонанс                                                               - ЯМР

Введение

Процесс секреции белков является важным аспектом жизнедеятельности бактерий, поскольку значительное количество белков бактериальной клетки  локализованы вне цитоплазмы. Способность к секреции белков является важнейшей для вирулентных бактерий, поскольку в процессе инфекции многие белковые продукты должны располагаться на внешней поверхности бактериальной клетки, либо секретироваться во внешнюю среду. Кроме того, секреция белков имеет важнейшее значение для биотехнологии, поскольку очистка белков из культуральной среды простого состава значительно проще, чем из лизатов, которые представляют собой сложные смеси различных веществ. В связи с этим изучение процесса белковой секреции является весьма актуальной проблемой. Результатом проведенных ранее исследований стало обнаружение нескольких путей экспорта белка. Впоследствии они были разделены на группы, внутри которых процесс секреции идентичен или очень схож. Сейчас выделяют пять основных типов секреции белков. Одним из них является система секреции первого типа. Посредством этой системы бактериальные клетки экспортируют широкий круг различных субстратов, включающий в себя ферменты, токсины, полисахариды, антибиотики и др. соединения. Несмотря на относительную простоту устройства этого аппарата секреции, остается еще достаточное количество невыясненных вопросов в этой области. Недостаточная изученность строения и функционирования этой системы секреции, а также неоспоримая важность секретируемых ею белков являются причиной, по которой изучение этой темы является весьма актуальным.

Целью данной работы является сбор и обобщение имеющейся на этот день информации о бактериальной системе секреции первого типа.