산화 반응

Oxidation response

산화 반응은 산화 스트레스라고 알려진 활성 산소 종의 생산과 항산화 반응 사이의 균형에 교란으로 인해 자극됩니다.활성 산소 종은 호기성 세포에서 자연적으로 발생하며 세포 내 및 세포 외 공급원을 모두 가지고 있습니다.이 종들은 통제되지 않으면 단백질, 지질, DNA를 포함한 세포의 모든 구성 요소를 손상시킨다.따라서 세포는 손상으로부터 강력한 방어력을 유지할 필요가 있습니다.다음 표는 세균 시스템의 항산화 방어 시스템에 대한 아이디어를 제공합니다.

방어선 구성 요소들 기능. 예
첫번째
금속 킬레이터
금속 촉매 반응을 억제함으로써 유리기의 형성을 방지하다
메탈로티오닌, 셀룰로플라스민, 페리틴, 트랜스페린 및 디페록사민
둘째
저분자량 화합물 및 항산화효소
생물학적 분자가 손상되기 전에 활성산소(ROS)를 비활성화하다
아스코르브산염, 글루타치온, 알파토코페롤,
슈퍼옥시드디스무타아제(SOD) 및 카탈라아제
셋째
DNA수복시스템

단백질 수복계

지질수복계
ROS에 의해 손상된 생체 분자를 복구하다
메티오닌술폭시드환원효소
글루타치온과산화효소

스트레스 반응

세포 산화제 상태의 작은 변화는 항산화 효소를 코드하는 유전자 세트를 조절하는 특정 단백질에 의해 감지될 수 있다.이러한 전역 반응은 ROS 제거, 손상된 경로의 우회, 산화 손상 보상 및 감소 전력 유지를 포함한 적응 대사를 유도한다.

과산화물과 슈퍼옥시드는 두 가지 주요 활성 산소종이다.과산화물과 과산화물의 스트레스 반응은 박테리아에서 구별되는 것으로 밝혀졌다.미생물이 낮은 치사성 농도의 산화제에 노출되면 후속 치사성 산화 스트레스에 대한 세포 내성이 생깁니다.

과산화물 스트레스 반응

과산화수소 및 기타 유기 과산화물(tert-butyl hydropoxide 및 cumen hydropoxide 등)의 플럭스의 증가에 응답하여 과산화물 자극제를 활성화한다.HO에 대한22 대장균 반응에 대한 연구는 140개의 유전자의 HO 상승된 mRNA 수치에 대한22 노출이 나타났으며, 이 중 30개의 유전자는 옥시R 조절제의 구성원이다.그 유전자들은 대사 효소와 항산화 효소를 코드하는 많은 유전자를 포함하고 있으며, 스트레스 [1]조건 하에서 신진대사의 재편성에 있어 이러한 효소의 역할을 보여준다.

과산화물 응력 반응

슈퍼옥시드 라디칼 음이온2− O의 높은 수치 하에서 스트레스를 받으면 박테리아는 슈퍼옥시드 자극제를 발동하여 반응한다.초산화물 생성 화합물은 2Fe-2S 클러스터의 1전자 산화에 의해 SoxR 조절기를 활성화한다.산화 SoxR은 SoxS 단백질의 발현을 유도하여 SoxRS [2]조절 유전자의 전사를 활성화한다.

규정

OxyR 및 SoxRS 규제균의 산화반응 조절

전사인자 옥시R은 옥시R 조절제의 발현을 조절한다.HO는22 분자 내 디술피드 결합을 형성함으로써 전사 인자를 산화시킨다.이 인자의 산화된 형태는 katG(히드로페로시다아제-카탈라아제 HPΩ), gorA(글루타티온 환원효소), grxA(글루타독신1), trxC(티오레독신2), ahPCF(알킬화수소 환원효소)를 포함한 옥시R 조절 유전자의 구성 유전자 촉진제에 특이적으로 결합한다.환원 옥시R은 옥시R [1]프로모터에만 결합함으로써 자가억제를 제공한다.

SoxRS 조절은 2단계 프로세스에 의해 이루어집니다. SoxR 단백질은 먼저 SoxS 전사를 촉진하는 산화 형태로 변환되고 SoxS 단백질의 수치가 증가하면 다시 SoxS 단백질의 발현이 활성화됩니다.이 규제 하에 있는 구조 유전자는 sodA(Mn-superoxide dismutase(SOD), zwf(글루코스-6-인산탈수소효소(G6PDH), acnA(아코니타아제A), nfsA(질산환원환원효소A), FUMC(후마라아제C) 및 nuclase(IVoase)를 포함한다.E.coli에서 SoxS 단백질의 음성 자동조절은 soxRS 산화환원 스트레스 [3]응답을 위한 감쇠 메커니즘으로 기능한다.

SoxRS 규제 유전자는 추가 [2]요인에 의해 조절될 수 있습니다.

xthA 및 katE를 포함한 적어도 3개의 알려진 유전자는 정지상 중에 합성이 온이 되는 시그마인자 KatF(RpoS)에 의해 조절된다.XthA(DNA 복구 효소인 엑소뉴클레아제 III)와 KatE(카탈라아제)는 산화 스트레스 방어에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있지만 KatF 조절 [2]유전자는 산화 스트레스에 의해 유도되지 않는다.

