izomeraza cis-trans a acizilor grași nesaturați în Pseudomonas și Vibrio: biochimia, biologia moleculară și funcția fiziologică a unui mecanism unic de adaptare la stres

rezumat

Izomerizarea cis la acizii grași trans nesaturați este un mecanism care permite bacteriilor Gram-negative aparținând genurilor Pseudomonas și Vibrio să se adapteze la mai multe forme de stres de mediu. Amploarea izomerizării se corelează aparent cu efectele de fluiditate cauzate, adică de o creștere a temperaturii sau acumularea de compuși organici toxici cu membrană. Acizii grași Trans sunt generați prin izomerizarea directă a configurației cis respective a dublei legături fără o schimbare a poziției sale. Conversia acizilor grași nesaturați cis în trans este aparent instrumentală în adaptarea fluidității membranei la schimbarea parametrilor chimici sau fizici ai mediului celular. Un astfel de mecanism adaptiv pare a fi o modalitate alternativă de a regla fluiditatea membranei atunci când creșterea este inhibată, de exemplu prin concentrații mari de substanțe toxice. Activitatea izomerazei cis-trans (Cti)este prezentă constitutiv și este localizată în periplasmă, nu necesită nici ATP, nici alt cofactor, cum ar fi nad(P) H sau glutation și funcționează în absența sintezei de novo a lipidelor. Independența sa față de ATP este în acord cu energia liberă negativă a reacției. cti codifică o polipeptidă cu o secvență de semnal hidrofob n-terminal, care este scindată în timpul sau la scurt timp după ce enzima este transportată prin membrana citoplasmatică în spațiul periplasmic. Un situs funcțional de legare a hemului de tip citocrom c a fost identificat în polipeptida CTI prezisă și, foarte recent, s-au obținut dovezi directe că izomerizarea nu include o saturație tranzitorie a dublei legături.

1 Introducere — istoric

în toate celulele vii, stresul datorat schimbărilor riguroase din mediu afectează membranele. Ca urmare, apare perturbarea integrității membranei și, prin urmare, funcția ca barieră, ca matrice pentru enzime și ca traductor de energie este compromisă . Dacă nu se iau contramăsuri, poate apărea inhibarea creșterii sau chiar moartea celulelor. Răspunsul adaptiv major al celulelor este de a menține fluiditatea membranelor lor la o valoare constantă, indiferent de condițiile reale de mediu. O astfel de stabilizare a fluidității membranei cunoscută sub numele de adaptare homeoviscoasă este cauzată de modificările compoziției acizilor grași a lipidelor membranare, constituie răspunsul predominant al bacteriilor la substanțele membranare active sau la schimbarea condițiilor de mediu . Acest mecanism fundamental a fost investigat și raportat în faimoasa lucrare a lui Ingram la sfârșitul anilor 70 ai secolului trecut . Cu toate acestea, până la sfârșitul anilor 80, configurația cis a dublei legături a fost încă considerată a fi singura care apare în mod natural în acizii grași bacterieni. Îmbunătățirea tehnicilor analitice de tăiere, în special prin introducerea coloanelor capilare în cromatografia gazoasă, a facilitat diferențierea clară a esterilor metilici ai acizilor grași înrudiți și o nouă clasă de acizi grași, adică acizi grași nesaturați trans configurați, a fost găsită la unele procariote . Primele rapoarte ale izomerilor trans ai acizilor grași nesaturați au fost pentru Vibrio și Pseudomonas doar acum 10 ani. S-ar putea demonstra atunci că acizii grași trans nesaturați au fost sintetizați in vivo din acetat în Pseudomonas atlantica, deși, pe baza căilor biosintetice cunoscute ale acizilor grași nesaturați, nu a existat nicio explicație posibilă cum s-ar putea forma astfel de acizi grași.

la scurt timp după ce s-a demonstrat că conversia cis în acizi grași trans nesaturați constituie un nou mecanism adaptiv care permite bacteriilor să își schimbe fluiditatea membranei la două specii, adică. în bacteria Psihrofilă Vibrio sp. tulpina ABE-1 ca răspuns la o creștere a temperaturii și în Pseudomonas putida P8 ca adaptare la compuși organici toxici, cum ar fi fenolii .

minireview-ul nostru rezumă cunoștințele și progresele actuale cu privire la starea subiectului, punând accentul pe un mecanism destul de eficient și elegant, care permite bacteriilor să se adapteze la schimbările de mediu care afectează fluiditatea membranei.

