細菌的磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)

細菌的磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)第一頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三Bacteriaarethriftycells.Theyoftenliveininhospitableenvironments,andmanyliveinplaceswithnooxygen,sotheiroptionsforgeneratingenergyarelimited.So,bacteriahavedevelopedmanycleverwaysoflivingoffofwhateverisavailable,andexploitingtheseresourcestotheirbestadvantage.Thebacterialphosphotransferasesystem,oftenabbreviatedas"PTS",isaperfectexampleofboththeopportunisticnatureofbacteriallife,andtheirthriftyuseofresources.注釋：細菌是種節(jié)儉的細胞生物體。他們通常都在惡劣的環(huán)境當(dāng)中生存，甚至許多生存在沒有氧氣的地方，所以他們產(chǎn)生能量的方式選擇非常有限。因此細菌自身培養(yǎng)了許多巧妙的方法以適應(yīng)接觸的任何環(huán)境，以及開發(fā)這些資源于自身以最好的利用。細菌的磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，通?？s寫為PTS，無論是對細菌生活的多機會自然環(huán)境，還是他們節(jié)儉使用的資源，都是一個完美的例子。Leading：第二頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三細菌中糖的磷酸轉(zhuǎn)移酶功能發(fā)現(xiàn)In1964,Kundig,GhoshandRosemanreportedthediscoveryofthePEP:sugarphosphotransferasesystem(PTS).Thirtyyearslater,wefindthatthePTSfunctionsnotonlyasasugar-phosphorylatingsystem,butalsoasacomplexproteinkinase（復(fù)合蛋白激酶）systemthatregulates（調(diào)節(jié)）awidevarietyofmetabolic（新陳代謝的）processesandcontrolstheexpressionofnumerous（大量）genes.Asaresultofrecentoperon-andgenome-sequencingprojects,novel新的PTSprotein-encoding編碼geneshavebeendiscovered,mostofwhichhaveyettobefunctionallydefined.Someofthemappeartobeinvolvedincellular細胞的processesdistinctfromthoserecognizedpreviously先前的.FundamentalaspectsofpastandcurrentPTSresearcharebrieflyreviewed,andrecentadvances增長areintegrated整合intoconceptualpicturesthatprovideguidesforfutureresearch.第三頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三HowPhosphotransferaseSystem-RelatedProteinPhosphorylationRegulatesCarbohydrateMetabolism（糖類新陳代謝系統(tǒng)）inBacteria第四頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三蛋白的磷酸化及去磷酸化狀態(tài)在分解物代謝阻遏中起關(guān)鍵作用。PTS系統(tǒng)是運載體家族中的轉(zhuǎn)位分子，在原核生和古細菌中廣泛存在。大腸桿菌主要通過PEP—sugarPTS以集團轉(zhuǎn)移方式進行葡萄糖的攝取，PTS包括EI，HPr，EII。前兩者為胞質(zhì)可溶型蛋白，無底物識別特異性。分別由pstI，pstH操縱子編碼，后者多為蛋白復(fù)合體，對碳水化合物具有識別特異性,可特異性識別和轉(zhuǎn)運底物分子，E.coli編碼約20種EⅡs，涉及20多種不同碳化物磷酸化轉(zhuǎn)運。第五頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三Hpr:histidine-containingphosphocarrierprotein含組氨酸的磷酸載體蛋白

EI：extract(獲得)thephosphatefromPEPandaddsittothecarrierprotein,HPr.EII：分為EIIA,EIIB,EIIC類別，有時EIIC又會連帶上EIID磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)蛋白-蛋白復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)

