Oxidační reakce - Oxidation response - Wikipedia
Oxidační reakce je stimulován narušením rovnováhy mezi produkcí reaktivní formy kyslíku a antioxidační reakce, známé jako oxidační stres. Aktivní druhy kyslíku se přirozeně vyskytují v aerobních buňkách a mají intracelulární i extracelulární zdroje. Pokud tyto druhy nejsou kontrolovány, poškozují všechny složky buňky, včetně proteinů, lipidů a DNA. Proto musí buňky udržovat silnou obranu proti poškození. Následující tabulka poskytuje představu o antioxidačním obranném systému v bakteriálním systému.
| Linie obrany | Součásti | Funkce | Příklady |
|---|---|---|---|
systém pro opravu bílkovin systém opravy lipidů |
Stresová reakce
Malé změny ve stavu buněčných oxidantů lze vycítit specifickými proteiny, které regulují soubor genů kódujících antioxidační enzymy. Taková globální reakce indukuje adaptivní metabolismus včetně ROS eliminace, obtok zraněných cest, oprava oxidačního poškození a udržování redukční síly.
Peroxid a superoxid jsou dva hlavní druhy aktivního kyslíku. Je zjištěno, že peroxid a stres superoxidu reakce jsou u bakterií odlišné. Vystavení mikroorganismů nízkým subletálním koncentracím oxidantů vede k získání buněčné rezistence k následnému smrtelnému oxidačnímu stresu.
Peroxidová stresová reakce
V reakci na zvýšený tok o peroxid vodíku a další organické peroxidy, jako je terc-butylhydroperoxid a kumenhydroperoxid, peroxid stimulon se aktivuje. Studie reakce E. coli na H2Ó2 prokázali, že expozice H2Ó2 zvýšené mRNA úrovně 140 genů, z nichž 30 genů je členy OxyR regulon. Geny zahrnují mnoho genů kódujících metabolické enzymy a antioxidační enzymy, které prokazují úlohu těchto enzymů při reorganizaci metabolismu za stresových podmínek.[1]
Superoxidová stresová reakce
Při stresu pod zvýšenou hladinou superoxidového radikálového aniontu O2−, bakterie reagují vyvoláním superoxidového stimulanu. Sloučeniny generující superoxid aktivují SoxR regulátor oxidací jednoho elektronu klastrů 2Fe-2S. Oxidovaný SoxR pak indukuje expresi proteinu SoxS, který zase aktivuje transkripci strukturních genů regulonu SoxRS.[2]
Nařízení
Transkripční faktor OxyR reguluje expresi OxyR regulonu. H2Ó2 oxiduje transkripční faktor vytvořením intramolekulární disulfidové vazby. Oxidovaná forma tohoto faktoru se specificky váže na promotory základních genů OxyR regulonu, včetně katG (hydroperoxidáza -kataláza HPІ), gorA (glutathion reduktáza ), grxA (glutaredoxin 1), trxC(thioredoxin 2), ahpCF (alkylhydroperoxidreduktáza ), dps (nespecifický protein vázající DNA) a oxyS (malá regulační RNA). Reduced OxyR provides autorepression by binding only to the oxyR promotér.[1]
Nařízení soxRS regulon nastává dvoustupňovým procesem: protein SoxR se nejprve převede na oxidovanou formu, která zesiluje soxS transkripce a zvýšená hladina proteinu SoxS zase aktivuje expresi regulonu. Strukturální geny pod tímto regulonem zahrnují soda (Mn-superoxiddismutáza (DRN)), zwf (glukóza-6-fosfátdehydrogenáza (G6PDH )), acnA (akonitáza A), nfsA (nitrátreduktáza A), fumC (fumaráza C) a nfo (endonukleáza IV) mimo jiné. U E. coli slouží negativní autoregulace proteinu SoxS jako tlumící mechanismus pro soxRS redoxní stresová reakce.[3]
Regulační geny SoxRS lze regulovat dalšími faktory.[2]
Nejméně tři známé geny včetně xthA a katE jsou regulovány faktorem sigma, KatF (RpoS ), jehož syntéza je zapnuta během stacionární fáze. Je známo, že XthA (exonukleáza III, enzym opravující DNA) a KatE (kataláza) hrají důležitou roli v obraně proti oxidačnímu stresu, ale geny regulonu KatF nejsou indukovány oxidačním stresem.[2]
Mezi oxidačním stresem a jinými regulačními sítěmi se překrývá tepelný šok Odezva, SOS odpověď.
Fyziologická role odpovědi
Ochranu proti škodlivým účinkům aktivního kyslíku lze logicky rozdělit do dvou širokých tříd, preventivní a reparativní.