2 fiziologia și funcția izomerazei cis–trans (Cti) a acizilor grași nesaturați

ambele, în Vibrio sp. tulpina ABE-1 și în P. putida P8, o creștere clară a cantității normale scăzute de acizi grași trans nesaturați este observată atunci când celulele sunt expuse la temperaturi ridicate sau concentrații toxice de fenol. Celulele în creștere ale P. putida reacționează la fenol într-o manieră dependentă de concentrație, adică creșterea trans și scăderea simultană a acizilor grași nesaturați cis respectivi se corelează cu cantitatea de fenol acumulată în membrană . O astfel de conversie nu depinde de creștere, deoarece apare și în celulele care nu cresc, în care raportul dintre acizii grași saturați și nesaturați și cantitatea totală de acizi grași nesaturați nu poate fi modificat din cauza lipsei biosintezei lipidelor . În mod consecvent, reacția are loc în celule în care biosinteza acizilor grași este inhibată de cerulenină . Conversia Cis-trans are o cinetică asemănătoare enzimei și atinge raportul final trans-cis la 30 de minute după adăugarea agenților toxici cu membrană. Deoarece rata de conversie nu este afectată de cloramfenicol, s-a concluzionat că sistemul este prezent constitutiv și nu necesită biosinteza proteinelor de novo .

acidul Oleic (C18:1 inkt9cis), care în mod normal nu este sintetizat de P. putida P8, este totuși încorporat în lipidele membranare în culturile suplimentate. După adăugarea unei concentrații toxice de 4-clorofenol, acidul oleic a fost transformat în izomerul său trans, adică acidul elaidic (C18:1 inkt9trans). O astfel de constatare a evidențiat faptul că acizii grași trans sunt sintetizați prin izomerizarea directă a cis la acizii grași trans nesaturați fără a schimba poziția dublei legături . Creșterea acizilor grași trans nesaturați a fost însoțită de scăderea acidului gras CIS nesaturat respectiv, în timp ce cantitatea totală a ambelor a fost menținută constantă la orice concentrație de toxine adăugate . Sistemul nu necesită ATP sau orice alt cofactor, cum ar fi NAD(P)H sau glutation. Independența sa față de furnizarea de energie ATP este în conformitate cu energia liberă negativă a CSI la reacția trans .

toate aceste date au condus la propunerea ca izomerizarea cis–trans să fie un nou răspuns adaptativ în bacterii care să le permită să facă față creșterii temperaturii sau concentrațiilor toxice ale compușilor perturbatori ai membranei, condiții care altfel ar influența fluiditatea membranei .

beneficiul conversiei provine din diferențele sterice afișate de acizii grași cis și trans nesaturați. Un conținut ridicat de acizi grași saturați în membrane permite lanțurilor acilice ale acizilor grași să formeze o interacțiune hidrofobă optimă între ele, ducând în cele din urmă la o membrană rigidă bine ambalată. În general, acizii grași saturați au o temperatură de tranziție sau un punct de topire mult mai mare în comparație cu acizii grași nesaturați cis. Fosfolipidele care conțin acizi grași saturați 16:0 au o temperatură de tranziție care este cu aproximativ 63 centi C mai mare decât cele care conțin acizi grași nesaturați cis 16: 1 . Temperatura de tranziție de fază a membranelor crește odată cu creșterea raporturilor de acizi grași saturați la nesaturați. Legătura dublă a unui acid gras nesaturat cis provoacă o îndoire nedemontabilă cu un unghi de 30% în lanțul acil. În consecință, pachetul foarte ordonat de lanțuri acil din membrane este perturbat, ceea ce la rândul său duce la temperaturi de tranziție de fază mai scăzute ale acestor membrane . Astfel, acizii grași nesaturați în configurația cis cu structuri sterice îndoite (adică un nod în lanțul acil) au ca rezultat o membrană cu o fluiditate relativ ridicată. În contrast marcat, structura sterică lungă extinsă a configurației trans nu are kink și este capabilă să se introducă în membrană în mod similar cu acizii grași saturați .

bacteriile se adaptează la o creștere a fluidității membranei prin creșterea gradului de saturație a acizilor grași fosfolipidici și, în unele cazuri, schimbând de la cis la trans configurația acizilor grași nesaturați. . Un dezavantaj major al modificărilor gradului de saturație ca răspuns la stres provine din dependența sa strictă de creșterea celulară și biosinteza acizilor grași. În consecință, bacteriile care utilizează acest mecanism nu sunt capabile să efectueze modificări post-biosintetice ale fluidității membranei. Într-adevăr, s-a observat că solvenții determină o schimbare a raportului dintre acizii grași saturați și nesaturați numai până la concentrații care inhibă complet creșterea. În prezența unor concentrații mai mari, adică toxice, celulele nu pot reacționa și, prin urmare, nu sunt capabile să se adapteze la astfel de condiții sau chiar mor . Izomerizarea cis la acizii grași trans nesaturați găsiți până în prezent numai în tulpinile genurilor Pseudomonas, inclusiv reprezentanții majori P. putida și P. aeruginosa și Vibrio reprezintă o soluție la problema dependenței de creștere, deoarece funcționează și în celulele care nu cresc. Deși schimbarea de la cis la legătura dublă trans nesaturată nu are același efect descrescător asupra fluidității membranei ca o conversie la acizi grași saturați, aceasta provoacă totuși un efect substanțial asupra rigidității membranei .

