Войти
The FNR (фумарат и нитрат редуктаза) Escherichia coli кодирует активатор транскрипции (FNR ), который является требуется для экспрессии ряда генов, участвующих в анаэробных дыхательных путях. Белок FNR (регулятор фумарат и нитратредуктазы) E. coli является чувствительным к кислороду регулятором транскрипции, необходимым для переключения с аэробного на анаэробный метаболизм.
Ген fnr экспрессируется в как в аэробных, так и в анаэробных условиях и подвержены ауторегуляции и репрессии с помощью глюкозы, особенно во время анаэробного роста. Функциональное состояние FNR определяется (быстрой) инактивацией FNR посредством O 2 и медленной (постоянной) реактивацией глутатионом в качестве восстанавливающего агента.
Только если недоступны ни O 2, ни нитрат, фумаратредуктаза и синтезированы ферментативные ферменты. Переход от аэробного к нитратному и фумаратному дыханию или ферментации соответствует прогрессивному снижению выхода АТФ. Это регулирование обеспечивает преимущественное использование акцепторов электронов с высокими выходами АТФ и осуществляется регуляторами, реагирующими на O 2, нитрат и фумарат.
Сенсорный домен FNR содержит кластер Fe-S, который относится к типу [4Fe-4S] в анаэробных условиях. Кислород доставляется в цитоплазматический FNR посредством диффузии и инактивирует FNR посредством прямого взаимодействия. Кластер Fe-S превращается кислородом в [3Fe-4S] или [2Fe-4S], что приводит к инактивации FNR. После продолжительной инкубации с кислородом кластер Fe-S разрушается путем преобразования в кластер [2Fe-2S] и, наконец, в apoFNR.
Регулирование FNR кислородом Взаимопревращение активного и неактивного FNR - это обратимый процесс. Чувствительный к кислороду домен FNR содержит обнаженный на поверхности кластер Fe-S, который может реагировать с клеточными восстановителями, такими как глутатион или тиол белки. Изофермент IscS (ген iscS) является одним из наиболее важных требований для образования [4Fe – 4S].FNR in vivo. Образование [4Fe – 4S] FNR из apoFNR является частью синтеза активных FNR de novo. Для реакции требуется десульфураза цистеина, которая катализирует десульфурацию цистеина, обеспечивая HS- (предположительно через связанный с ферментом персульфид) для образования кластера FeS. Неизвестно, поддерживает ли глутатион также преобразование [2Fe – 2S].FNR в [4Fe – 4S].FNR. В бескислородных условиях [4Fe-4S].FNR, связанный с 4 остатками цистеина, связывается с сайтами-мишенями ДНК и контролирует экспрессию соответствующих генов.
Кислород - это фактический сигнал для FNR, тогда как; сокращение служит постоянным обращением FNR в активное состояние. Однако для инактивации FNR требуется только окислитель и не обязательно сам кислород. Феррицианид способен, in vivo и in vitro, способствовать инактивации функции FNR или разрушению [4Fe – 4S].FNR посредством окисления кластера.
FNR, представляют собой главный переключатель, который гарантирует, что аэробное дыхание используется вместо анаэробного респираторного метаболизма или ферментация просто потому, что важные анаэробные гены не экспрессируются, если FNR не находится в своей активной (анаэробной) форме. FNR - очень важный фактор транскрипции, который участвует в регуляции синтеза многих генов. Важные группы FNR-регулируемых генов E. coli
| Функция генных продуктов | Пример |
|---|---|
| Респираторные ферменты | аноксическая, оксидная фумаратредуктаза (frdABCD) |
| Трансмембранные носители | Отток нитритов (narK) |
| Анаэробный катаболизм | ферментация Пируватформиатлиаза (pflA) |
| Регуляторы генов | ArcA, FNR, (NarX) |
Регулирование гена Nar и arfM с помощью FNR (активированного) Активный белок FNR активирует и репрессирует гены-мишени в ответ на анаэробиоз. Он также подавляет аэробные гены, цитохром d и o оксидазу и НАДН-дегидрогеназу II. Он действует как позитивный регулятор генов, экспрессируемых в анаэробных ферментативных условиях, таких как аспартаза, формиатгидрогеназа, фумаратредуктаза и пируватформиатлиаза.
Arc A регулируется FNR в анаэробных условиях. Анаэробная активация транскрипции arcA увеличивается в 3-4 раза в присутствии Fnr. Регуляторная область, расположенная выше arcA, содержит пять предполагаемых промоторных последовательностей и предполагаемый сайт связывания Fnr. Идентификация сайтов начала транскрипции указывает на то, что транскрипция происходит в аэробиозе с трех конститутивных вышестоящих промоторов (P e, P d, P c). При анаэробиозе присутствует дополнительный полностью Fnr-зависимый транскрипт, начинающийся с P a. Оба эти гена затем негативно регулируют ген sodA, кодирующий супероксиддисмутазу марганца.
Продукт гена fnr, плейотропный активатор транскрипции, необходим для экспрессии оперонов, которые кодируют комплексы нитрат- и фумаратредуктазы. FNR, эффективный респираторный окислитель, индуцирует синтез нитратных респираторных ферментов и одновременно подавляет синтез ферментов для дыхания низкопотенциальных акцепторов.
В Escherichia coli анаэробная экспрессия генов, кодирующих нитратную (narGHJI) и диметилсульфоксидную (dmsABC) терминальную редуктазы, стимулируется глобальным анаэробным регулятором - FNR. Было высказано предположение, что способность FNR активировать инициацию транскрипции зависит от белок-белковых взаимодействий между РНК-полимеразой и двумя активирующими областями (AR) FNR, FNR-AR1 и FNR-AR3. Кроме того, в присутствии активированного narL эффект связывания FNR с RNAP значительно снижается.
In Fusarium oxysporum, член семейства грибов, содержит уникальный цитохром P-450, чьи гены при секвенировании демонстрируют ту же последовательность, что и сайт связывания FNR, ДНК-связывающего, O2-сенсорного белка, который положительно регулирует экспрессию гипоксических сайтов в E. coli. Эти результаты открывают интересную возможность того, что экспрессия грибковой системы денитрификации также регулируется набором механизмов, то есть комбинацией FNR-подобной системы и системы, реагирующей на нитрат / нитрит.
