FNR regulon
fnr - genen ( fumarat- och nitratreduktas ) av Escherichia coli kodar för en transkriptionell aktivator ( FNR ) som krävs för uttrycket av ett antal gener involverade i anaeroba andningsvägar . FNR-proteinet (defekt i f umarat och nitratreduktion ) från E. coli är en syrekänslig transkriptionsregulator som krävs för att byta från aerob till anaerob metabolism .
"Typ III-mutanter, ursprungligen frdB , betecknades fnr eftersom de var defekta i fumarat- och nitratreduktion och försämrade deras förmåga att producera gas." - Lambden and Guest, 1976 Journal of General Microbiology 97 , 145-160
fnr-genen uttrycks under både aeroba och anaeroba förhållanden och är föremål för autoreglering och repression av glukos , särskilt under anaerob tillväxt.
Det funktionella tillståndet för FNR bestäms av en (snabb) inaktivering av FNR av O 2 och en långsam (konstant) reaktivering med glutation som reduktionsmedel.
Reglering av FNR med syre
Endast om varken O 2 eller nitrat är tillgängliga, syntetiseras fumaratreduktas och de fermentativa enzymerna . Bytet från aerob respiration eller jäsning till nitrat- och fumaratrespiration motsvarar en progressiv minskning av ATP-utbytet. Denna reglering säkerställer preferentiell användning av elektronacceptorer med höga ATP- utbyten och utförs av regulatorer som svarar på O 2 , nitrat och fumarat . [ citat behövs ]
Närvaro av syre
Den sensoriska domänen av FNR innehåller ett Fe-S-kluster, som är av typen [4Fe-4S] 2+ under anaeroba förhållanden. Syre tillförs den cytoplasmatiska FNR genom diffusion och inaktiverar FNR genom direkt interaktion. Fe-S-klustret omvandlas till [3Fe-4S] + eller en [2Fe-4S] + av syre, vilket resulterar i FNR-inaktivering. Efter långvarig inkubation med syre, förstörs Fe-S-klustret genom omvandling till [2Fe-2S]-kluster och slutligen till apoFNR. [ citat behövs ]
Frånvaro av syre
Interkonvertering av aktiv och inaktiv FNR är en reversibel process . Den syreavkännande domänen av FNR innehåller ett ytexponerat Fe-S-kluster, som kan reagera med cellulära reduktionsmedel, såsom glutation eller tiolproteiner . IscS- isoenzymet (iscS-genen) är ett av de viktigaste kraven för bildning av [4Fe–4S].FNR in vivo. Bildandet av [4Fe–4S] FNR från apoFNR är en del av de novo syntesen av aktiv FNR. Reaktionen kräver cysteindesulfuras som katalyserar avsvavling av cysteinet som tillhandahåller HS- (förmodligen via enzymbunden persulfid) för FeS-klusterbildningen. Huruvida glutation också stöder omvandlingen av [2Fe–2S] FNR till [4Fe–4S] FNR är inte känt. Under anoxiska förhållanden binder [4Fe-4S] FNR, bundet till 4 cysteinrester, till DNA-målställen och kontrollerar uttrycket av motsvarande gener. DNA-målsekvensen som kallas Fnr-boxen har följande konsensussekvens TTGATNNNNATCAA och är belägen uppströms om de Fnr-beroende generna och operonerna. Under låg syrehalt känner FNR-dimeren av E. coli igen denna sekvens och fungerar som en transkriptionell aktivator.
Syre är den faktiska signalen för FNR medan; reduktion fungerar som en konstant omkastning av FNR till det aktiva tillståndet. Inaktiveringen av FNR kräver dock endast ett oxidationsmedel och inte nödvändigtvis syre i sig. Ferricyanid kan, in vivo och in vitro , främja inaktivering av FNR-funktion eller [4Fe–4S].FNR-destruktion genom att oxidera klustret.
Gener reglerade av FNR
FNR representerar master-switch som säkerställer att aerob andning används framför anaerob respiratorisk metabolism eller fermentering , helt enkelt för att viktiga anaeroba gener inte uttrycks om inte FNR är i sin aktiva (anaeroba) form. FNR är en mycket viktig transkriptionsfaktor som är involverad i regleringen av syntesen av många gener. Viktiga grupper av FNR-reglerade gener av E. coli
| Genprodukters funktion | Exempel |
|---|---|
| Andningsenzymer | anoxiskt, oxiskt fumaratreduktas (frdABCD) |
| Transmembranbärare | Nitritutflöde (narK) |
| Anaerob katabolism | fermentering Pyruvatformiat-lyas (pflA) |
| Genregulatorer | ArcA, FNR, (NarX) |
.png)
Aktivt FNR -protein aktiverar och undertrycker målgener som svar på anaerobios. Det undertrycker också de aeroba generna, cytokrom d- och o-oxidas, och NADH-dehydrogenas II. Det fungerar som en positiv regulator av gener uttryckta under anaeroba fermentativa förhållanden såsom aspartas, formiathydrogenas, fumaratreduktas och pyruvatformiatlyas.
Reglering av ArcA-systemet
Arc A regleras av FNR under anaeroba förhållanden. Anaerob aktivering av arcA-transkription ökas tre till fyra gånger i närvaro av Fnr. Den arcA uppströms regulatoriska regionen innehåller fem förmodade promotorsekvenser och ett förmodat Fnr-bindningsställe. av transkriptionsstartställena indikerar att transkription sker i aerobios från tre konstitutiva uppströmspromotorer (Pe, Pd , Pc ) . Vid anaerobios finns ytterligare ett helt Fnr-beroende transkript som börjar vid Pa . Båda dessa gener reglerar sedan sodA-genen negativt och kodar för mangansuperoxiddismutas.
Reglering av NarX/NarL-system
fnr-genprodukten, en pleiotrop transkriptionell aktivator , krävs för uttryck av operonerna som kodar för nitrat- och fumaratreduktaskomplex. FNR, en effektiv respiratorisk oxidant inducerar syntes av nitrat respiratoriska enzymer och undertrycker samtidigt syntesen av enzymer för att andas de lägre potentiella acceptorerna. [ citat behövs ]
I Escherichia coli stimuleras det anaeroba uttrycket av gener som kodar för nitrat (narGHJI) och dimetylsulfoxid (dmsABC) terminala reduktaser av den globala anaeroba regulatorn-FNR. FNR:s förmåga att aktivera transkriptionsinitiering har föreslagits vara beroende av protein-protein-interaktioner mellan RNA-polymeras och två aktiverande regioner (AR) av FNR, FNR-AR1 och FNR-AR3. Dessutom, i närvaro av aktiverat narL, minskas effekten av FNR-bindning till RNAP kraftigt.
Eukaryota system som har en homolog till FNR
I Fusarium oxysporum , en medlem av svampfamiljen , innehåller en unik cytokrom P-450, vars gener vid sekvensering uppvisade samma sekvens som bindningsstället för FNR, ett DNA-bindande, O2-sensorprotein som positivt reglerar uttryck av hypoxisk platser i E. coli. Dessa resultat ger upphov till den intressanta möjligheten att uttrycket av svampdenitrifikationssystemet också regleras av en uppsättning mekanismer, dvs en kombination av ett FNR-liknande system och ett system som svarar på nitrat/nitrit.