Prevence oxidačního poškození
Buněčná obrana proti škodlivým účinkům oxidačního stresu zahrnuje jak enzymatické, tak neenzymatické složky.
Enzymatické složky mohou přímo zachytávat aktivní kyslíkové formy nebo mohou působit produkcí neenzymatických antioxidantů. Existují čtyři enzymy, které poskytují podstatnou část ochrany proti škodlivým reakcím zahrnujícím aktivní kyslík v bakteriích: SOD (superoxid dismutázy kódované soda a sodB), katalázy (katE a katG), glutathion syntetáza (gshAB) a glutathion reduktáza (gor). Některé bakterie mají peroxidázy závislé na NADH specifické pro H2Ó2.
Hlavní neenzymatické antioxidanty v E. coli jsou GSH a thioredoxin (kódovaný trxA). Ubichinon a menachinon mohou také sloužit jako antioxidanty spojené s membránou.
Oprava oxidačního poškození
Sekundární obrana zahrnuje systémy pro opravu DNA, proteolytický a lipolytické enzymy. DNA opravné enzymy zahrnují endonukleázu IV, vyvolanou oxidačním stresem, a exonukleáza III, indukované ve stacionární fázi a v hladovějících buňkách. Tyto enzymy působí na duplexní DNA a čistí 3 'koncové konce DNA.
Prokaryotické buňky obsahují katalyzátory, které často modifikují primární strukturu proteinů snížením disulfidových vazeb. K tomu dochází v následujících krocích:
i) thioredoxin reduktáza přenáší elektrony z NADPH na thioredoxin prostřednictvím a flavin dopravce
ii) glutaredoxin je také schopen redukovat disulfidové vazby, ale s použitím GSH jako donoru elektronů
(iii) disulfid proteinu izomeráza usnadňuje disulfidové výměnné reakce s velkými neaktivními proteinovými substráty, kromě toho garde aktivita
Oxidace vystaveného povrchu methionin zbytky obklopující vchod do aktivního místa by mohly fungovat jako „poslední šance“ antioxidačního obranného systému pro proteiny.[4]
Eukaryotický analog
Složitost bakteriálních odpovědí se zdá být v počtu proteinů vyvolaných oxidačním stresem. V savčích buňkách je počet indukovaných proteinů malý, ale regulační cesty jsou velmi složité.
Induktory reakcí na oxidační stres v bakteriích se zdají být buď samotným oxidantem, nebo interakcí oxidantu s buněčnou složkou. Většina savčích buněk existuje v prostředí, kde je koncentrace kyslíku konstantní, takže reakce nejsou přímo stimulovány oxidanty. Spíše, cytokiny jako faktor nekrózy nádorů, interleukin-1 nebo bakteriální polysacharidy indukují syntézu SOD a multigenní odpovědi. Nedávná práce ukazuje, že superoxid je silný promotor nádoru, který funguje aktivací a indukcí genových produktů souvisejících s růstovou kompetencí. Mezi další faktory podílející se na expresi antioxidačního genu patří indukce klimodulin kináza zvýšením Ca2+ koncentrace.
Buňky E. coli odhalily podobnosti s procesem stárnutí vyšších organismů. Mezi podobnosti patří zvýšená oxidace buněčných složek a její cílová specificita, role antioxidantů a kyslíkového napětí při určování délky života a zjevný kompromis mezi aktivitami souvisejícími s reprodukcí a přežitím.[5]
Reference
- ^ A b Semchyshyn, Halyna (2009). „Reakce vyvolaná peroxidem vodíku u E. coli a S. cerevisiae: různá stádia toku genetické informace“. Otevřené vědy o životě. 4. doi:10,2478 / s11535-009-0005-5.
- ^ A b C Farr, SB; Kogoma, T. „Oxidační stresové reakce u Escherichia coli a Salmonella typhimurium“. Microbiol Rev. 55: 561–85. PMC 372838. PMID 1779927.
- ^ Nunoshiba, T; Hidalgo, E; Li, Z; Demple, B. „Negativní autoregulace proteinem SoxS Escherichia coli: tlumící mechanismus pro redoxní stresovou reakci soxRS“. J Bacteriol. 175: 7492–4. doi:10.1128 / jb.175.22.7492-7494.1993. PMC 206898. PMID 8226698.
- ^ Cabiscol, E; Tamarit, J; Ros, J. "Oxidační stres u bakterií a poškození bílkovin reaktivními formami kyslíku". Int Microbiol. 3: 3–8. PMID 10963327.
- ^ Thomas Nystrom, STACIONÁRNĚ-FÁZOVÁ FYZIOLOGIE, Annu. Rev. Microbiol. 2004. 58: 161–81.