嗜盐碱细菌N10的K转运系统Trk的功能与性质研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liandakj2005
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嗜盐碱细菌Alkalimonas amylolytica N10是一株最适pH为10.0,最高可以耐7%NaCl的专性嗜碱、轻度嗜盐的革兰氏阴性细菌。K+transporter基因trkH、trk、kup和kap基因缺陷体E.coliLB650在K+低于10mM的培养基中不能生长。以LB650作为筛选宿主,对以pGem3Zf为载体构建的Alkalimonas amylolyticaN10基因组文库进行基因筛选,对可以支持LB650在K3Na111.5生长的质粒进行测序,经过BLAST比对分析,得到了一个含有Alkalimonas amylolyttica N10 trkH和trkA基因的DNA片段。Aa-trkH和Aa-trkA位于同一个基因簇上,二者具有相反的转录方向,转录终止于基因组上的同一区域。   将两个基因引入E.coli对应的缺陷体LB650和LB2003中,在K3Nal11.5培养基中,Aa-trkH基因能够支持LB650的生长,Aa-trkA基因能够支持trkA缺陷体E.coli LB2003的生长。当将含有Aa-trkH或者是Aa-trkAH的基因引入trkH,trkG和sapD基因缺陷体E.coli LB690中的时候,来自于A.amylolyticaN10的trkH基因也能支持LB690在K3Na111.5中的生长,表明Aa-TrkH系统转运K+不绝对需要TrkE。   将含有Aa-trkH基因的LB650培养于含有不同NaCl浓度的培养基中,Aa-TrkH比来自于E.coli中的TrkH能更好地支持LB650在高浓度盐条件下的生长,说明Aa-TrkH在高盐条件下具有相对较高的活性。在不同pH条件测定Aa-TrkAH的净k+转运量表明,Aa-TrkAH比Ec-TrkAH具有更好的盐碱适应性。对为了研究在高pH条件下的活性,对Aa-TrkH在不同pH条件下进行了动力学分析,在pH7.5的条件下,测定Aa-TrkH系统的129.3 nmol min-1 mg-1 dry cell,Km是0.31mM。在pH8.0的条件下,124.5 nmol min-1 mg-1 dry cell,Km是0.17mM。在pH8.5的条件下,75.97 nmol min-1 mg-1,Km=0.13mM。由于K+的测定在高pH条件下胞内K+流失速度很快,所以推测Aa-TrkH在pH8.5时最大速度接近于实际测定速度的2倍,其最适pH可能在pH8.0或者以上。通过分析Aa-TrkH对于Rb+的转运,也证明了同样的结果。   通过序列比对,发现Aa-TrkH的103位Phe和229位Ser具有一定的保守性,对两个位点进行半饱和突变,发现Phe103被。Thr取代后,Aa-TrkH的活性几乎没有变化,被Ala取代后,活性有所下降,被Asp、His和Lys取代后,活性完全丧失。测定Phe103Ala、Phe103His、Phe103Asp的K+和Rb+转运的性质表明,各种突变几乎都削弱了K+的转运能力,但是Phe103/Ala转运Rb+的能力和野生型的一样。以上结果说明这一位点既需要Phe的空间构象,也对电荷有所要求,同时,Phe对于底物的选择还有一定的作用。对229为Ser的突变显示,无论被何种氨基酸替代,都无法恢复Aa-TrkH的活性,这证明Ser229可能参与了活性中心氢键的形成,而其它氨基酸无法替代。对Aa-TrkA和来自于E.coli的Ec-TrkA进行基因片段互换证明,Aa-TrkA和Ec-TrkA之间的对LB2003缺陷性状互补功能的差异主要是Aa-TrkA的C末端影响。对Aa-TrkA和Aa-TrkH的体外表达证明,Aa-TrkA在表达宿主BL21中以包涵体形式存在,分子伴侣groES-groEL可以促使Aa-TrkA的可溶性表达。含有分子伴侣groES-groEL的pGr07和tig的ptf16能够协助Aa-TrkH的高通量体外表达。对N10进行原生质体制备的条件摸索表明,制备N10的原生质体需要一定浓度的Gly和EDTA的存在。
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