بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
Lesson 2
Microbial toxins
اسلاید 2 :
Secretory systems in bacteria
همه باکتری ها چه گرام مثبت باشند و چه گرام منفی، دارای مجموعه های غنی از نانوماشین های ماکرومولکولی برای ترشح طیف وسیعی از سوبستراهای تولیدی خود مثل DNA مولکول های کوچک، پروتئین ها و ، پلی یپپتیدها می باشند. این سوبستراهای تولیدی نقش حیاتی در پاسخ باکتر ی ها به محیط پیرامون خود و اجرا و حفظ فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلفشان چون خاصیت ادهزینی، پاتوژنسیته و بیماریزایی، تطبیق با محیط پیرامون و حفظ بقایشان دارد.
اسلاید 3 :
در سال های اخیر توجه به ساختار و مکانیسم عمل این ماشین های انتقالی که شامل شش سیستم ترشحی شناخته شده در باکتری های گرم منفی (T1ss→T6ss) و سیستم ترشحی تیپ VII شناسایی شده در مایکوباکتریوم ها، مسیر ترشحی عمومی Sec یا General secretory translocase و مسیر انتقالی Tat یا Twin-arginine target translocase میباشند شده است.
پروتئین های سنتزی توسط ریبوزوم باکتری ها برای رسیدن به جایگاه هدف خود با موانع متعددی روبرو می شوند. عبور از این سدها و موانع برای Pro ها با آن حجم و اندازه مولکولی بزرگ، کاری است غیر ممکن، لذا وجود و حضور نانوماشین های ماکرومولکولی با نام سیستم های ترشحی برای ترشح و صدور محصولات تولیدی در داخل باکتری به خارج از آن امری ضروری و اجتناب ناپذیر است.
اسلاید 4 :
در باکتری های گرم منفی سیستم های ترشحی را می توان به 3 گروه تقسیم بندی نمود.
1- آنهایی که در غشای داخلی (IM) یا Inner membrane و غشای خارجی (OM) یا Outer membrane هردو گسترده شده اند.
2- آنهایی که فقط در غشای داخلی (IM) توسعه یافته اند .
3- انهایی که فقط در غشای خارجی (OM) حضور دارند.
سیستم های ترشحی موجود در غشای داخلی (IM) شامل : ماشین انتقال دهنده sec یا General secretory translocase و سیستم ترانسپورتر tat یا Twin-arginine target translocase می باشند.
اسلاید 5 :
از سیستم های ترشحی توسعه یافته در غشای خارجی (OM) می توان به سیستم ترشحی تیپ V یا T5SS و ماشین های اسمبلی ضمائم خارج سلولی همچون پیلی تیپ یک یا پیلی P و Curli اشاره نمود. از ماشین های ترشحی گسترش یافته در هر دو غشای داخلی و خارجی میتوان سیستم های ترشحی تیپ I یا T1SS و سیستم ترشحی تیپ II یا T2SS و سیستم ترشحی تیپ III یا T3SS ، سیستم ترشحی تیپ IV یا T4SS و سیستم ترشحی تیپ VI یا T6SS اشاره نمود.
در نهایت مایکوباکتریوم ها که دارای انولوپ (پوشش) شبیه گرم منفی ها هستند کد کننده سیستم ترشحی تیپ VII یا T7SS هستند که این ماشین ترشحی اغلب محدود به این باکتری بوده و تاکنون بدلیل مشخص نبودن ساختار دقیق و مکانیسم عمل آن در هیچیک از گروه های فوق قرار نگرفته است.
اسلاید 6 :
Sec یا General secretory pathway
گذرگاه اصلی پروتئین های سنتزی توسط باکتری از ورای غشای داخل سلولی یا IM ، مسیر ترشحی Sec است که دارای اجزای چاپرونی سیتوپلاسمیک و زیر واحدهای داخل غشایی می باشد. این مسیر فراهم کننده ورود سوبستراهای سنتز شده در داخل سیتوپلاسم به فضای پری پلاسمیک و غشای خارجی است.