第六頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三PTS的作用過程：EI先從PEP處獲得磷酸基團，并將其加載到載體蛋白HPr上，然后載體蛋白將磷酸基團傳遞給整個系列當(dāng)中相對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)運蛋白。磷酸基團在幾種蛋白當(dāng)中穿梭，從HPr移動到EIIA，再到EIIB，最終到達處在EIIC（有時會帶上一個額外的鏈EIID）當(dāng)中的葡萄糖。每個轉(zhuǎn)運蛋白由EII蛋白自身的各個集成物組成，有時會作為隔離蛋白，有時又會在一個長鏈蛋白質(zhì)中作為一連串相互連結(jié)的結(jié)構(gòu)區(qū)域第七頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三磷酸化的HPr是一個所有PTS中EII的磷酸通用供體。這個磷酸轉(zhuǎn)移活性伴隨著從PTS系列的通用磷酸轉(zhuǎn)移部分到葡萄糖特異的那條途徑。而葡萄糖特異的載體（IIAGlc）這個蛋白不僅作為葡萄糖轉(zhuǎn)移過程中的中間體，同時也作為非PTS通透酶和腺苷酸環(huán)化酶的調(diào)節(jié)者。HPr—IIAGlc復(fù)合體的結(jié)構(gòu)是采用同位素標(biāo)記蛋白質(zhì)的組合，利用多維異核NMR光譜技術(shù)解析的。第八頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三CarbohydratetransportandphosphorylationbythePTSandtheircouplingtoglycolysis.CarbohydratesaretransportedandconcomitantlyphosphorylatedbythePTS.Thephosphorylatedcarbohydratefeedsintoglycolysis,normallyattheglucose-6-Porfructose-6-Plevel.Twophosphoenolpyruvatemoleculesareusuallyformedinglycolysis,oneofwhichisusedtodrivethetransportandinitialphosphorylationofthecarbohydrate.Asaresult,thephosphorylationstateofthePTSproteinsdependsonboththeconcentrationofextracellularcarbohydratesandtheratioofinternalphosphoenolpyruvateandpyruvate.Abbreviationsforenzymes(inboldfacetype)areasfollows:Pgi,phosphoglucoseisomerase;Pfk,phosphofructokinase;Fba,fructose-1,6-bisphosphatealdolase;Tpi,triose-phosphateisomerase;Gap,glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase;Pgk,phosphoglyceratekinase;Pgm,phosphoglyceratemutase;Eno,enolase;Pyk,pyruvatekinase.醛糖代謝PTS作用機制第九頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三Self-primingPump自吸泵（能量）Thephosphotransferasesystemisparticularlyenergy-efficientwhencomparedtomanyoftheothertransportsystemsinthecell.ManytransportersuseATPtopowertheimportofnutrients,butPTStransportersalsoaddaphosphategrouptothematthesametime.InsteadofATP,amoleculeofPEPisusedtopower激活thePTSreactionandprovidethephosphate.Thispre-phosphorylationofsugars糖的磷酸前體物primes指導(dǎo)themforentryintotheenergyproductionpathways.第十頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三HarvestingResources收獲資源

Thephosphotransferasesystemisbuiltaroundacollectionofspecifictransportersthatimportresourcesintothecell.PSIresearchershaverecentlyrevealedthestructureofoneofthesetransporters,whichimportsadisaccharide雙糖.Typicalbacterialcellsmakemanysimilartransporters(E.colihasatleast15)thatallstandreadytoimportwhateversugarsareavailable.Acomplexregulatorynetworkdecideswhichtransportersareexpressedandusedatanygiventime.PST系統(tǒng)是一些特定運輸物組建的集合體，這些運輸物會向細胞中輸入資源。PSI研究者最近發(fā)現(xiàn)了這些運輸物之一結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)是向細胞內(nèi)輸入雙糖。典型的細菌細胞有許多相似的轉(zhuǎn)移物(E.coli至少15），無論糖類是否便于利用他們都時刻做好準(zhǔn)備向內(nèi)輸入。一個復(fù)雜的調(diào)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)決定著在特定時間中哪一種轉(zhuǎn)運物被表達或被利用。第十一頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三Modular模塊化，單元化Reaction

ThemodularnatureoftheEIandEIIproteinsallowsthesameenergyproductionmachinerytopowermanydifferentsugartransporters.PSIresearchershavedeterminedthestructuresofseveraldifferentformsoftheEIIBproteinfromdifferentorganismsandfromdifferentsugartransportcomplexes.第十二頁，共十五頁，編輯于2023年，星期三研究方法對于包含在通過PTS進行磷酸轉(zhuǎn)移的過程以及PTS蛋白參與調(diào)控過程的機制的理解在很大程度上是通過蛋白組分的相互作用的種類的三維結(jié)構(gòu)的可視化來實現(xiàn)的。人們已經(jīng)利用X衍射晶體學(xué)和NMR（核磁共振）對PTS的單個的蛋白（酶I、HPr、IIA）進行了廣泛的特征分析。然而，除了甘油激酶—IIAGlc復(fù)合體，沒有一個PTS蛋白