după primele observații bazate în principal pe compuși fenolici, o serie de solvenți organici au fost testați pentru capacitatea lor de a activa Cti, calitativ și cantitativ. În consecință, gradul de izomerizare se corelează aparent cu toxicitatea și concentrația compușilor organici din membrană . Acțiunea antimicrobiană a unui solvent se corelează cu hidrofobicitatea sa într-o manieră exprimată de logaritmul coeficientului de partiție al compusului într-un amestec de n-octanol și apă (logPow) . Solvenții organici cu un logPow între 1 și 5 sunt foarte toxici pentru microorganisme, deoarece se împart preferențial în membrane, unde provoacă o creștere a fluidității membranei, ducând în cele din urmă la permeabilizare nespecifică . Relația dintre valoarea logP a unui compus și toxicitatea acestuia este prezentată în tabelul 1, în care 11 compuși investigați sunt enumerați în funcție de valorile lor logP crescătoare. În Fig. 1 valorile logP sunt reprezentate grafic în funcție de concentrațiile estimate măsurate care determină inhibarea creșterii cu 50% (EC 50) și, simultan, de concentrațiile compușilor care determină o creștere la jumătate maximă a raportului trans/cis (TC 50) al bacteriilor. Astfel, există o relație directă între toxicitatea solvenților organici și efectele lor de activare asupra Cti, cu toate acestea, aceasta este complet independentă de structurile chimice ale compușilor.

1

hidrofobicitatea, toxicitatea și efectul asupra izomerizării cis-trans a mai multor compuși organici

compus Organic logP ce 50 (mM) TC 50 (mM)
metanol -0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6
Organic compound logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol −0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Diclorofenol 3.20 0.4 0.6

ce 50 concentrații (inhibare a creșterii 50%) măsurate cu celule P. putida.

concentrații care au determinat o creștere a raportului trans/cis al acizilor grași nesaturați la 50% din nivelul maxim trans/cis atins la concentrațiile de saturație ale toxinei.

1

hidrofobicitatea, toxicitatea și efectul asupra izomerizării cis-trans a mai multor compuși organici

compus Organic logP ce 50 (mM) TC 50 (mM)
metanol -0.76 1480.0 1700.0
etanol -0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6
Organic compound logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol −0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6

ce 50 concentrații (inhibare a creșterii 50%) măsurate cu celule P. putida.

concentrații care au determinat o creștere a raportului trans/cis al acizilor grași nesaturați la 50% din nivelul maxim trans/cis atins la concentrațiile de saturație ale toxinei.

1

corelația dintre hidrofobicitate, dată ca valoare logP a 11 compuși organici diferiți, inhibarea creșterii și raportul trans/cis al celulelor P. putida. Inhibiția de creștere (IX, linie punctată) este prezentată ca concentrația ce 50, iar TC 50 (x, linie continuă) este dată ca concentrațiile care au determinat o creștere a raportului trans/cis al acizilor grași nesaturați la 50% din nivelul maxim trans/cis atins la concentrațiile de saturare ale toxinei. Pentru denumirile compușilor organici Aplicați, a se vedea tabelul 1.

1

corelația dintre hidrofobicitate, dată ca valoare logP a 11 compuși organici diferiți, inhibarea creșterii și raportul trans/cis al celulelor P. putida. Inhibiția de creștere (IX, linie punctată) este prezentată ca concentrația ce 50, iar TC 50 (x, linie continuă) este dată ca concentrațiile care au determinat o creștere a raportului trans/cis al acizilor grași nesaturați la 50% din nivelul maxim trans/cis atins la concentrațiile de saturare ale toxinei. Pentru denumirile compușilor organici Aplicați, a se vedea tabelul 1.

din 1989, când a fost descoperită o tulpină de P. putida care a crescut în medii care conțin o a doua fază a toluenului, stirenului sau xilenului, în general foarte toxic, alte câteva P. tulpinile putida au fost găsite cu proprietăți similare și multe grupuri de cercetare au încercat să descopere mecanismele care stau la baza toleranței la solvent. În majoritatea acestor bacterii, Cti au fost implicați în toleranța la solvent.