کمپلکس پروتئینی SecYEG یک پروتئین هتروتریمریک است که در مسیر انتقالی Sec قرار داشته و نقش کانال انتقال دهنده سوبسترا را از سیتوپلاسم داخل سلولی به فضای خارج آنرا فراهم می کند.
اسلاید 7 :
Scc A مسئول اصلی تامین انرژی و تغییر کونفورماسیون کانال برای انتقال پروتئین است. کمپلکس هترو دایمریک غشایی Sec DF نقش فرعی و جانبی را در فرایند انتقال پروتئین در مسیر ترشحی Sec بر عهده دارد.
در شروع انتقال پروتئین ابتدا پیش پروتئین تا نخورده توسط پروتئین چاپرون Sec B به کمپلکس Sec YEG متصل به Sec A میرسد. کمپلکس Sec YEG- Sec A آغازگر فرایند انتقال پروتئین همراه با صرف انرژی و هیدرولیز ATP است.
نخست ATP به پروتئین Sec A متصل شده با این اتصال سیگنال ورود پیش پروتئین به کانال sec YEG ارسال شده و همزمان اتصال بین Sec B با کمپلکس فوق از بین میرود.
اسلاید 8 :
با مصرف شدن ATP و تغییر کونفورماسیون Sec A ، کانال SecYEG باز شده و پذیرای ورود پیش پروتئین خواهد بود. به علاوه فعالیت آنزیم ATPase ای در Sec A و باز شدن کانال SecY نشان از اتصال آلوستریکی این دو زیر واحد دارد. سپس هیدرولیز ATP توسط Sec A منجر به آزاد شدن یکی از پروموتورهای sec A از کمپلکس شده در حالیکه Sec YEG در تعامل و اتصال با پروموتور Sec A باقی می ماند.
متعاقبا با اتصال مجدد و ریباندینگ Sec A در سیتوپلاسم ، باعث احیاء و بازسازی دایمر Sec A شده که ممکن است وظیفه ای در مرحله انتقال و جابجایی بدون اتصال به نوکلئوتید را بر عهده داشته باشد.
اسلاید 9 :
حال ATP به Sec A متصل شده و یک مرحله از حرکت سوبسترا رخ میدهد و مابقی حرکت سوبسترا از طریق تکرار سه سیکل فوق الذکر یعنی جداسازی Sec A ، اتصال مجدد یا ریباندینگ و اتصال ATP و هیدرولیز ، باعث انجام مراحل انتقال پیش پروتئین از سیتوپلاسم به فضای پری پلاسمیک میگردد.
بررسی ها نشان داده که انتقال سوبسترا می تواند وابسته به نیروی Pulling (کششی) القاء شده توسط Sec A در غشای سیتوپلاسمیک و نیروی کششی تولیدی توسط Sec DF در ناحیه جانبی غشای سیتوپلاسمیک است.
اسلاید 10 :
Tat یا Twin- arginine translocation :
سیستم ترشحی پروتئین Tat در غشای سیتوپلاسمی بیشتر یوباکتری ها و آرکی باکترها وجود دارد و ویژگی اصلی و منحصربفرد آن انتقال پروتئین های کاملا فولد شده (تاخورده) است که دقیقا برعکس سیستم Sec می باشد.
سیستم Tat مختص پروکاریوت ها نبوده و در یوکاریوتها نیز دیده می شود. این سیستم به شکل پیشرفته ومحافظت شده تر در تیلاکوئید گیاهان و کلروپلاست جلبک ها و میتوکندری اسفنج ها وجود دارد.
پروتئین های تولیدی هدف ماشین ترشحی Tat توسط سیگنال پپتیدهایی که شامل یک جفت آرژینین موتیف محافظت شده است شناسایی می شود که دلیل نامگذاری این مسیر نیز همین است.
اسلاید 11 :
این ناحیه دارای 3 بخش ناحیه n در N- ترمینال ویک ناحیه هیدروفوبیک h در مرکز و یک ناحیه c (کربنی) در انتهای C- ترمینال بعلاوه در ناحیه بالادست 1+ ناحیه c پروتئین بالغ یک جایگاه شناسایی سیگنال پپتیداز وجود دارد که جایگاه برش است.
