Реферат на тему Обмін іонів заліза у дріжджів Saccharomyces cerevisiae - Хімія - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему Обмін іонів заліза у дріжджів Saccharomyces cerevisiae. Залізо, мідь, і цинк – є надзвичайно важливими поживними металами. Електронні властивості передачі заліза і міді відіграють важливу роль у процесах дихання і фотосинтезу. Цинк формує каталітичний центр в численних ферментах і відіграє важливу структурну роль у білків. Проте, всі ці метали можуть бути токсичними, якщо порушена регуляція їх рівня і розподілу. це ставить під загрозу життєво важливі клітинні функції. Безконтрольна redox діяльність заліза і міді може також приводити до утворення руйнівних окисних радикалів. Тому, організми підтримують вміст концентрацій металів у цитоплазмі на безпечному рівні. Обмін іонів заліза у дріжджів Saccharomyces cerevisiae Надлишок в клітині незв’язаних іонів заліза може бути причиною утворення АФК [69, 77]. Проте клітини володіють системою жорсткої регуляції метаболізму цього металу. Всі переміщення іонів заліза по клітині контролюються специфічними білками. При цьому максимально виключається можливість реакції іонів заліза з якоюсь макромолекулою або низькомолекулярною сполукою до моменту доставки їх у місце призначення. Для дріжджів S. cerevisiae найбільш вивченими є стадії проникнення іонів заліза в клітину, а також їхнє включення у відповідні металоферменти. Варто зазначити, що система метаболізму іонів заліза у дріжджів має багато спільних рис із такою в клітинах людського організму. На сьогодні відомо дві основних системи транспорту іонів заліза у дріжджів – високоафінну та низькоафінну .Перша, судячи з назви, здатна забезпечувати Високоафінна: - забеспечує клітину залізом навіть при низькому вмісті в пожмвному середовищі; - функціонує в аеробних умовах; - переносить в клітину іони у тривалентному стані; - складається з трьх компонентів: фериредуктази, фероксидази, пермеази. Низькоафінна: - функціонує в аеробних і анаеробних умовах; - транспортує в клітину іони заліза, міді, кобальту, цинку; - переносить в клітину іони у тривалентному стані; - транспортний білок металопермеаза Fet 4. У дріжджів виявлено дев’ять фериредуктаз, які кодуються генами FRE1-FRE7, YGL160w та YLR047c [99, 101]. Часто ці ферменти для більшої коректності називають металоредуктазами, оскільки деякі з них відновлюють іони міді [60, 100, 102]. Фериредуктази є флавоцитохромами b, здатними зв’язувати NADPH [86, 178, 179, 191]. Фероксидаза системи високоафінного транспорту кодується геном FET3 [30]. Фероксидаза Fet3 – білок з родини мідьвмісних оксидаз із великим ступенем гомології по відношенню до церулоплазміну, аскорбатоксидази, лакази і т. п [71, 75, 117, 155]. Як кінцевий акцептор електронів фероксидаза використовує молекулярний кисень [69, 116, 175]. Третій компонент системи високоафінного транспорту іонів заліза – пермеаза, яка кодується геном FTR1 .Білок Ftr1 має молекулярну масу 45 кД і містить 6 трансмембранних доменів. Цікаво, амінокислотна послідовність місця зв’язування іонів заліза в білку Ftr1 – REGLE – схожа з такою у L-ланцюзі феритину ссавців [Транспорт іонів заліза здійснюється наступним чином. Фериредуктази (як правило, білки Fre2–Fre6) відновлюють іони тривалентного заліза, які потім перехоплюються фероксидазою та знову окислюються. Окислені фероксидазою іони заліза зразу ж транспортуються в клітину пермеазою Ftr1. Слід зазначити, що фероксидаза та пермеаза утворюють своєрідний комплекс, міцно зв’язаний з цитоплазматичною мембраною. Причому цей комплекс формується ще до інтеграції обох білків у цитоплазматичну мембрану – в процесі дозрівання в апараті Гольджі. Білки, гомологічні Fet3 та Ftr1 знайдені в багатьох дріжджів, зокрема: у Candida albicans, Pichia pastoris , Schizosaccharomyces pombe .