ATP合成酶和鞭毛輸出裝置系出同源?

2021-02-23 細菌趨化

         細菌的鞭毛輸出裝置(T3SS)和ATP合成酶具有類似的工作原理,都是利用質子電動勢差推動馬達來產生ATP或分泌鞭毛蛋白。二者的相似性曾讓科學家認為鞭毛可能來自ATP合成酶,但如果對兩個系統之間進行詳細的比較,就會發現他們之間有很多不同。所以儘管兩個系統從功能結構上看上去很像,但聲稱二者同源的結論還十分不穩固。最近,Matzke等人梳理了鞭毛輸出裝置和ATP合成酶同源性研究的歷史,並從基因排列順序(gene order)的角度對鞭毛輸出裝置和ATP合成酶的系出同源假說提供了新的證據。

 

功能上關係緊密的蛋白的編碼基因常常位於同一個基因簇中,並且保持著固定的排列順序。但隨著在系統發育樹中逐漸變遠,蛋白序列相似性下降,基因之間的排列順序也會被打亂。儘管非常保守的基因簇非常罕見,但一旦發現它們(如趨化基因簇),便預示著基因簇中的基因編碼蛋白可能存在保守的功能關係。所以,對於系統發育樹中距離較遠的系統進行同源性研究時,基因共線性分析是一種非常有效的方法。作者對比了不同的3型分泌系統(T3SS)和不同類型ATP酶的編碼基因排序。在鞭毛T3SS編碼基因簇中,fliH-fliI-fliJ的排布方式在細菌中非常保守;而在ATP合成酶編碼基因簇中fob-f1δ-f1α的排布方式非常保守。由於它們之間分別對應為同源蛋白,且基因排布在兩個系統中高度保守,該結果為T3SS和ATP合成酶兩個系統是同源的假說提供了有力證據。