nu numai solvenții organici sau creșterea temperaturii, ci și alți stimulatori de stres au fost testați pentru efectul lor asupra Cti. Pe scurt, s-a demonstrat că toți stimulii care afectează membrana, cum ar fi solvenții organici, stresul osmotic (cauzat de NaCl și zaharoză), metalele grele, șocul termic și antibioticele cu membrană activă activează sistemul . Cu toate acestea, condițiile de stres, cum ar fi stresul osmotic cauzat de glicerol, șocul rece și pH-ul ridicat, despre care se știe că nu sunt activatori ai absorbției celulare k+ — prima reacție celulară la deteriorarea membranei care duce la creșterea permeabilizării — nu au provocat activarea Cti . Astfel de constatări indică în mod clar că raportul cis/trans este probabil parte a unui mecanism general de răspuns la stres al microorganismelor .

3 biochimia și biologia moleculară a Cti

în urma descrierii fiziologice a funcției generale a Cti în bacterii pentru a se adapta la diferite solicitări, s-au efectuat investigații biologice și biochimice moleculare pentru a caracteriza acest sistem unic de răspuns adaptativ.

pe baza testelor activității Cti în compartimentele celulare, membrana citoplasmatică a fost considerată locația enzimei în care sunt prezente și substraturile sale, acizii grași fosfolipidici. În mod surprinzător, totuși, Cti a fost apoi purificat din fracția periplasmică a Pseudomonas oleovorans și Pseudomonas sp. tulpina E-3 . Clonarea enzimei a permis izolarea sa ca o proteină P. putida P8 etichetată His exprimată heterolog în Escherichia coli. Cti este o proteină neutră de 87 kDa și s-a dovedit a fi transcrisă monocistronic și exprimată constitutiv. Secvența nucleotidică a genei cti din P. putida P8, P. putida DOT-T1E și P. Oleovorans Gpo12 a arătat în cele din urmă că izomeraza posedă o secvență de semnal hidrofob n-terminal, care este scindată după direcționarea enzimei către spațiul periplasmic.

a fost construit un mutant knockout CTI al P. putida DOT-T1E care nu este capabil să izomerizeze acizii grași nesaturați cis. Acest mutant are o rată de supraviețuire atunci când este șocat cu 0.08% (vol/vol) toluen mai mic decât tulpina de tip sălbatic, și afișează , de asemenea, o fază de întârziere mai lungă decât tulpina parentală atunci când este cultivată cu toluen furnizat în faza gazoasă, rezultate care implică în mod clar Cti în răspunsul toluenului în această tulpină. Cu toate acestea, izomerizarea cis–trans este puțin probabil să fie singurul mecanism de adaptare necesar la solvenții organici, deoarece sunt cunoscute tulpini care pot efectua izomerizarea și sunt încă sensibile la solvent .

Holtwick și colab. s-au furnizat dovezi că enzima este o proteină de tip citocrom c, deoarece acestea ar putea găsi un situs de legare a hemului în polipeptida CTI prezisă. Pentru un preparat enzimatic din Pseudomonas sp. tulpina E-3, care este probabil omologă cu produsul genei cti A P. putida P8, s-a sugerat că fierul (probabil Fe3+) joacă un rol crucial în reacția catalitică . S–a constatat că izomerizarea Cis-trans este independentă de cardiolipin sintază, o enzimă care facilitează adaptarea pe termen lung a membranei prin sinteza cardiolipinei îmbunătățită .

foarte recent, mecanismul molecular al reacției de izomerizare a fost elucidat. În experimentele suplimentare cu acid oleic dublu deuterat s-a demonstrat că acidul oleic a fost transformat exclusiv în acid elaidic dublu deuterat după activarea Cti. Trebuie exclusă o saturație tranzitorie a dublei legături în timpul izomerizării, precum și o reacție cuplată de hidratare–deshidratare . Astfel, se propune un mecanism enzimatic: se formează un complex enzimă-substrat în care fierul electrofil (probabil Fe3+), furnizat de domeniul heme prezent în enzimă, îndepărtează un electron din dubla legătură cis, transferând legătura sp2 într-un sp3. Legătura dublă este apoi reconstituită după rotație la configurația trans. O schemă a acestui mecanism enzimatic propus este prezentată în Fig. 2. Un astfel de mecanism este în conformitate cu experimentele de mutageneză direcționate pe site efectuate pentru a distruge motivul de legare a hemului în Cti al P. putida P8 . Aceste mutații duc la pierderea funcției enzimei și, astfel, oferă dovezi pentru prezența citocromului c și a hemului în centrul catalitic al enzimei. Deoarece reacția enzimei nu depinde de un cofactor activitatea Cti diferă de toate celelalte enzime cunoscute care conțin heme care acționează asupra acizilor grași ca substraturi. Cu toate acestea, nu este nevoie de un cofactor, deoarece nu se consumă nicio putere netă de electroni.