Цікавим аспектом, пов’язаним з високоафінним транспортом іонів заліза у дріжджів, є доставка іонів міді для синтезу холоферменту фероксидази. Саме в цьому місці транспорт іонів заліза та міді виявляють зв’язок між собою та взаєморегуляцію. Так, іони заліза постачаються у фероксидазу за допомогою білків, які кодуються генами ATX1 та CCC2 .Білок Atx1 зв’язує іони міді та доставляє їх у місце дозрівання мідьвмісних білків .Великий інтерес на сьогодні являє білок Ссс2, який є АТФазою Р-типу. У дріжджів за допомогою цієї АТФази іони міді транспортуються у вакуоль. Ген ССС2 є ортологом генів, зв’язаних у людини з розвитком хвороб Вільсона та Менке .Ген, мутація якого призводить до розвитку хвороби Менке, відповідає за синтез АТФази Р-типу, яка виводить іони міді з клітин людського організму (виключенням є клітини печінки) . Ген, мутація якого веде до розвитку хвороби Вільсона також кодує АТФазу Р-типу, яка здійснює транспорт іонів міді в клітинах печінки та нирок і відповідає за включення міді в церулоплазмін. Низькоафінний транспорт іонів заліза у дріжджів здійснюється металопермеазою Fet4 – гідрофобним білком з молекулярною масою 65 кД [76]. У дріжджів є також і третя система транспорту іонів заліза, представлена білками Smf1 та Smf2 – іонообмінними транспортерами металів . Гомологами даних білків в людському організмі є продукти генів Nramp2, DMT1 та DCT1. Великий інтерес представляє система регуляції транспорту іонів заліза на рівні експресії генів. Фактором транскрипції, який регулює експресію генів, зв’язаних з метаболізмом іонів заліза, є фактор транскрипції Aft1 .Зараз припускається, що іони заліза можуть зв’язуватись безпосередньо з Aft1, взаємодіючи з послідовністю цис-x-цис. В якості підтвердження приводиться факт, що заміна одного з цистеїнових залишків даної послідовності, а саме цис-291, веде до пригнічення активації транскрипції . На сьогодні відомо, що у S. cerevisiae окрім металоредуктазних генів, в регулон Aft1 входять і гени, причетні до надходження іонів заліза в клітину, а саме: гени, які кодують компоненти системи високоафінного транспорту – FET3 та FTR1 [30, 47, 175, 219]; гени, зв’язані з надходженням сидерофорів – ARN1-4 та FIT1-3 [172, 183], транспортом іонів заліза через вакуолярну мембрану – FET5 [183, 194] та FTH1, включенням іонів міді в апобілок Fet3 – CCC2 та ATX1 [149, 183], утворенням залізо-сірчаних кластерів – ISU1, ISU2 Цікавим спостереженням є те, що надлишкова експресія гену AFT1 викликає зупинку клітинного циклу на стадії G1 [47]. Виявилось, що цей ефект не спричинений токсичністю ані заліза, ані міді через збільшене надходження цих металів. Це вказує на участь фактору Aft1 в інших, ніж засвоєння заліза, клітинних процесах. Недавніми дослідженнями встановлена наявність парблога гену AFT1, який кодує продукт з 416 амінокислотних залишків, ідентичний білкові Aft1 [183]. Наявність гену AFT2, ідентичного AFT1, вважають наслідком дуплікації геному предків сучасних S. cerevisiae [216]. Так, ген AFT1 знаходиться в хромосомі VII, тоді як його дуплікатний варіант YPL202c (названий AFT2) знаходиться в хромосомі XVI. Обидва гени, як вже на сьогодні відомо, виконують різні, але перехресні функції. Відомо, наприклад, що Aft2p, як і його паралог, фактор Aft1, є активатором транскрипції, який реагує на залізо. Серед генів, які ефективно активуються мутантним алелем AFT2-1up знайдено гени, що регулюються Aft1 (FIT1, FIT3, FTR1, FTH1, FRE1, FET5, TIS11), та гени, що регулюються фактором, чутливим до цинку – Zap1 (ZRT1 та YOL154w) []. Виявлено також гени, які не регулюються ані активатором Aft1, ані активатором Zap1 (MRS4, UBC8, PRB1, ECM4) [183]. Одним з важливих етапів обміну заліза є використання вилучених з оточуючого середовища іонів металу