相關焦點

  • 旋轉分子馬達:ATP合成酶,生命能量的「印鈔機」
    細胞內含有很多線粒體,線粒體內又有很多和呼吸密切相關的膜蛋白複合物,即ATP合成酶,一種典型的旋轉分子馬達,它們不斷地旋轉來合成ATP,維持細胞新陳代謝需要的大量能量。生物分子馬達按運動形式可分為線性馬達和旋轉馬達兩類。線性馬達常常與特定軌道結合在一起,利用ATP水解所釋放出的化學能產生與軌道的相對運動,其作用機制與人造發動機類似;旋轉馬達則類似於人造電機,由「轉子」和「定子」兩部分組成。
  • ATP合成酶:宏偉的分子機器—大師的傑作
    這包括螢光共振能量轉移、電子顯微鏡技術、掃描隧道顯微技術、尤其是核磁共振光譜分析和X射線衍射技術。用這些技術建立的蛋白圖像存放於多個網站上,例如Protein Data Bank(蛋白資料庫)。 ATP Synthase, www.mrc-mbu.cam.ac.uk/research/atp-synthase. Stryer.
  • 細菌鞭毛是如何測量自己的身長?
    本研究首次實現在體外培養環境完成從全能幹細胞培育出胚胎的過程。研究人員在一個三維的框架中將胚胎幹細胞和胚胎外幹細胞相結合,結果發現這些幹細胞會自組裝出一個類似自然胚胎的可發育結構。這一人造胚胎是研究哺乳動物胚胎發育的重要模型。圖1.
  • :一種新型分枝桿菌F-ATP合成酶抑制劑的發現
    F1FO-ATP合成酶是結核分枝桿菌生長和生存所必需的酶,臨床已經證實是一個有效的抗結核靶點。最近研究表明結核分枝桿菌ATP合成酶中具有較人源蛋白獨特的結構域—γloop,發現結合於該結構域並影響ATP合成酶活性的化合物有望實現有效性和安全性。
  • 《Science》ATP合成酶結構新鮮出爐
    ATP合成酶(ATP synthase)是全球範圍內幾十年結構研究的主題。Rosalind Franklin大學David M.
  • 【知識點】酶和ATP
    美國科學家薩姆納通過實驗證實酶是一類具有催化作用的蛋白質,科學家切赫和奧特曼發現少數RNA也具有生物催化作用。
  • 魚病知識:認識細菌鞭毛
    鞭毛的表達需要超過40個基因的參與,其合成和工作是一個非常耗能的過程,今天就和大家一起分享下有關細菌鞭毛的知識。本文主要參考以下兩篇文章:鞭毛的直徑約20nm,一般長5~20μm,細菌的鞭毛是從菌體伸出的細長的絲狀物,它既是一個馬達器官,又是一個蛋白質轉運/組裝裝置。
  • 幾丁質酶參與水稻纖維素合成
    植物類幾丁質酶作為一類糖苷水解酶,參與調控植物生長和發育的多個過程,包括細胞壁代謝和植物的抗病性。水稻基因組中存在37個編碼幾丁質酶蛋白或類蛋白的基因,但目前相關研究工作甚少,仍缺乏遺傳學上的證據。 中科院遺傳與發育生物學研究所朱禎課題組和周奕華課題組通過鑑定一個新的水稻脆稈突變體bc15發現,其野生型基因編碼幾丁質酶類蛋白BC15/OsCTL1。
  • 科學網—氣候變化給鞭毛微藻生存帶來嚴峻挑戰
    中國水產科學研究院黃海水產所氣候變化給鞭毛微藻生存帶來嚴峻挑戰   本報訊(記者廖洋 通訊員張雯)近日,中國水產科學研究院黃海水產研究所研究員葉乃好團隊在《自然—氣候變化》發表研究論文,首次從鞭毛運動和再生能力角度,解析了水體酸化對微藻運動能力的負面影響及機制,闡述了運動能力改變對微藻群體演變的潛在影響,為系統研究氣候變化條件下水域生態系統生物多樣性格局變遷提供了新思路。
  • 研究實現正交氨醯-tRNA合成酶與tRNA對的快速發現和進化
    研究實現正交氨醯-tRNA合成酶與tRNA對的快速發現和進化 作者:小柯機器人 發布時間:2020/4/19 23:11:48 英國劍橋大學Jason W.
  • 細菌鞭毛機理將幫助人類開發出微型發動機(圖)
    細菌釋放出蛋白質使「齒輪」和「分子引擎」分離  【搜狐科學消息】據國外媒體報導,科學家們近日發現了細菌鞭毛的運動機理,該機制的發現將幫助人類儘早開發出微型發動機。  眾所周知,細菌能夠轉動自己的鞭毛遊動。
  • Nature:細菌鞭毛分泌的動力來源並非ATP酶
    生物谷報導:細菌鞭毛包含一個分泌器,它與很多病原體用來將效應器(effector)蛋白轉移進宿主細胞內的III-型分泌體系相關。科學家認為,ATP酶FliL為這種輸送提供能量,但本期Nature上兩篇論文反對這一被普遍接受的觀點。這兩個研究小組都發現,鞭毛分泌即使是在沒有這種ATP酶的情況下也能發生,而且為該過程提供能量的是質子運動力。
  • 微生物所高書山研究組破解過氧化氫酶參與天然產物生物合成機制
    自20世紀50年代以來,藥效團Ergoline環中的C環生物合成機制一直是各國科學家的研究重點,在該領域發表了大量論文,前輩科學家的研究證明了EasC和EasE兩個蛋白參與了C環的生物合成(圖1B),但是具體的分子生物學與酶學機制仍然沒有解析清楚。
  • 創建同源四倍體魚品系
    近日,湖南師範大學生命科學學院教授劉少軍及其團隊宣布,成功培育出兩性可育的同源四倍體魚。
  • 高中生物知識點總結:酶和ATP
    高中生物知識點總結:酶和ATP 2013-01-10 16:32 來源:新東方網整理 作者:
  • 研究人員開發出高耐久低成本的DNA合成糾錯系統
    DNA的從頭合成是合成生物技術的基礎平臺之一。但是,由於大規模DNA合成過程中難以避免地產生錯誤,DNA糾錯環節的效率和經濟性已經成為限制DNA合成質量、通量與成本的關鍵問題之一。針對此問題,中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞中心研發出高耐久低成本的DNA合成糾錯系統,大幅度提高了DNA糾錯環節的效率和經濟性。
  • ATP合成酶的旋轉亞態揭示了F1-Fo柔性耦合基礎
    ATP合成酶的旋轉亞態揭示了F1-Fo柔性耦合基礎 作者:小柯機器人 發布時間:2019/7/28 9:00:05 德國馬普生物物理研究所Werner Kühlbrandt研究組取得進展。
  • Tran-Anh和Rumberg根據ATP合成和水解的動力學研究,提出了ATP
    Mitchll的貢獻就在於把膜和質子的概念引進到生物能量轉換和偶聯機理的解釋之中,因此,他在1978年獲得了諾貝爾化學獎。但ATP合酶怎樣利用PMF把ADP和Pi合成ATP的機理還不清楚。Tran-Anh和Rumberg根據ATP合成和水解的動力學研究,提出了ATP合酶的作用模型(圖3-20)。
  • :阻斷異位表達ATP合成酶抑制肺腺癌增殖
    7月20日,Cancer Research雜誌在線報導,抑制異位表達在肺腺癌細胞膜上的ATP合成酶可誘導未摺疊蛋白反應,從而觸發細胞生長抑制。科學家早已發現癌症細胞膜上存在線粒體F1F0-ATP合酶的異位表達,但它是否在此情況下發揮功能性作用仍不清楚。
  • 化工系工業酶催化團隊研發出可長周期運行的氣相反應用酶催化劑
    化工系工業酶催化團隊研發出可長周期運行的氣相反應用酶催化劑清華新聞網6月19日電 6月18日,清華大學化學工程系劉錚教授帶領的工業酶催化團隊在《自然·通訊》 (Nature Communications)上發表題為《應用氧化石墨烯實現絕幹氣體工況下的長周期酶催化酯交換反應》(Graphene Oxide Enabled Long-Term