2

schema unui posibil mecanism enzimatic al Cti dat pentru acidul oleic deuterat dublu, așa cum a fost luat pentru experimente de von Wallbrunn și colab. .

2

schema unui posibil mecanism enzimatic al Cti dat pentru acidul oleic deuterat dublu, așa cum a fost luat pentru experimente de von Wallbrunn și colab. .

o altă indicație pentru unicitatea sa provine din căutările de similitudine: Cti nu a arătat asemănări semnificative cu peptidele omoloage atunci când secvența de aminoacizi prezisă a fost comparată cu alte proteine. Nu este surprinzător, totuși, Compararea secvențelor de aminoacizi ale celor șapte până la proteinele Cti cunoscute în prezent le-a identificat pe toate ca polipeptide care conțin heme de tip citocrom C. Indiferent de taxon, un grup hem de tip citocrom c este prezent ca motiv foarte conservat și ca domeniu funcțional în toate enzimele comparate , în special, situsul de legare a Hem în proteinele cit c este situat între grupările hem-vinil și cele două cisteine găsite în motivul conservat de legare a hem CXXCH.

în toate secvențele Cti ale celor șase tulpini de Pseudomonas investigate până în prezent este prezentă o secvență de semnal n-terminal, indicativă a localizării periplasmice a Cti. O astfel de localizare a fost deja dovedită pentru P. oleovorans și P. putida DOT-T1E . Cu toate acestea, o peptidă semnal caracteristică secreției dependente de Sec nu este prezentă în proteina Cti A V. cholerae. Alinierile succesive Multiple ale celor șapte proteine Cti cunoscute au arătat că proteinele din tulpinile Pseudomonas și Vibrio formează un arbore filogenetic compus din trei ramuri principale, sugerând un strămoș comun al enzimei. Interesant este că polipeptida prezisă de la V. cholerae, evident, nu constituie un grup separat, ci mai degrabă emană din grupul divers de proteine din P. aeruginosa și P. sp. E-3 . Foarte recent, studiile de aliniere au arătat că genele familiare cti ar putea fi prezente și în genomul bacteriilor aparținând genurilor Methylococcus și Nitrosomonas. Aceste organisme sunt, de asemenea, cunoscute pentru a conține acizi grași trans nesaturați . Cu toate acestea, dovezile fiziologice sau biochimice directe pentru prezența Cti în aceste bacterii încă lipsesc.

4 Reglarea Cti

una dintre întrebările majore deschise cu privire la Cti a acizilor grași nesaturați este modul în care este reglată activitatea acestei enzime periplasmice exprimate constitutiv. O posibilitate ar fi un model complex în care substraturile enzimei, acizii grași nesaturați cis, sunt scindați din faza periplasmică a fosfolipidelor membranare. Acidul gras nesaturat liber rezultat ar fi apoi izomerizat prin acțiunea Cti și ulterior reatașat la lizofosfolipid, rezultând un fosfolipid care conține acizi grași trans nesaturați . Cu toate acestea , un astfel de model complex nu este în acord cu datele care confirmă activitatea Cti în celulele de repaus și în absența completă a surselor de energie, deoarece, cel puțin, reatașarea acizilor grași modificați la membrană ar avea nevoie de energie.

reglarea activității enzimei poate fi totuși realizată prin simpla acordare a centrului activ al enzimei capacitatea de a ajunge la substratul său, legătura dublă, care la rândul său depinde de starea de fluiditate a membranei. În consecință, Regio-specificitatea observată a enzimei reflectă penetrarea situsului activ al izomerazei la o adâncime specifică în membrană . Structura hidrofilă a Cti și locația sa periplasmică susțin prezumția că enzima își poate atinge doar ținta, adică. legături duble de acizi grași nesaturați, care sunt situate la o anumită adâncime a membranei, atunci când membrana este ‘deschis’ de condițiile de mediu care provoacă o dezintegrare a membranei . S-a demonstrat anterior că o scădere a ordinii lanțului acil poate duce la creșterea penetrării și translocării proteinelor în membrane . Prin analogie cu anumite fosfolipaze, este posibil ca Cti să afișeze o penetrare mai profundă în membrană atunci când ordonarea lanțurilor acil este scăzută și distanța grupărilor capului fosfolipidic este crescută. De asemenea , este clar de conceput că scăderea ambalajului membranelor ar permite legăturilor duble să se apropie mai frecvent de suprafețele membranei, facilitând în cele din urmă interacțiunea cu izomeraza . Deoarece ambalarea lanțului acil este crescută prin cis la izomerizarea trans a acizilor grași nesaturați, penetrarea proteinei ar fi contracarată și, concomitent, cis la izomerizarea trans inhibată, rezultând în cele din urmă o reglare strânsă a ambalajului lanțului acil fără implicarea mecanismelor sau căilor de semnalizare indirectă. După îndepărtarea compusului activ cu membrană, recuperarea raportului trans-cis scăzut în mod regulat are loc cel mai probabil prin sinteza normală de novo a acizilor grași all-cis, deoarece procesul invers (trans la cis) ar necesita o intrare de energie.

un astfel de model de reglare a activității Cti explică, de asemenea, suficient relația adesea raportată între gradul de izomerizare cis–trans și toxicitatea cauzată de o anumită concentrație a unui factor de stres de mediu . Ca un alt rezultat al reacției catalizate de enzimă apare o reducere a fluidității membranei și, deoarece enzima nu își poate atinge ținta atunci când fluiditatea membranei a atins nivelul normal, enzima este forțată să iasă din bistrat .

5 concluzii

deși izomerizarea cis–trans a acizilor grași nesaturați nu a fost complet înțeleasă, a devenit evident că face parte dintr-un sistem general de răspuns la stres în celulele Pseudomonas și Vibrio. O altă indicație pentru funcția generală a Cti este, de asemenea, dependența adesea descrisă de inducerea/activarea altor mecanisme de răspuns la stres .

evident, constituie un mecanism adaptiv urgent care permite modificări rapide ale membranelor pentru a face față stresului de mediu emergent. Un astfel de răspuns rapid, care acționează în termeni de minute, oferă timp pentru alte mecanisme în funcție de creșterea celulară pentru a facilita rolul lor în răspunsul adaptiv, deoarece reacția imediată garantează supraviețuirea în diferite condiții de stres. În ceea ce privește toleranța la solvenți, un fel de cascadă de mecanisme rapide (urgente), pe termen mediu și pe termen lung lucrează în mod evident împreună pentru a ajunge la o adaptare completă la stresul de mediu. Cti reprezintă, fără îndoială, unul dintre sistemele urgente majore care ajută celulele să reziste primului șoc de toluen, permițând în cele din urmă activarea și inducerea unor mecanisme adaptive suplimentare care provoacă în cele din urmă adaptarea completă .

datorită funcției și eficacității sale ușoare și pentru că funcționează fără reglementări complexe, este uimitor faptul că un astfel de mecanism de izomerizare cis-trans nu este prezent omniprezent în bacteriile Gram-negative. O posibilă explicație poate proveni din apariția pe scară largă a celor două genuri Pseudomonas și Vibrio. Printre bacteriile nespecializate, membrii genului Pseudomonas sunt cunoscuți a fi microorganisme foarte adaptabile, după ce au cucerit toate nișele unui număr mare de ecosisteme cuprinzând solul, pielea umană și apa de mare. Membrii genului Vibrio au cucerit, de asemenea, o gamă largă de ecosisteme, inclusiv soluri și adâncime. Pentru a putea coloniza toate aceste nișe, acestea trebuie să fie extrem de flexibile și adaptabile la condițiile de mediu în schimbare. Cti oferă celulelor un mecanism eficient pentru a obține o astfel de adaptabilitate. Acest lucru nu este necesar în alte bacterii Gram-negative, cum ar fi E. coli, care sunt specializate în ceea ce privește viața în tractul gastro-intestinal al mamiferelor, unde pot trăi fericiți fără un astfel de mecanism urgent de adaptare a membranei.

lipidele membranare oferă un instrument promițător ca biomarkeri pentru analiza modificărilor populației microbiene. De fapt, Guckert și colab. au sugerat utilizarea unui raport trans / cis mai mare de 0,1 (indice normal raportat pentru majoritatea probelor de mediu) ca indice pentru înfometare sau stres. Deoarece măsurarea profilurilor acizilor grași a devenit o metodă de rutină în multe laboratoare, aceasta pare a fi o abordare promițătoare pentru evaluarea efectelor toxice. Prin urmare, determinarea indicelui trans/cis poate fi o opțiune valoroasă în studierea stării de toxicitate a probelor naturale, în special atunci când testele dependente de creștere nu pot fi efectuate, de exemplu în habitatele naturale. Domeniul major de aplicare al unui astfel de indicator pare a fi măsurarea toxicității și a stresului de mediu în timpul proceselor de bioremediere in situ în care profilurile acizilor grași au importanță ca marker pentru investigațiile ecologice ale microflorei solului. De exemplu, în timpul bioremedierii siturilor poluate, nivelul acizilor grași trans nesaturați poate fi utilizat ca marker pentru stresul general și reducerea stresului pentru a monitoriza procesul de biodegradare . Aplicarea izomerizării cis-trans ca instrument de evaluare a toxicității generale a compușilor organici a fost deja descrisă pentru compușii carbonilici aromatici . Studiile ulterioare care vizează și îmbunătățesc utilizarea izomerizării cis la acizii grași trans nesaturați ca indicator al stresului sunt vitale și pot duce în cele din urmă la o tehnică aplicabilă pentru monitorizarea mediului.

Weber
F. J.

de Bont
J. A. M.

(

1996

)

mecanisme de adaptare a microorganismelor la efectele toxice ale solvenților organici asupra membranelor

.

Biochim. Biophys. Acta
1286

,

225

245

.

Sinensky
M.

(

1974

)

adaptarea Homeoviscoasă — un proces homeostatic care reglează vâscozitatea lipidelor membranare în Escherichia coli

.

Proc. Natl. Acad. Sci. SUA
71

,

522

525

.

Suutari
M.

Laakso
S.

(

1994

)

acizi grași microbieni și adaptare termică

.

Crit. Rev. Microbiol.
20

,

285

328

.

Ingram
L. O.

(

1977

)

modificări ale compoziției lipidice a Escherichia coli rezultate din creșterea cu solvenți organici și cu aditivi alimentari

.

Appl. Environ. Microbiol.
33

,

1233

1236

.

Keweloh
H.

Heipieper
H. J.

(

1996

)

acizi grași trans nesaturați în bacterii

.

lipide
31

,

129

137

.

Guckert
J. B.

Hood
M. A.

Alb
D. C.

(

1986

)

profilul acidului gras legat de esterul fosfolipidic se modifică în timpul privării de nutrienți a Vibrio cholerae: creșteri ale raportului trans/cis și ale proporțiilor acizilor grași ciclopropilici

.

Appl. Environ. Microbiol.
52

,

794

801

.

Guckert
J.B.

Ringelberg
D.B.

White
D.C.

(

1987

)

Biosynthesis of trans fatty acids from acetate in the bacterium Pseudomonas atlantica

.

Can. J. Microbiol.
33

,

748

754

.

Okuyama
H.

Sasaki
S.

Higashi
S.

Murata
N.

(

1990

)

acidul gras trans-nesaturat într-o bacterie psihofilă, Vibrio sp. tulpina ABE-1

.

J. Bacteriol.
172

,

3515

3518

.

Okuyama
H.

Okajima
N.

Sasaki
S.

Higashi
S.

Murata
N.

(

1991

)

izomerizarea cis / trans a dublei legături a unui acid gras ca strategie de adaptare la schimbările de temperatură ambiantă în bacteria psihrofilă, Vibrio sp. tulpina ABE-1

.

Biochim. Biophys. Acta
1084

,

13

20

.

Heipieper
H. J.

Diefenbach
R.

Keweloh
H.

(

1992

)

conversia acizilor grași nesaturați cis în trans, un posibil mecanism de protecție a Pseudomonas putida P8 degradant de fenol de toxicitatea substratului

.

Appl. Environ. Microbiol.
58

,

1847

1852

.

Diefenbach
R.

Heipieper
H. J.

Keweloh
H.

(

1992

)

conversia cis – în acizi grași trans-nesaturați în Pseudomonas putida P8: dovezi pentru un rol în reglarea fluidității membranei

.

Appl. Microbiol. Biotehnol.
38

,

382

387

.

Hamamoto
T.

Takata
N.

Kudo
T.

Horikoshi
K.

(

1994

)

efectul temperaturii și fazei de creștere asupra compoziției acizilor grași a Vibrio psihrofile sp. tulpina nr. 5710

.

Microbiol FEMS. Let.
119

,

77

81

.

Morita
N.

Shibahara
A.

Yamamoto
K.

Shinkai
K.

Kajimoto
G.

Okuyama
H.

(

1993

)

dovezi pentru izomerizarea cis-trans a unei legături duble în acizii grași ai bacteriei Psihofile Vibrio sp. tulpina ABE-1

.

J. Bacteriol.
175

,

916

918

.

Heipieper
H. J.

de Bont
J. A. M.

(

1994

)

adaptarea Pseudomonas putida S12 la etanol și toluen la nivelul compoziției acizilor grași a membranelor

.

Appl. Environ. Microbiol.
60

,

4440

4444

.

