天蓝色链霉菌SRP途径进化与功能研究

摘要

链霉菌是一种典型的革兰氏阳性菌，它复杂的胞外生化过程涉及数量巨大的分泌蛋白和膜蛋白，这些数量巨大、种类繁多的蛋白必须以高效、精确的方式在合适的时间运送到合适的位置，因此链霉菌的蛋白转运体系是高度进化的，对链霉菌蛋白转运体系的深入了解具有重要的科学意义和应用价值。
　　 目前链霉菌转运体系的一些基础特征仍不清晰，阻碍了对转运效率及调控方式的深入研究。本论文围绕信号识别颗粒(SRP)介导的蛋白转运途径，从进化和结构角度进行生物信息学研究，揭示链霉菌高效转运机制分子特征，并深入阐述了链霉菌SRP受体FtsY的膜定位机制。研究结果得出如下结论：1）通过分枝及位点特异的进化压力分析观察到链霉菌Ffh蛋白在进化历程早期受到位点特异的正向选择压力，这些正向选择的位点大多位于信号肽识别区域，Ffh信号识别区的正选择可能受信号肽阶段性高速演化驱使，这一信号肽识别机制的高度进化是链霉菌SRP途径高效精确转运的可能原因。2）利用蛋白质对接技术，建立了核糖体、新生肽链、4.5S RNA、Ffh、FtsY、SecYEG转运孔道多方相互作用的理论三维结构模型，提出了大肠杆菌FtsY膜定位机制的假设．通过比较天蓝色链霉菌FtsY和大肠杆菌FtsY在关键区域的差异，最终提出了链霉菌FtsY A结构域在膜定位中发挥不同功能的假说。3）利用膜蛋白分离和Mal-PEG标记技术，分析了链霉菌FtsY的A结构域膜定位功能，A结构域N端强疏水区对于FtsY的膜定位能力有显著影响，这一区域可能以穿膜或半穿膜的形式稳定与膜结合的FtsY。这一特有的机制使得链霉菌FtsY的膜定位模式类似于原核生物SRP受体到真核生物SRP受体进化的中间态。上述研究结果对深入系统研究链霉菌SRP途径的转运效率及调控方式提供了很好的基础。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 细菌蛋白转运的途径研究进展

1.1 SRP转运途径

1.1.1 Ffh研究进展

1.1.2 4.5SRNA研究进展

1.1.3 FtsY研究进展

1.1.4 FtsY-Ffh复合体结构研究

1.1.5 核糖体一新生肽一SecYEG复合体结构研究

1.2 Sec转运途径

1.3 TAT转运途径

1.4 三种蛋白转运途径的差异

1.5 链霉菌SRP转运途径研究进展

1.6 立题依据

第二章 链霉菌SRP转运途径特征的生物信息学分析

2.1 引言

2.2 进化分析

2.2.1 正向达尔文选择概述

2.2.2 进化分析的材料和方法

2.2.3 进化分析的结果和讨论

2.2.4 进化分析小结

2.3 建模分析

2.3.1 建模分析概述

2.3.2 建模分析的材料和方法

2.3.3 结构建模分析主要结论

2.3.4 结构建模分析小结

2.4 链霉菌SRP转运途径的特征

第三章 天蓝色链霉菌SRP受体FtsY膜定位机制研究

3.1 引言

3.2 材料

3.2.1 菌种和质粒

3.2.2 培养基

3.2.3 主要仪器

3.3 方法

3.3.1 融合蛋白表达

3.3.2 基因定点突变

3.3.3 膜蛋白分离及碳酸钠处理

3.3.4 Mal-PEG标记

3.4 结果与讨论

3.4.1 S.cFtsY N端存在强疏水序列

3.4.2 S.cFtsY的N端疏水序列是蛋白膜定位的关键区域v54

3.4.3 S.cFtsY的N端疏水序列能单独行使膜定位功能

3.4.4 S.cFtsY的N端疏水序列可能形成穿膜或半穿膜

3.4.5 S.cFtsY具有独特的膜定位机制

3.5 小结与分析

第四章 总结与展望

4.1 总结

4.2 创新点

4.3 本文的不足

4.4 后续工作

参考文献

攻读博士学位期间的主要研究成果

附录一缩略词表