سوالی که نخست ذهن هر دانش پژوهی را به خود جلب می کند این است که چرا باید یک MO انتقال سوبستراهای خود را از مسیری بجز Sec که می تواند بیشتر Pro های باکتری را انتقال دهد استفاده کند؟
پاسخ به این سوال برای تمامی سوبسترا صادق نیست ولی 3 دلیل اصلی برای استفاده از مسیر Tat مشخص شده است: نیاز کوفاکتورها برای ورود به این سیستم، جلوگیری از اتصال یون های فلزی پرکننده جایگاه فعال Pro ها ی سوبسترا و انتقال کمپلکس های هتروالیگومریک.
اسلاید 12 :
خصوصیت اصلی سیستم Tat توانایی انتقال Pro های فولد شده است در حالی که سایر سیستم های ترشحی توانایی انتقال pro های بدون تاخوردگی را دارند. موتور تولید کننده انرژی در سیستم ترشحی Tat نیروی حرکت پروتونی بنام PMF است. البته در برخی Mo ها این انرژی توسط نیروی محرک سدیم تامین می شود.
نقل و انتقال سوبسترا توسط مسیر ترشحی Tat به خارج فضای سیتوپلاسمیک توسط زیر واحدهای خانواده Tat A و ،Tat B و Tat C برای انتقال کافی است ولی این موضوع در تمام MO ها مصداق نداشته و برخی به حضور Tat B بهمراه Tat A نیاز دارد که نشان از وجود نقش و ساختار هومولوگ در عملکردشان می باشد.
اسلاید 13 :
مطالعات نشان داده که با جایگزینی و تغییر تنها یک aa در ساختار Tat A در E.coli میتواند هردو عملکرد زیرواحدهای Tat A و Tat B را بدست آورد. بعلاوه Tat A در باسیلوس سوبتی لیس که فاقد زیر واحد Tat B است میتواند جایگزینی برای هردوی این زیر واحدها باشد.
شروع چرخه انتقال پروتئین توسط اتصال سیگنال پپتیدها به کمپلکس TatBC آغاز میگردد. مرحله اول زمانی است که سوبسترای پروتئینی به کمپلکس TatBC متصل می شود سیگنال پپتید جفت آرژینینی در نزدیکی TatC قرار گرفته در حالی که ناحیه h سیگنال پپتید و دومین تاخورده به TatB متصل می شود که این واکنش بدون صرف انرژی است.
در مرحله دوم PMF باعث اتصال قویتر سوبسترا به کمپلکس TatBC می شود و باعث تجمع پروموتورهای TatA در کنار کمپلکس TatBC می شود که وابسته به PMF است.
اسلاید 14 :
در مرحله سوم ، سوبسترا توسط TatA خارج شده ولی سیگنال پپتید همچنان به کمپلکس TatBC متصل خواهد بود. هنوز مشخص نیست که این مرحله به PMF نیاز دارد یا نه؟ در مرحله آخر بعد از خروج سوبسترا سیگنال پپنید توسط سیگنال پپتیداز برش خورده و زیر واحدهای TatA از کمپلکس TatBc جدا و پراکنده می شود.
اسلاید 15 :
سیستم ترشحی تیپ I و افلاکس پمپ RND
باکتری های دارای سیستم ترشحی نوع 1 طیف وسیعی از سوبستراهای Pro ی را از سیتوپلاسم به خارج سلول ترشح می کنند. سیستم ترشحی تیپ 1 قرابت ساختاری زیادی با افلاکس پمپ دارویی خانواده RND دارد. RND ها پمپ های اگزوژن کوچک ترشحی هستند که اکثر آنها وظیفه پمپ ترکیبات آنتی باکتریال به خارج از سلول را بر عهده دارند و باعث مقاومت آنتی بیوتیکی باکتری خواهدشد.
هردو سیستم ترشحی سه جزئی بوده و کانال های خروج سویستراهای آن در دو غشای داخلی و خارجی باکتری های گرام منفی گسترده شده است.
اسلاید 16 :
در سیستم ترشحی تیپ 1 زیر واحد IMC یک خانواده از کاست انتقال دهنده متصل به ترانسپورتر ATP ABC بوده که به سه گروه مختلف براساس انتهای آمینی شان تقسیم می شوند.
نخستین عملکرد دایمر IMC در ماشین ترشحی تیپ 1 ، شناسایی یک موتیف غنی از گلایسین (Gly-Gly-X-Gly-X-Asp) است که بطور معمول بصورت متوالی در C ترمینال سوبسترای ترشحی حضور دارد.
دومین عملکرد IMC تامین انرژی سیستم ترشحی بواسطه هیدرولیز ATP توسط ناحیه C- ترمینال خود است.
بررسی ها بر روی افلاکس پمپ RND نشان داد که IMC این ماشین ترشحی از یک گرادیان پروتون برای جابجایی سوبسترا به جای مصرف ATP اسنفتده می نماید.
اسلاید 17 :
زیرواحد MFP سیستم ترشحی تیپ 1 در تشخیص سوبسترا با IMC در تعامل بوده و در انتقال آن از کانال خودنقش دارد . این زیرواحد یک کانال هوموهگزامریک است که دارای یک دومین آلفای Hairpin در تعامل با TolC و یک دومین صفحه بتا و یک دومین لیپوفیل در تعامل با IMC میباشد.
زیر واحد TolC یک کانال تریمریک بوده که سمت صفحه بتا آن در غشای خارجی باکتری های گرام منفی قرار گرفته و سمت صفحه آلفا هلیکس پری پلاسمیکش در ارتباط با MFP است.
اسلاید 18 :
سیستم ترشحی تیپ II
سیستم ترشحی تیپ 2 در بسیاری از باکتری ها چه پاتوژنیک و چه غیر پاتوژنیک وجود دارد . این سیستم ترشحی وظیفه انتقال پروتئینهای انتقال یافته به فضای پری پلاسمیک توسط سیستم های Sec و Tat را دارد که شامل پروتئین های مختلفی چون آنزیم های هیدرولیزین مثل Pseudulysin در سودوموناس آئروژینوزا یا آنزیم Pullulanse در کلبسیلا پنومونیه و توکسین های مختلف چون Cholera toxin در ویبریو کلرا است.
سیستم ترشحی تیپ 2 از 12 تا 15 جزء تشکیل شده است که این زیرواحدها با نام General secretion pathway یا GPS نامیده می شود.
اسلاید 19 :
این سیستم از 4 قسمت تشکیل شده است که شامل : کمپلکس غشای خارجی، یک pseudopilin پری پلاسمیک، یک پلتفرم داخل غشایی و یک ATPase سیتوپلاسمیک است.
سیستم ترشحی تیپ 2 درای یک سودوپیلوس منحصر بفرد می باشد که منحصرا محدود به فضای پری پلاسمیک بوده و بروز خارج سلولی ، برخلاف پیلوس حقیقی ندارد. سودوپیلوس سیستم ترشحی تیپ 2 ساختمانی مشابه با پیلی تیپ 4 دارد.
سوبستراهای ترشح شده توسط ماشین ترشحی تیپ 2 ابندا به شکل پلی پپتید بدون تاخوردگی توسط کمپلکس SecYEG و یا پلی پپتید تا خورده توسط سیستم Tat ، به ناحیه پری پلاسمیک انتقال میابد تا در ادامه فرایند انتقال توسط این ماشین ترشحی انجام گیرد.
اسلاید 20 :
در این سیستم فرض بر این است که بکمک هیدرولیز ATP و قدرت دهی آن به سودوپیلین پری پلاسمیک باعث هول دادن سوبسترا به داخل کانال غشای خارجی و باز شدن آن می شود.
مشاهدات حاکی از آن است که پروتئین GSpL در تعامل با هردو زیرواحد GspE و GspG است که نتیجه این تعامل می تواند در اسمبلی و داسمبل شدن سودوپیلین توسط GspL و ATPase بنام GspE دخیل باشد.
از طرفی تعامل سودوپیلین با زیرواحدهای GspC و GspD تسهیل کننده ورود سوبسترا به داخل کانال سکرتین و در نتیجه هل داده شدن آن توسط سودوپیلوس به روش شبه پیستون است.
