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核心多糖的生物合成与跨膜转运机制

发布时间: 2024-01-15  点击次数: 118次

从Lipid ⅣA开始,核心多糖的合成是在非还原性葡萄糖胺的C-6m´上引入KDO(核心寡聚糖)后,逐步加人庚糖和己糖。合成完整内核的酶在大肠杆菌中是由waa(rfa)基因编码,调控机制目前仍不清楚。

一、KDO的合成与附着

KDO的合成包括三个连续反应(如下图):



其中8-磷酸-KDO合成酶是由kdsA基因编码的。

KDO的附着是在CMP-KDO合成酶(CKS)( kdsB基因编码)催化下,KDO与CTP反应生成CMP-KDO活化形式,非活化的KDO是无法直接与 Lipid ⅣA结合的。CMP-KDO在KDO转移酶的催化下,将KDO结合至Lipid ⅣA的C-6´位上,然后再在同样的转移酶的作用下将第2个KDO分子加至第1个KDO分子上。

二、庚糖和己糖的加入

在细胞膜的胞浆面,庚糖和己糖分别以ADP和UDP结合的活化形式,在一系列膜相关的糖基转移酶催化下,被逐一加人到KDO分子上。这些膜相关的糖基转移酶可能存在于细胞膜的胞浆面,缺乏跨膜区,其大小和结构相似。有关单糖的转运装置,目前尚不清楚。因此合成的core-Lipid A分子可能是在ABC转运装置(ATP-binding cas-sette(ABC)- transporter)的参与下从细胞膜的胞浆面转移到周质间隙面,在周质间隙内进一步完成与O-抗原多糖链的连接反应,从而生成完整的LPS分子(图3-3)。



核心多糖的合成过程如图3-4所示。在核心多糖的合成过程中,ADP-Hep是内核合成的重要环节。在大肠杆菌中ADP-Hep的合成需要三种蛋白质参与,它们是GmhA(景天庚酮糖-7-磷酸异构酶)、HldE(双功能D-3-D-甘露庚糖7-磷酸激酶或DβD-庚糖1-磷酸腺核苷酰基转移酶)和GmhB(D,D-庚糖1,7双磷酸酶)蛋白,此外还有ATP和7-磷酸景天庚酮糖。ADP-Hep的合成受waaD(rfaD)基因调控。

三、core-Lipid A的跨膜转运

在core-Lipid A合成后,转运至细胞膜的周质间隙面,在此完成与O-抗原的连接,形成完整的LPS分子。目.前,关于core-Lipid A跨膜转运的具体机制仍不清楚,可能与msbA基因有关。msbA基因是大肠杆菌内的一种重要的基因,它与哺乳动物的mdr蛋白和某些细菌编码ABC转运装置的基因具有高度的同源性,而mdr2(哺乳动物细胞中的一种ABC转运装置)参与了卵磷脂的跨膜转运,这提示msbA有可能也参与了core-Lipid A的跨膜转运。大肠杆菌的msbA基因作为htrB突变体的抑制物已经得到证实。

htrB基因编码十二烷酰转移酶,它在KDO附着于Lipid ⅣA后才起作用,能将十二烷酰链从酰基载体蛋白转移至KDO-Lipid ⅣA上,研究表明,在高温环境下(42℃ 3h),msbA基因编码的MsbA蛋白可能作用于core-Lipid A 的跨膜转运过程,因为它可以明显减少htrB基因突变体所形成的四脂酰化的core-Lipid ⅣA在细胞膜胞浆面的聚集。与五脂酰化或六脂酰化的core-Lipid A相比,MsbA蛋白对四脂酰化的core-Lipid ⅣA的转运效率是有所区别。

Raetz等通过热敏的msbA突变株在不够条件的温度下导致充分酰化的core-Lipid A在胞浆面的聚集,证实了其跨膜转运功能。Msb A蛋白作为ABC转运装置家族成员之一在core-Lipid A的跨膜(细胞膜)转运及合成过程中起重要作用,并且它也可能参与磷脂的跨膜转运。



参与核心多糖合成过程中的糖基转移酶或修饰酶是由一类介于cysE和 pyrE基因之间的wa-基因编码(如表3-1),分布在三个操纵子中。例如对于大肠杆菌R1的核心结构而言,其生物合成是在一系列 waa-基因的调控下进行的(图3-5)。



图3-5中A部分表示大肠杆菌R1核心多糖的己糖和庚糖的糖基化转移、修饰和磷酸化过程的 waa基因调控;B部分表示参与核心区合成的各个基因分布位点,另外指出waaF基因位于waaC基因的上游(与大肠杆菌K-12和鼠伤寒沙门菌相同)。


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