细菌应激反应
与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应
与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应2120141293 王德美摘要(p)ppGpp，即鸟苷五磷酸或鸟苷四磷酸盐，是细菌细胞内的一种小分子信号物质，其合成和分解均由RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白调控。
RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白可感知环境胁迫条件并通过(p)ppGpp 代谢调控诱导细胞发生应激反应，如DNA 复制受阻、rRNA合成抑制及降解、基因的差别表达以及代谢酶的激活或抑制。
关键词环境胁迫信号；互惠调控；应激反应；转录抑制及激活正文一、(p)ppGpp催化活性蛋白1.(p)ppGpp催化活性蛋白的功能在大肠杆菌和其他变形菌纲细菌细胞，RelA和SpoT酶家族严谨调控(p)ppGpp 代谢。
RelA 为核糖体蛋白，催化合成pppGpp或ppGpp合成。
SpoT为胞质蛋白，在有Mn2+存在时，具有(p)ppGpp 水解酶活性和微弱的合成酶活性。
而在一些革兰氏阳性菌以及蓝细菌细胞，染色体上含有Rel/spo同源基因，可编码具有(p)ppGpp 合成酶和水解酶双重功能的Rel/Spo同源蛋白(RSH)。
胞内(p)ppGpp合成酶活性蛋白通过对环境胁迫的感知和催化调控信号分子(p)ppGpp合成的引发细胞应激反应的发生【1】。
2.(p)ppGpp催化活性蛋白对环境胁迫信号的感知2.1 RelA/SpoT酶家族对环境胁迫信号的感知2.1.1感知氨基酸饥饿的机制在大肠杆菌中，当氨基酸缺乏时，非氨酰基化的tRNA 结合于核糖体的A 位点阻滞蛋白质的合成，多肽延伸时核糖体空置反应诱导RelA 合成(p)ppGpp。
2.1.2感知脂肪酸饥饿的机制酰基载体蛋白(ACP)结合于SpoT 的TGS 结构域（可能具有调控与核苷类配体结合的功能），细胞中非酰基化ACP和酰基化ACP的比率可能影响这种结合。
因此，脂肪酸饥饿改变SpoT 两种催化活性的平衡并导致合成酶活性升高，(p)ppGpp积累。
应激反应
应激学说 stress theory 为塞里（H．Selye， 1936）所创立的病理学说。
此学说认为，生病时所发生的许多非特异性病变多是应激的一种表现，当然所谓滴应性疾病更是如此。
塞里的应激概念首先是在大鼠的实验上建立起来的，而后应用到人体。
大部分应激现象在去掉垂体或肾上腺的动物身上是不发生的。
另一方面，如果投予大量的肾上腺皮质激素时，即或没有激源（stresser）的作用，也能诱发一部分应激。
从这些事实可以认为，应激的各种病理过程是激源的刺激使垂体分泌的促肾上腺皮质激素和生长激素分泌增加，结果使肾上腺皮质激素分泌增加所致。
此时局部的刺激沿向心性神经经路，经过交感神经到达肾上腺髓质，结果急剧地分泌肾上腺素并作用于垂体。
塞里参考了肯德尔（E．C．Kendal）的研究成果，认为肾上腺皮质激素中盐类皮质激素具有促炎作用，而糖类皮质激素则有抗炎作用，在两者保持一定平衡的状态下发生应激。
过量投予糖类皮质激素可使炎症病变治愈，投予盐类皮质激素可增强对细菌及其它入侵者的抵抗性。
实际上使用可的松在治疗眼睛炎症和风湿性炎症上也是有效的。
然而在没有激源的情况下使之发生应激是需要非常大量的肾上腺皮质激素。
此外，对肾上腺皮质激素在组织的物质代谢上的作用即使是无任何怀疑，但将许多病理过程或应激现象均归之于激素的作用尚有异议。
摘要：通过对高原缺氧训练的运动应激、心理应激的多方面分析,揭示高原训练不仅受运动应激的影响而且受心理应激的影响,介绍了急性应激应对模式在高原心理训练中的可行性。
关键词:应激，高原训练，心理反应运动员在体育运动过程中会遇到全方位的应激,尤其在高原缺氧状态下的应激表现会更明显。
一方面,人体在高原缺氧环境下训练,承受高原缺氧和运动负荷的双重刺激,而产生强烈的双重应激反应,从而调动体内的机能潜力,产生一系列有利于提高运动能力的抗缺氧生理反应。
这是人们刻意创造高原训练环境所要达到的目的。
另一方面,高原训练不仅是对人的生理机能的考验,而且也是对人的意志能力的一种严峻考验,它要求运动员要以最大意志力来对抗高原缺氧带来的烦闷、厌恶、头昏、恶心、气力不足、不愿运动等一系列应激反应。
与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应
与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应2120141293 王德美摘要(p)ppGpp，即鸟苷五磷酸或鸟苷四磷酸盐，是细菌细胞内的一种小分子信号物质，其合成和分解均由RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白调控。
RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白可感知环境胁迫条件并通过(p)ppGpp 代谢调控诱导细胞发生应激反应，如DNA 复制受阻、rRNA合成抑制及降解、基因的差别表达以及代谢酶的激活或抑制。
关键词环境胁迫信号；互惠调控；应激反应；转录抑制及激活正文一、(p)ppGpp催化活性蛋白1.(p)ppGpp催化活性蛋白的功能在大肠杆菌和其他变形菌纲细菌细胞，RelA和SpoT酶家族严谨调控(p)ppGpp 代谢。
RelA 为核糖体蛋白，催化合成pppGpp或ppGpp合成。
SpoT为胞质蛋白，在有Mn2+存在时，具有(p)ppGpp 水解酶活性和微弱的合成酶活性。
而在一些革兰氏阳性菌以及蓝细菌细胞，染色体上含有Rel/spo同源基因，可编码具有(p)ppGpp 合成酶和水解酶双重功能的Rel/Spo同源蛋白(RSH)。
胞内(p)ppGpp合成酶活性蛋白通过对环境胁迫的感知和催化调控信号分子(p)ppGpp合成的引发细胞应激反应的发生【1】。
2.(p)ppGpp催化活性蛋白对环境胁迫信号的感知2.1 RelA/SpoT酶家族对环境胁迫信号的感知2.1.1感知氨基酸饥饿的机制在大肠杆菌中，当氨基酸缺乏时，非氨酰基化的tRNA 结合于核糖体的A 位点阻滞蛋白质的合成，多肽延伸时核糖体空置反应诱导RelA 合成(p)ppGpp。
2.1.2感知脂肪酸饥饿的机制酰基载体蛋白(ACP)结合于SpoT 的TGS 结构域（可能具有调控与核苷类配体结合的功能），细胞中非酰基化ACP和酰基化ACP的比率可能影响这种结合。
因此，脂肪酸饥饿改变SpoT 两种催化活性的平衡并导致合成酶活性升高，(p)ppGpp积累。
细菌氧化应激反应的研究进展
级氧化还原部分上，该次级氧化还原部分是铁硫簇或结合的醌。
但是，如果氧气在将电子传递到下一个载流子之前与还原的黄素发生碰撞，则电子会从FADH 2跳到氧气上而生[1]。
分子氧本身在π反键轨道上有两个自旋排列的未配对电子(图1)。
这种结构使得具有自旋对电子的有机分子不能一次将多个电子转移到氧。
因为氧是一种相对较弱的单价电子受体，这种限制确保了氧不能有效地氧化氨基酸和核酸。
然而，氧的未成对电子很容易与过渡金属和有机自由基的未成对电子相互作用。
相比而言，氧自由基、过氧化氢和羟基自由基的还原电位决定了它们在热力学上是比双氧强得多的单价氧化剂(图2)。
O 2-的阴离子电荷抑制了其作为富电子分子氧化剂的有效性，而H 2O2的活性则因其氧-氧键的稳定性而降低。
但这两个特征都不适用于羟基自由基，·OH 与大多数生物分子的反应几乎是扩散受限的。
图1 分子氧、超氧化物、过氧化氢和单线态氧的分子轨道图图2 活性氧还原电位(1M双氧水为标准态)1.2 氧化应激危害细胞中氧化应激的危害主要存在于三方面：脂类的氧化、DNA 的氧化和蛋白质的损伤。
0 引言地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis )作为一种生物安全性菌株，其发酵产物(纳豆激酶、淀粉酶、聚-γ-谷氨酸、杆菌肽等)常应用于食品类、化妆品类等生物制品的生产中[1]。
B. licheniformis 属于典型的好氧菌，在其发酵过程中会产生大量的活性氧(reactive oxygen species, ROS)，包括超氧阴离子(O 2-)、过氧化氢(H 2O 2)和羟基自由基(·OH)，而ROS 的存在会对细胞造成巨大损伤，使得DNA 断裂、蛋白羰基化、脂质过氧化，最终造成细胞衰老和死亡[1]。
菌体的氧化应激反应受到ROS 诱导和生长时期的影响。
芽胞杆菌中的转录调控因子PerR 和OhrR 均会受到ROS 的攻击而使得结构发生改变，从而调控多种抗氧化剂的合成以抵抗ROS 的氧化伤害[2]。
氧化应激信号通路 研究方法 细菌
氧化应激信号通路研究方法细菌《探索氧化应激信号通路的研究方法在细菌中的应用》。
细菌是一类微生物生物体，其在自然界中广泛存在并发挥着重要的生态和生物学功能。
然而，细菌在生存过程中也会受到氧化应激的影响，导致细胞内产生氧化应激信号，进而影响细胞的生理活动和代谢过程。
因此，研究细菌中的氧化应激信号通路及其调控机制对于理解细菌生存和病原性具有重要意义。
在研究氧化应激信号通路的方法中，生物学家们采用了多种技术和手段。
其中，分子生物学技术是研究细菌氧化应激信号通路的重要手段之一。
通过构建基因敲除菌株或过表达菌株，可以研究特定基因在氧化应激反应中的作用。
此外，利用荧光探针和荧光显微镜技术可以直接观察细菌细胞内氧化应激物质的生成和分布情况，从而揭示氧化应激信号通路的动态过程。
另外，生物化学和生物物理学方法也被广泛应用于细菌氧化应激信号通路的研究中。
通过分离和纯化氧化应激相关蛋白，可以进一步揭示氧化应激信号通路的分子机制。
同时，利用质谱技术和核磁共振技术可以对氧化应激物质进行定量分析和结构鉴定，为深入
理解氧化应激信号通路提供重要信息。
除此之外，生物信息学方法也为细菌氧化应激信号通路的研究提供了新的途径。
通过分析基因组学和转录组学数据，可以发现潜在的氧化应激相关基因和信号通路，为研究提供新的思路和方向。
总之，通过多种研究方法的综合应用，我们可以更全面、深入地理解细菌中的氧化应激信号通路及其调控机制。
这不仅有助于揭示细菌生存适应策略和病原性机制，也为未来开发抗菌药物和抗氧化剂提供了重要的理论基础。
蛋白质组学在细菌应激反应研究中的应用
ｔ － ｉ ｎ ｉｎ ｅ ｌｃｒｐ ｏｅ ｉ（ － Ｅ）ａ ｄ ｍａ ｓ ｓ ｅ ｔ ｍｅｒ ｘ ａ ｄ ｈ ｔｄ ｒｎｃ ｐｉｎ ｒｆｅ ｎ ｌ ｂ ｗｏ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｇ ｌｅｅ ｔ ｈ ｒｓｓ ２ Ｄ ｌ ｏ ｎ ｓ ｐ ｃｒ ｔｙ ｅ ｐ ｎ ｓ ｔｅ ｓ ｙ ｏ ｔａ ｓｒ ｔ ａ ｐ ｉ ，ａ ｄ ｗｉ ｅ ｏ ｕ ｆ ｉ ｏｌ ｏ ｌ ｌ
综
述
蛋 白质 组 学在 细 菌应 激 反 应研 究 中 的应 用
朱力， 王恒棵 ， 培 堂 黄
军事 医 学科 学 院 生物 工 程研 究 所 ， 原 微 生 物 生 物 安 全 国家 重 点 实验 室 ， 京 １ ０ ７ 病 北境 发 生 变 化 时 ， 菌 会 在 短 时 间 内发 生 应 激反 应 。利 用双 向凝 胶 电 泳技 术 结 合 生 物 质 谱 鉴 定 的 方 法 摘 细 对 细菌 蛋 白表 达 谱 变 化 进 行 研 究 ， 细 菌 转 录 谱 变 化 研 究 的深 入 和 扩 展 ， 细 菌 应 激 反 应 研 究 中 的新 热 点 。 综述 了蛋 白质 是 是 组 学在 细菌 应激 反 应 研 究 中的 应 用 现 状 和存 在 问题 。 ［ 键 词 】 细菌 ； 激 反 应 ； 白质 组 学 ； 向凝 胶 电泳 关 应 蛋 双 ［ 中图 分 类 号 ］ Ｑ ０ ；Ｑ ３ ５３ ９ ５ ［ 献标识码】 Ａ 文
细菌体内的氧化应激
•
氧化应激防DNA修复系统、蛋白水解和脂 类水解酶 (Demple B et al., 1994)
DNA修复酶包括核酸内切酶IV，核酸外切酶III，两种酶都 作用于双链DNA清理的DNA3’末端。
•
原核细胞含有催化剂能够直接修复一些共价修饰的蛋白质 的一级结构，最常见的一种修饰是还原氧化的二硫键：(i) 硫氧还蛋白还原酶的电子通过黄素载体从NADPH转移到硫 氧还蛋白，(ii) 谷氧还蛋白使用GSH作为电子供体能够减少 二硫键，(iii) 蛋白质二硫键异构酶促进和不活跃蛋白底物 的二硫键交换反应
氧化应激的基因响应
氧化应激的防御机制由两种转录激活因子 调控：
OxyR：调控对过氧化物的防御机制
•
•
SoxRS：调控对超氧化物的防御机制
氧化应激的基因响应
•
两种转录激活因子响应调控：
SoxRS调节子至少含有十个基因，来编码包括Mn-SOD,核
酸内切酶，葡萄糖6-磷酸脱氢酶，延胡索酸酶，顺乌头酸 酶，铁氧还蛋白还原酶，反义RNA（主要影响膜外蛋白的 表达）
氧化应激的危害
脂类的氧化 DNA的氧化 蛋白质的损伤
脂类的氧化:
氧化应激会造成自由基直接攻击细胞膜膜上多
聚不饱和脂肪酸，从而导致膜性质的改变以及膜结 合蛋白的紊乱，并且氧化产物含有高活性的醛类，
进一步导致DNA和蛋白质的损伤 (Humpries KM et
al., 1998)
DNA的氧化：
二级防御：修复氧化损伤
氧化应激防御机制
•
一级防御存在两类抗氧化系统:
一类是酶抗氧化系统，特定酶可以降低活性氧的稳定态水 平，包括超氧化物歧化酶(SOD）、过氧化氢酶（CAT）、 谷胱甘肽过氧化物酶(GPX）等；
应激的概念
死亡都可在此期出现。
4
第二节 应激反应的基本表现
一、应激的神经内分泌反应 （一）蓝斑—交感肾上腺髓质系统（LC-SAMS）
1、蓝斑—交感肾上腺髓质轴的基本组成单元 基本组成单元：为脑干的去甲肾上腺素能神经元及交 感神经肾上腺髓质系统。蓝斑作为该系统的中枢位点，上 行主要与边缘系统的杏仁复合体、海马结构、边缘中脑区 和边缘皮质有密切的往返联系。成为功能变化的结构基础。 下行则主要至脊髓侧角，行使调节交感神经系统和肾上腺 髓质系统的功能。
15
应激原
蛋白质结构损伤 暴 露 HPS结合部位
HPS与受损蛋白结合 释 放 游 离 HSF
游 离 的 HSF 聚合成三聚体
与热休克 蛋白基 因 启 动 序 列 相 结 合
启动HPS 转录合成
HPS↑
HSP可增强机体对多种应激原的耐受能力，如HSP合 成的增加可使机体对热、内毒素、病毒感染，心肌缺血等 多种应激原的抵抗能力增强，表明了应激反应在分子水平 的保护机制。
12
1、HPS的基本组成
HPS是一组在进化上十分保守的蛋白质，在细胞内含量 相当高，据估计为细胞总蛋白的5%。从原核细胞到真核细胞 的各种生物体，其同类型HPS的基因序列有高度的同源性。 现已发现HPS是一个大家族，根据分子量的大小可分为不同 的类型，各类HPS具有不同的功能。
目前认为HPS可分为两部分：一部分为细胞的结构蛋白， 正常时就存在于细胞内，为结构性HPS。另一部分由各种 应激原诱导生成的，为诱生性HPS。
③造成性腺轴的抑制，引起性功能的减退，月经失调等。
④对甲状腺轴产生抑制，可抑制促甲状腺释放激素（TRH）
促甲状腺激素（TRH）分泌，并阻碍T4在外周组织转化为活 性更高的T3。
抗生素引起细菌体内氧胁迫及其应激响应机制
抗生素引起细菌体内氧胁迫及其应激响应机制张翎，余志良，裘娟萍*（浙江工业大学生物工程学院，浙江杭州310014）摘要：抗生素可诱导细菌产生活性氧（ROS ）而造成氧化损伤，ROS 的积累可以增强抗生素的杀菌效果。
因此，抗生素作用下细菌死亡机制除抗生素作用特异性靶点而产生的选择性毒力外，还包括ROS 氧化损伤产生的非选择性毒力。
细菌通过自身抗氧化系统（OxyR 、SoxRS 及PerR ）的调控机制促进ROS 清除、修复氧化损伤以响应抗生素引起的ROS 增加。
本文对抗生素作用下胞内ROS 的产生机制和细菌对氧化损伤的响应机制进行综述。
关键词：抗生素；活性氧（ROS ）；应激响应；抗氧化系统中图分类号：Q939.92文献标识码：A文章编号：1001-7119（2017）03-0062-09DOI:10.13774/ki.kjtb.2017.03.012Antibiotics-induced Bacterial Oxidative Stress and Bacterial ResponseZhang Ling ，Yu Zhiliang ，Qiu Juanping *（College of Biological Engineering ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，China ）Abstract ：Antibiotics can induce a cascade of reactive oxygen species (ROS)in bacteria.The perturbations due to induced ROS accumulation affect the lethal activity of diverse antibiotics.It is believed that antibiotics-induced ROS also involves in the antibiotic lethal activity to bacteria with theexception of primary drug-target damage.Bacteria utilize antioxidant system (OxyR 、SoxRS and PerR)to regulate ROS scavenging and oxidative stress repair in response to increase of ROS induced by antibiotics.This paper reviews the mechanisms of ROS generation and bacterial response to oxidative stress in the existence of antibiotics.Keywords ：antibiotics ；ROS ；response ；antioxidant system收稿日期：2016-04-20基金项目：长三角绿色制药协同创新中心协同科研项目。
细菌的氧化应激反应及其基因调控
细菌的氧化应激反应及其基因调控细菌的氧化应激反应及其基因调控一、细菌的氧化应激反应细菌是一类微生物生物体，虽小，却在地球上占有重要地位。
在其生存的过程中，细菌与外部环境的关系十分密切，而氧化应激反应是其中一个重要的生理现象。
氧化应激指的是细胞内外氧化还原平衡受到破坏，导致细胞内或细胞外环境内的氧活性增加，产生的有毒氧化物质超出细胞内抗氧化系统的清除能力而导致的细胞膜、蛋白质、核酸等生物大分子的氧化损伤。
在氧化应激反应中，细菌可能产生的有毒氧化物质包括超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基等。
1.细菌氧化应激反应的生理意义氧化应激反应在细菌的生存中具有重要的生理意义。
氧化应激反应有助于细菌适应外部环境的变化。
在受到外界氧气含量剧烈变化或受到化学品等恶劣环境刺激时，细菌通过氧化应激反应来改变其内在代谢过程，以适应新的环境条件。
氧化应激反应还能够提高细菌对有毒物质的耐受性。
在环境中存在很多有毒物质，如三价砷、重金属等，细菌通过氧化应激反应能够增加对这些有毒物质的耐受性，从而在恶劣环境中生存下来。
2.氧化应激反应与细菌致病性的关系氧化应激反应还与细菌的致病性密切相关。
一些病原性细菌在感染宿主后，会受到宿主的免疫系统攻击，产生氧化应激反应。
这些病原性细菌通过对氧化应激反应的调控，来逃避宿主免疫系统的攻击，增强其在宿主内的存活能力。
另外，一些病原性细菌还利用氧化应激反应促进毒力因子的合成，加重感染宿主的严重程度。
二、细菌氧化应激反应的基因调控机制细菌的氧化应激反应是由一系列基因调控的。
这些基因能够感知环境中氧活性的变化，启动相应的氧化应激反应。
细菌中用以调控氧化应激反应的基因包括抗氧化酶基因、双功能蛋白基因、辅助性蛋白基因等。
1.抗氧化酶基因的表达与氧化应激反应的抵抗抗氧化酶基因是细菌中用于应对氧化应激反应的一类重要基因。
常见的抗氧化酶包括超氧化歧化酶、过氧化氢酶等。
当细菌受到外界氧活性的增加时，这些抗氧化酶的基因会被启动，加速其转录和翻译，使得抗氧化酶的合成得到增加，从而有助于细菌对氧化应激反应的抵抗。
细菌的氧化应激反应及其基因调控
研究表明，细菌的氧化应激反应及其基因调控与细菌对外界环境的适应能力息息相关。
细菌在自然环境中会受到各种各样的压力，例如氧化应激、温度变化、营养限制等，而氧化应激是其中非常重要的一种。
在氧化应激条件下，细菌内部的氧化还原平衡受到破坏，导致大量的有害氧自由基产生，从而影响细菌的生长、代谢和致病性等。
细菌通过调控氧化应激反应的基因表达，来应对外界环境的挑战。
一、细菌氧化应激反应的基本过程1. 氧自由基的产生及损害氧化应激是指细胞内氧自由基的产生增加，导致细胞内氧化还原平衡被破坏，从而影响细胞内的生化代谢和功能。
氧自由基包括超氧阴离子（O2•-）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（•OH）等，它们对蛋白质、核酸和脂质等生物大分子都具有一定的损害作用。
2. 抗氧化酶系统细菌通过产生一系列的抗氧化酶来清除氧自由基，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（catalase）和还原型谷胱甘肽等。
这些酶主要起到清除氧自由基的作用，从而减轻氧化应激对细菌的损害。
3. 氧化应激响应基因的表达在氧化应激条件下，细菌会启动一系列的氧化应激响应基因的表达，以应对氧化应激的挑战。
这些基因编码了一些重要的蛋白质，如抗氧化蛋白、修复蛋白和分解蛋白等，它们可以帮助细菌清除氧自由基、修复受损的生物大分子，并调节细胞内的氧化还原平衡。
二、细菌氧化应激反应的基因调控1. 转录因子的调控在氧化应激条件下，一些转录因子的活性会发生改变，从而调控一些氧化应激响应基因的表达。
这些转录因子包括OxyR、SoxR、PerR等，它们可以感知细菌内氧自由基的水平变化，从而调控相关基因的表达，以适应外界环境的变化。
2. RNA的调控一些非编码RNA和小RNA也参与了细菌氧化应激反应的调控。
这些RNA分子可以通过直接干扰基因的转录和翻译过程，或者间接调控转录因子的活性，从而影响氧化应激响应基因的表达。
总结回顾：细菌的氧化应激反应及其基因调控是一个复杂的过程，它涉及到细菌对外界环境的感知和适应能力，以及对氧化应激的有效应对。
微生物对环境的应激反应与适应机制
微生物对环境的应激反应与适应机制随着人类的不断开发利用，环境污染问题日益突出。
环境污染的主要是因为人类的活动导致大气、水环境以及土地环境的改变。
我们经常听到大气、水等环境受到了严重污染，但是这些污染的后果只有在微观层面中才会有所发现。
微生物作为一种极其小的生物体，在环境中环绕着我们。
微生物对环境中的应激产生了深刻的影响，同时，它也对环境产生着深刻的适应。
一、微生物对环境的应激反应微生物对环境的应激反应主要表现为细胞膜的改变、代谢的调控、与其他生物的协调等。
1. 细胞膜的改变微生物在不适宜的环境下会对细胞膜进行作用，从而维持细胞膜的完整性。
在水的缺乏情况下，古细菌会产生一种被称为外芽孢酸的物质，这种物质可以降低外部水分子的亲合力，促使古细菌在缺水的情况下保持活力。
2. 代谢的调控微生物为了在不适宜的环境中生存，需要对代谢进行调节。
在氧气缺乏的情况下，某些细菌会利用硫酸盐或铁离子代替氧气作为电子受体进行呼吸作用。
此外，在营养缺乏的情况下，一些微生物会利用菌液、銨等物质进行存活。
3. 与其他生物的协调微生物通过与其他微生物、植物或动物进行协调，在环境中生存。
例如，某些细菌可以通过与植物根系形成固氮酸，获得固氮酸的代谢产物，从而生存。
二、微生物对环境的适应机制微生物对环境的适应机制主要表现为修复与降解。
1. 修复微生物是自然界中最能够进行环境修复的生物。
一些细菌可以通过代谢物质去除水中的重金属离子、有机污染物等，并将其转化为无害的物质。
此外，一些细菌还可以利用其多样性进行压制病原菌的生长，从而维持生态系统的平衡。
2. 降解微生物可以通过降解物质，保护自己的生长环境。
在极端环境下生活的古细菌可以产生特殊的酶来降解蛋白质、核酸等，糖分解维持古菌在这种极端环境下的生存。
总之，微生物对环境的应激反应和适应机制主要表现在复杂的细胞膜结构与代谢规律、微生物之间的协调和适应等方面。
了解到以上知识后，我们应该更加关注环境问题，这也是我们应该保护环境的一个角度。
酵母菌对外界刺激应激反应的研究及其应用
酵母菌对外界刺激应激反应的研究及其应用酵母菌是一类单细胞真菌，广泛存在于自然界中，尤其在发酵产物中扮演着重要的角色。
酵母菌的研究一直是微生物学领域的重要话题之一，特别是对于酵母菌的应激反应研究，更是吸引了众多学者的关注。
本文将主要介绍酵母菌对外界刺激应激反应的研究及其在生物工程、制药等领域中的应用。
一、应激反应的定义及分类应激反应是一种物种生存和生长的首要保护机制，能够通过迅速响应外界刺激，维持生理平衡并缓解应激造成的损伤。
通常将应激反应分为非适应性应激反应和适应性应激反应两种。
前者是指对于特定刺激引发的，仅为了对抗刺激造成的损害，而非对该刺激作出长期适应的生理反应；后者则为特定刺激引发的对于机体进行适应增强和保护的生理反应，可以缓解或降低刺激的伤害。
二、酵母菌对外界刺激的应激反应酵母菌是一种单细胞生物，具有敏感的外界应激反应机制，它们可以通过识别和响应内外环境中的一系列刺激来维持生长和适应环境变化。
其中外界刺激包括氧气浓度、盐度、温度、pH值和化学毒素等等。
这些外界刺激可以激活酵母菌自身内在的调节机制，从而促进适应性的应激反应。
例如，氧气浓度作为一种环境刺激，可以激活酵母菌的HIF（Hypoxia-Inducible Factor）信号通路，从而导致一系列的基因表达变化，促进细胞在低氧条件下的生存能力。
类似地，酵母菌的pH应激反应也是比较常见的应激反应，可以通过特定的传递途径，促进细胞对于酸碱度变化的适应能力。
三、酵母菌应激反应在生物工程中的应用酵母菌应激反应的研究不仅有助于探究微生物生理学和遗传学的基本规律，还可以为生物工程、制药和医学等多种领域的研究提供基础支撑。
下面以生物工程领域为例，介绍酵母菌应激反应的应用。
1. 产酒酵母菌的高温刺激反应目前，酒酵母菌是最为重要的酿酒菌种之一。
但是，在酒酿制过程中，常常会遇到高温或气温逆境等情况。
这些外界环境刺激会导致酵母菌的代谢和酒精产生能力受到影响，严重时会导致酵母菌死亡，从而影响酒的质量和产量。
细菌的严谨反应研究进展
细菌的严谨反应研究进展细菌作为最简单的生物体，其不断变化的生命活动影响着环境和人类的生产和生活。
细菌的生命活动中，其反应过程是细菌能否生存、繁殖和致病的关键之一。
因此，对于细菌反应的研究一直是生命科学的热点之一。
本文主要综述了近年来细菌的严谨反应研究的进展情况。
1.概述细菌的严谨反应是指一种由环境刺激引发的复杂的紊乱调控系统。
根据生物体对相应的刺激的反应强度和时限，细菌严谨反应可分为两种类型：营养性和应激性反应。
营养性反应是在满足基本营养需求的基础上发生的反应，而应激性反应则是在外部温度、氧气、pH值等刺激因素的影响下发生的反应。
细菌营养性反应主要是以信号转导分子为基础进行信息传递的分子机制，而细菌应激性反应则涉及更为复杂的信号转导机制和分子机制。
细菌的严谨反应主要包括共同反应和个体反应。
共同反应是指所有细胞在刺激下呈现同样的反应，个体反应则是不同细胞表现出自身特异性的反应和适应性。
2.细菌营养性反应细菌的营养性反应表现出一定的细胞周期，经历感知、信号转导和效应等过程。
这一过程主要基于一些特殊的信号转导分子，如quorum sensing分子、环状二核苷酸信号分子等，以及相应的响应元件，调控了一系列相关的基因和表型的变化。
常见的营养性反应主要包括两类：控制基因表达的转录因子和调控代谢反应的酶系统。
2.1 转录因子的调控细菌转录因子有着非常重要的调控作用，其参与了各种细胞的基本功能调控，包括基因表达、代谢水平等。
嘌呤、氮、盐等不同营养元素的保持，可会导致一系列转录因子的调控。
例如嘌呤酸缺失可通过模块化免疫识别和环状二核苷酸信号传递激活语境相关性的转录因子，即CRP来调控细菌的代谢水平，维持细胞的稳定生态环境和正常生长（Glieder 等,2015）。
2.2 代谢调控细菌营养状态改变时，细菌的代谢状态也会跟着发生变化，这种变化往往涉及到代谢通路、酶活性的调整。
比如一个能够合成芳香族化合物的微生物——假单胞菌P. putida 可以通过在惰性生长时期调节Crc蛋白的活性，调控Crc-mRNA或Crc-抑制子，从而达到生长速度和氧化酵素的协调（Martinez等，2015）。
单增李斯特菌氧化应激机制_概述及解释说明
单增李斯特菌氧化应激机制概述及解释说明1. 引言1.1 概述单增李斯特菌（Listeria monocytogenes）是一种常见的食源性致病菌，可导致食物中毒和婴儿感染等疾病。
该细菌具有抵抗宿主免疫系统攻击的能力，其中一个重要的机制是其对氧化应激的响应和调控。
本文旨在介绍单增李斯特菌与氧化应激之间的关系，并解释其氧化应激机制。
1.2 文章结构本文包括引言、单增李斯特菌氧化应激机制概述、单增李斯特菌氧化应激机制解释说明和结论四个部分。
首先，在引言部分我们将对文章进行简要介绍，明确文章的目的与结构。
然后，在概述部分我们将定义和介绍单增李斯特菌及氧化应激，并探讨二者之间的联系。
接下来，在解释说明部分我们将详细阐述NADPH氧酶系统、抗氧化酶以及细胞信号传导途径在单增李斯特菌氧化应激中扮演的角色。