на потреби клітини. Залізо, як відомо, входить до складу багатьох ферментів або виступає кофактором у ферментативних процесах. У складі ферментів залізо може перебувати у вигляді залізо-сірчаного кластеру чи бути включеним у порфіринове кільце гему. До гемвмісних ферментів відносяться каталаза, пероксидаза, вже згадувана металоредуктаза, а також цитохромооксидаза. До Fe-S-білків відносяться аконітаза та сукцинатдегідрогеназа [5, 152, 224] з циклу трикарбонових кислот, а також гомоаконітаза, необхідна для синтезу лізину [5, 129, 185]. ЦИНК Наприклад, в S. cerevisiae, продукція гена чутливості цинку збільшення ZRT1 у відповідь на дефіцит цинку, тоді як за нормальной кількості цинку, Zrtl піддається вимушений для цинку endocytosis і погіршений в vacuole (39). Проте, на відміну від заліза і міді, чутливі для цинку чинники транскрипції знайдені в грибках, ссавці, рибний, transcriptional контроль генів, залучених в цинковий гомеостаз, має універсальну важливість (31,). Відомо два чинники, які управляють продукцією гена чутливого до цинк - Zapl від S. cerevisiae, який активізується при цинковоиу дефіциті, і MTF-1, що активний у ссавців, Zapl збільшує вираз трьох цинкових систем, що кодуються ZRT1, гени ZRT2, і FET4 (Мал. 1A) Zapl також стимулює звільнення цинку від vacuolar цинкового депо, формуючи ZRT3 vacuolar системи транспорту). Zapl - ZRC1, ген, який кодує vacuolar цинкову систему притоку (96)., Zapl регулює вираз 42 інших генів, деякі з яких, можливо, мають додаткові ролі в цинковому гомеостазі (Таблиця 1) У ссавцях, MTF-1 грає визначальну роль в захисті протипроти цинкової токсичності. Це частково досягнуто, збільшуючи вираз MT-1 і MT-2, два гени, які кодують цинково-обов'язковий metallothioneins (66). MTF-1 - hZTLl, ген, який кодує цинковий транспортування до enterocyte apical мембрани. Можливо це незвичайне регулювання гарантує, що цинк фактично поглинений від кишечника, поки інший transcriptional і posttranslational homeostatic механізми підтримують клітинний цинк на оптимальному рівні під цими умовами. На додаток до регулюючих генів, залучених в цинковий гомеостаз, MTF-1 регулює продукцію інших генів (Таблиця 1) Zapl і MTF-1 мають ряд особливостей, які звичайні до transcriptional активаторів, які включають transactivation області і обов'язкові для ДНК області, що містять лейтмотиви пальця цинку QH^type (Мал. 3A). Zapl містить дві області активації (168). Перша область активації розміщена в кінцевій станції N в області, багатій cysteine і залишками histidine, і другими області активації пальця цинку QHz-типу Критична особливість в розумінні цинкового гомеостазу визначає, які ці цинк сенсу чинників. Багаторазові регулярні механізми сприяють inactivation Zapl цинком (Мал. 3B). На transcriptional рівні, Zapl пов'язує з чуйним для цинку елементом, розміщеним в межах його власного промотора і autoregu-lates його власний вираз. Діяльність Zapl також регулюється аж до трьох posttranslational механізмів (12, 165, 168). Регулярний механізм, який найбільш зрозуміли, - автономна репресія область активації 2 (AD2) цинком. Обидва цинкових областей пальця, які розташовані в AD2 (Znfl і Znf2), потрібні для чутливої для цинку репресії. У vitro, цинк зв'язує злегка нижчою спорідненістю і, виключно, з вища нестійкість багато чого до пари Znfl-Znf2 щодо контрольної пари цинкових областей пальця (11)..У відсутності регулювання AD2, як ADl, так і обов'язкова для ДНК область Zapl негативно регулюються цинком незалежними механізмами (12). Репресія ADl ймовірно залучає цинково-залежну внутрішньомолекулярну взаємодію з обов'язковою для ДНК областю Zapl що функція області активації.
1 2 3 4 5 Категория: Хімія \| Добавил: Aspirant (03.05.2013)
Просмотров: 336 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: