施氏假单胞菌氮代谢调控蛋白GlnK与碳信号分子α-酮戊二酸的体外互作研究

王珊珊,毋少宇,刘一超,战嵛华,柯秀彬,陆伟,燕永亮

中国农业科学院生物技术研究所, 北京 100081

PⅡ蛋白广泛分布于古细菌、细菌和高等植物中，是较为古老的蛋白家族之一[1]。长期以来，PⅡ蛋白GlnB、GlnK被认为是氮代谢系统的关键信号转导蛋白，通过感知并传递细胞内的碳氮代谢信号，级联调控glnKamtB、nifLA和nifHDK等固氮相关基因表达[2-3]。谷氨酰胺是氨同化的主要产物，也是细胞内氮状态的主要指标。PⅡ蛋白在固氮网络中的信号转导功能，一方面由谷氨酰胺浓度介导，另一方面还受碳信号α-酮戊二酸浓度的影响，二者都可以改变PⅡ蛋白的构象，影响其与相应蛋白靶标的结合，最终达到级联调控固氮网络的作用[4-5]。细胞内α-酮戊二酸的浓度不仅表示细胞的碳状态，还可以衡量细胞的氮可用性，在碳氮代谢平衡中发挥重要的作用[6-7]。PⅡ蛋白可以与α-酮戊二酸结合，每个蛋白含有3个α-酮戊二酸结合位点，不同细胞状态的PⅡ蛋白结合α-酮戊二酸数量不同，具有α-酮戊二酸传感器的功能。在PⅡ蛋白稳定的三聚体内，具有序列保守、结构灵活的T环、B环与C环，三环之间可以形成亚基间的裂缝，构成了蛋白质与配体结合的位点[8]。α-酮戊二酸主要结合于相邻亚基之间的外侧裂隙中，一般需要二价阳离子(如Mg2+)的参与。

施氏假单胞菌(Pseudomonasstutzeri)A1501是γ变形杆菌中的联合固氮菌，固氮过程受到严格的调控，大多数细菌中含有GlnB与GlnK 2种PⅡ蛋白，但在该菌中仅存在唯一的PⅡ蛋白GlnK，编码该蛋白的glnK基因突变后，固氮酶活完全丧失，表明该蛋白在固氮调控中具有十分重要的作用[9]。……