最后，在结论部分我们将总结研究结果和发现，并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文旨在全面概述和解释单增李斯特菌氧化应激机制，揭示其对该致病菌生存、传播以及对宿主免疫系统的逃逸机制产生的影响。
通过深入探讨相关机制，我们可以增加对这种食源性致病菌的认识，并为进一步研究和开发抗击单增李斯特菌感染的治疗策略提供理论支持。
2. 单增李斯特菌氧化应激机制概述2.1 定义和背景介绍单增李斯特菌，又称为Listeria monocytogenes（简称LM），是一种革兰氏阳性、耐酸性的细菌。
它是一种常见的食源性病原菌，可以引起单增李斯特菌感染症，在严重情况下甚至导致败血症和脑膜炎等严重并发症。
单增李斯特菌对环境中的氧化应激具有一定的适应能力，这使得它能够在不利环境中存活并引发感染。
2.2 氧化应激的基本原理氧化应激是指细胞内外环境中存在过量活性氧物质，如超氧自由基（O2-）、过氧化氢（H2O2）和羟自由基（·OH）等，从而导致细胞内的氧化还原平衡被打破，进而引发一系列生物学效应的现象。
这些活性氧物质在正常情况下通过细胞内抗氧化系统迅速清除，以保持细胞内的氧化稳态。
细菌感染机制及免疫应答机制研究
细菌感染机制及免疫应答机制研究细菌感染是人类和动物常见的疾病原因之一，其感染机制多种多样。
有些细菌依赖于特定宿主细胞或组织位置才能繁殖，而另一些细菌则利用分泌毒素杀死宿主细胞，并且有些还会分别采用这两种方式。
患者同样也有不同的感染处理方式，包括使用抗生素和刺激出免疫应答等治疗。
细菌利用宿主细胞生存对于那些依赖宿主细胞的细菌来说，它们在人类和动物中通过感染宿主细胞并寄生其中，在其中繁殖。
它们通常会将宿主细胞重编程，使其产生细菌所需的营养和环境。
一些细菌更是将宿主细胞利用于保护自身免受免疫系统扫荡的攻击。
普通的革兰阴性菌，如大肠杆菌和沙门氏菌，可以将宿主菌体捆绑在自身面前，以此来保护自己免受细胞毒素攻击。
免疫系统如何应对细菌感染人类和动物的免疫系统定期扫描身体各处，寻找异物，如细菌。
一旦发现细菌袭击，免疫系统会向感染部位发送信号，同时启动针对细菌的应激反应。
这可以通过吞噬细胞主动将细菌摆脱体外，以及锁定攻击细菌的分子识别机制，例如抗体，来完成。
简单来说，刺激出免疫反应的过程包括以下几个阶段：第一个阶段是感染发生的细胞变化。
当细菌成功攻击宿主细胞后，该细胞会发出信号，以表明它已遭受攻击。
这通常会触发一个泛素标记级联，标记该细胞需要被视为生物学废物并最终分解。
第二个阶段是免疫细胞的外围观察。
现有的干扰素系统可以标记感染的细胞，并将识别到细胞及其感染体的结构链链接到细胞膜表面上的免疫攻击分子中去。
例如，细胞表面的抗体可以粘附在细胞表面，汇聚到单个点上并‘激活’剩余的局部免疫系统，使其进入攻击模式。
第三个阶段是炎性情况。
免疫系统释放化学物质来增强炎性反应，这是炎性细胞趋化因子（CCL）和炎性细胞趋化因子（CXCL）的两个基本类型。
这些因子会吸引免疫和其他相关细胞到问题部位。
最后，免疫系统会释放造血细胞信号物质，包括白细胞介素（IL）-6和IL-8。
这些信号物质对于诱导细胞再生和调节细胞分化至关重要。
抗生素治疗在特定情况下，医生可以使用抗生素来处理细菌感染。
细菌应激反应
细菌应激反应
Bacterial Stress Responses
Main content
• • • • • • 微生物的应激反应定义与分类 通用调节途径 热休克反应 氧压力 渗透压 蛋白质组学在细菌应激反应研究中的应用
Bacterial Stress Responses
General stress response Activation of RpoS (σ38) by cessation of growth Induction of Pol IV, error prone polymerase Heat-shock response Activation of RpoH (σ32), induction of GroE GroE protects Pol V from degradation Stringent response Amino acid deprivation, starvation Mediated by guanosine tetraphosphate, ppGpp Enhances RpoH and RpoS responses SOS response Triggered by damage to DNA LexA-RecA mediated
•针对不同环境信号，细菌通过调节多种细胞内酶的数量和 活性来适应新环境，涉及蛋白种类多。细菌应激反应不仅 仅是一两个蛋白的作用能够解释清楚的，需要从整体水平 对细菌蛋白表达谱进行分析 •细菌转录即翻译、mRNA半衰期短、，没有polyA尾巴 •2D技术能直观显示细胞中每种蛋白的变化，是研究应激反 应的利器
Model for the mechanism of action of RssB in regulating S degradation by ClpXP.
细菌氧化应激相关基因
细菌氧化应激相关基因细菌氧化应激相关基因是指与氧化应激过程相关的基因，它们能够参与细胞的抗氧化反应，维持细胞内外环境的平衡，对于细菌生存和繁殖具有重要作用。
氧化应激是指由于环境因素导致细胞内氧自由基的产生，从而引发细胞内各种生物分子的氧化反应和损伤，比如蛋白质的分解和失活、DNA的断裂和修复等。
这些生物分子的氧化损伤进而导致细胞功能的丧失，增加了细菌致病的风险。
为了应对氧化应激，细菌具有一系列的抗氧化反应机制，其中细菌氧化应激相关基因发挥了重要作用。
这些基因编码的蛋白质能够清除细胞内的氧自由基，从而保护细胞内其他生物分子的完整性和正常功能。
最早被发现的细菌氧化应激相关基因是soxRS系统，它由soxS和soxR两个基因组成。
soxS编码的蛋白质是一种转录因子，能够调控其他氧化应激相关基因的表达。
soxR编码的蛋白质是一种传感器，在接受到细胞内氧自由基的信号后，能够活化soxS，从而启动抗氧化反应。
此外，细菌中还存在着一些其他的氧化应激相关基因，如katG、ahpC、oxyR等。
这些基因编码的蛋白质也都具有清除氧自由基的作用。
其中，katG是一种催化剂，能够将受氧化分子中的羟基离子转化为水。
ahpC是一种过氧化物酶，能够清除过氧化物，防止细胞内的氧化应激反应。
oxyR是一种延迟反应的氧化应激传感器，能够活化一系列的抗氧化反应相关基因，从而增强细菌的抗氧化能力。
总之，细菌氧化应激相关基因是细菌适应恶劣环境的一种防御机制，它们能够清除细胞内的氧自由基，维持细胞内外环境的平衡，保障细菌的正常生存和繁殖。
在细菌的致病机制研究中，深入了解细菌氧化应激相关基因的功能和调控机制，有助于寻找新的靶点，开发新的抗菌药物，提高对抗细菌感染的能力。
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Regulation of RpoS Expression
• RpoS is induced during the transition from exponential phase to stationary phase or in response to various stress conditions,引起细 胞生理和形态的改变 • RpoS的表达受严格控制at the transcriptional, translational, and posttranslational levels
第七章
细菌应激反应
Bacterial Stress Responses
Main content
• • • • • • 微生物的应激反应定义与分类 通用调节途径 热休克反应 氧压力 渗透压 蛋白质组学在细菌应激反应研究中的应用
Bacterial Stress Responses
General stress response Activation of RpoS (σ38) by cessation of growth Induction of Pol IV, error prone polymerase Heat-shock response Activation of RpoH (σ32), induction of GroE GroE protects Pol V from degradation Stringent response Amino acid deprivation, starvation Mediated by guanosine tetraphosphate, ppGpp Enhances RpoH and RpoS responses SOS response Triggered by damage to DNA LexA-RecA mediated
anscriptional factor, inhibits rpoS transcription by directly binding to the rpoS promoter region. Fis levels are growth-phase dependent. At the onset of stationary phase, Fis disappears and the transcription of rpoS is induced
Model for the mechanism of action of RssB in regulating S degradation by ClpXP.
RpoS, a Master Regulator in Stress Response and Adaptation
• More than 10% of the E. coli genome is controlled by RpoS, most of which is involved in stress response, such as nutrient limitation resistance to DNA damage, osmotic shock high hydrostatic pressure, oxidative stress, ethanol resistance, adaptive mutagenesis, acid stress, and biofilm formation. • RpoS controls a more degenerate promoter sequence featuring a −10 region (TAYACT),
• 1975年O’Farrell2D研究E.coli heat-shock proteins,2003年Hatfield用microarray研究应激反 应. • 基因表达-转录,转录后调控,细菌中转录调控为主. • DNA-dependent RNA polymerase, (five subunits a2bb’w) 和an additional subunit (σ). E. coli有7个 sigma factors: σ 70 and the vegetative sigma factors, RpoD, RpoN, RpoS, RpoH, RpoF, RpoE, and FecI. 这些σ因子通过竞争和RNase 核心酶结合,对转录调控起主要租用,另外转录抑制 因子,激活因子, σ结合因子, 抗σ因子,以及一些小 RNAs的调控起辅助作用.
stress response systems
• 细菌多生于动态多变的环境中(温度,pH,压 力,氧化,营养,以及各种化学物质刺激等),细 菌存在一个整体调控网络可以快速调节大 量基因表达来快速适应这种环境变化,这种 调控网络被称为stress response系统. • stress response systems在细菌中高度相 似的,有一些在真核细胞和古菌中也是保守 的(如热休克反应). • 不同菌见,激活stress response 条件不一样
Heat-shock response
• In E. coli heat-shock induces pproximately 30 genes under control of another sigma factor, RpoH (32). • The RpoH-regulon is also induced by unfolded proteins • Levels of DNA Pol V are dependent on GroE because the chaperon interacts with the polymerase subunit of PolV and protects it from degradation • The groEL/ES operon, which encodes the molecular chaperone GroE, is an important member of this regulon.