산화 응력 반응과 열 충격 반응, SOS 반응과 같은 다른 조절 네트워크 사이에는 중복이 있습니다.

반응의 생리학적 역할

활성 산소의 해로운 영향에 대한 방어는 논리적으로 예방과 회복의 두 가지 큰 클래스로 나눌 수 있습니다.

효소항산화물질에 의한 산화손상 방지 메커니즘

산화손상 방지

산화 스트레스의 해로운 영향에 대한 세포 방어에는 효소 성분과 비효소 성분이 모두 포함됩니다.

효소 성분은 활성 산소 종을 직접 청소하거나 비효소 항산화제를 생성함으로써 작용할 수 있습니다.박테리아의 활성산소와 관련된 유해반응에 대한 대부분의 보호를 제공하는 네 가지 효소가 있습니다: SODs(sodA와 sodB에 의해 코드된 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제), 카탈라아제(katE와 katG), 글루타티온 합성효소(gshAB) 그리고 글루타티온 환원효소(gor).일부 박테리아는 HO에 특이적인22 NADH 의존성 과산화효소를 가지고 있다.

대장균의 주요 비효소 항산화 물질은 GSH와 티오레독신(trxA에 의해 암호화됨)입니다.유비퀴논과 메나퀴논은 또한 막과 관련된 항산화 물질로 작용할 수 있다.

산화성 손상 복구

이차 방어에는 DNA 복구 시스템, 단백질 분해 및 지방 분해 효소가 포함됩니다.DNA수복효소는 산화스트레스에 의해 유도되는 엔도핵산가수분해효소 IV와 정지상 및 굶주린 세포에서 유도되는 엑소핵산가수분해효소 III를 포함한다.이 효소들은 이중 DNA에 작용하여 DNA 3' 말단을 청소한다.

원핵세포는 디술피드 결합을 감소시킴으로써 단백질의 1차 구조를 자주 수정하는 촉매를 포함하고 있다.이 문제는 다음 단계에서 발생합니다.

(i) 티오레독신 환원효소는 플라빈 운반체를 통해 NADPH에서 티오레독신으로 전자를 전달한다.

(ii) 글루타레독신도 디술피드 결합을 감소시킬 수 있지만, GSH를 전자 공여체로 사용하는 경우

(iii) 단백질 이황화물 이성질화효소는 샤페론 활성을 갖는 것 외에 큰 불활성 단백질 기질과의 이황화물 교환 반응을 촉진한다.

활성 부위 입구를 둘러싼 표면 노출 메티오닌 잔류물의 산화는 단백질에 [4]대한 "마지막 기회" 항산화 방어 시스템 역할을 할 수 있다.

진핵 유사체

박테리아 반응의 복잡성은 산화 스트레스에 의해 유도되는 단백질의 수에서 나타난다.포유류의 세포에서, 유도되는 단백질의 수는 적지만, 조절 경로는 매우 복잡하다.

박테리아에서 산화 스트레스 반응의 유도 인자는 산화제 자체 또는 산화제와 세포 성분 간의 상호작용으로 보입니다.대부분의 포유동물 세포는 산소 농도가 일정한 환경에 존재하기 때문에 산화제에 의해 반응이 직접적으로 자극되지 않는다.오히려 종양괴사인자, 인터류킨-1 또는 세균다당류 등의 사이토카인은 SOD 합성과 멀티젠 반응을 유도한다.최근 연구는 슈퍼옥시드가 활성화 및 유도 성장 능력 관련 유전자 생성물에 의해 작용하는 강력한 종양 촉진제라는 것을 보여준다.항산화 유전자 발현에 관여하는 다른 인자는 Ca 농도 증가에2+ 의한 칼모듈린 키나제 유도를 포함한다.

대장균 세포는 고등 유기체의 노화 과정과 유사성을 밝혀냈다.유사점에는 세포 성분과 그 표적 특이성의 증가, 수명 결정에 있어 항산화제와 산소 장력의 역할, 그리고 생식과 [5]생존과 관련된 활동 사이의 명백한 트레이드오프 등이 포함된다.

레퍼런스

  1. ^ a b Semchyshyn, Halyna (2009). "Hydrogen peroxide-induced response in E. coli and S. cerevisiae: different stages of the flow of the genetic information". Open Life Sciences. 4 (2): 142–153. doi:10.2478/s11535-009-0005-5.
  2. ^ a b c Farr, SB; Kogoma, T (1991). "Oxidative stress responses in Escherichia coli and Salmonella typhimurium". Microbiol Rev. 55 (4): 561–85. doi:10.1128/mr.55.4.561-585.1991. PMC 372838. PMID 1779927.
  3. ^ Nunoshiba, T; Hidalgo, E; Li, Z; Demple, B (1993). "Negative autoregulation by the Escherichia coli SoxS protein: a dampening mechanism for the soxRS redox stress response". J Bacteriol. 175 (22): 7492–4. doi:10.1128/jb.175.22.7492-7494.1993. PMC 206898. PMID 8226698.
  4. ^ Cabiscol, E; Tamarit, J; Ros, J (2000). "Oxidative stress in bacteria and protein damage by reactive oxygen species". Int Microbiol. 3 (1): 3–8. PMID 10963327.
  5. ^ 토마스 나이스트롬, 앤, 고정상 생리학과마이크로바이올 목사님2004. 58:161–81.