Diefenbach
R.

Keweloh
H.

(

1994

)

sinteza acizilor grași trans nesaturați în Pseudomonas putida P8 prin izomerizarea directă a dublei legături a lipidelor

.

Arch. Microbiol.
162

,

120

125

.

Heipieper
H. J.

Loffeld
B.

Keweloh
H.

de Bont
J. A. M.

(

1995

)

izomerizarea cis / trans a acizilor grași nesaturați în Pseudomonas putida S12: un indicator al stresului de mediu datorat compușilor organici

.

Chemosphere
30

,

1041

1051

.

Weber
F. J.

Isken
S.

de Bont
J. A.

(

1994

)

Izomerizarea Cis / trans a acizilor grași ca mecanism de apărare a tulpinilor de Pseudomonas putida la concentrații toxice de toluen

.

Microbiologie
140

,

2013

2017

.

Pinkart
H. C.

Wolfram
J. W.

Rogers
R.

Alb
D. C.

(

1996

)

modificări ale învelișului celular în tulpinile de Pseudomonas putida tolerante la solvent și sensibile la solvent după expunerea la o-xilen

.

Appl. Environ. Microbiol.
62

,

1129

1132

.

Seelig
J.

Waespe-1928 >

N.

(

1978

)

ordinea moleculară în bistraturi fosfolipidice cis și trans nesaturate

.

Biochimie
17

,

3310

3315

.

MacDonald
P. M.

Sykes
B. D.

McElhaney
R. N.

(

1985

)

făină-19 studii de rezonanță magnetică nucleară a ordinii și dinamicii lanțului acil gras lipidic în membranele Acholeplasma laidlawii b, o comparație directă a efectelor inelului cis și trans ciclopropan și a substituenților cu dublă legătură asupra ordinii orientative

.

Biochimie
24

,

4651

4659

.

Killian
J. A.

Fabrie
C. H. J. P.

Baart
W.

Morein
S.

de Kruijff
B.

(

1992

)

efectele variației temperaturii și adaosului de alcool fenetilic asupra ordinii lanțului acil și a organizării lipidelor în sistemele de membrană derivate din Escherichia coli. Un studiu 2H-și 31P-RMN

.

Biochim. Biophys. Acta
1105

,

253

262

.

Kabelitz
N.

Santos
P. M.

Heipieper
H. J.

(

2003

)

efectul alcoolilor alifatici asupra creșterii și gradului de saturație a lipidelor membranare în Acinetobacter calcoaceticus

.

Microbiol FEMS. Let.
220

,

223

227

.

von Wallbrunn
A.

Richnow
H. H.

Neumann
G.

Meinhardt
F.

Heipieper
H. J.

(

2003

)

mecanismul izomerizării cis-trans a acizilor grași nesaturați în Pseudomonas putida

.

J. Bacteriol.
185

,

1730

1733

.

Heipieper
H. J.

Weber
F. J.

Sikkema
J.

Keweloh
H.

de Bont
J. A. M.

(

1994

)

mecanismele din spatele rezistenței celulelor întregi la solvenți organici toxici

.

Tendințe Biotehnologie.
12

,

409

415

.

Isken
S.

de Bont
J. A. M.

(

1998

)

bacterii tolerante la solvenți organici

.

Extremophiles
2

,

229

238

.

Sikkema
J.

de Bont
J.A.

Poolman
B.

(

1995

)

Mechanisms of membrane toxicity of hydrocarbons

.

Microbiol. Rev.
59

,

201

222

.

Segura
A.

Duque
E.

Mosqueda
G.

Ramos
J. L.

Junker
F.

(

1999

)

răspunsuri Multiple ale bacteriilor Gram-negative la solvenții organici

.

Mediu. Microbiol.
1

,

191

198

.

Inoue
A.

Horikoshi
K.

(

1989

)

un Pseudomonas prosperă în concentrații mari de toluen

.

natura
338

,

264

266

.

Weber
F. J.

Ooijkaas
L. P.

Schemen
R. M.

Hartman
S.

de Bont
J. A.

(

1993

)

adaptarea Pseudomonas putida S12 la concentrații mari de stiren și alți solvenți organici

.

Appl. Environ. Microbiol.
59

,

3502

3504

.

Heipieper
H. J.

Meulenbeld
G.

VanOirschot
Î.

de Bont
J. A. M.

(

1996

)

efectul factorilor de mediu asupra raportului trans / cis al acizilor grași nesaturați în Pseudomonas putida S12

.

Appl. Environ. Microbiol.
62

,

2773

2777

.

Neumann
G.

Kabelitz
N.

Heipieper
H. J.

(

2003

)

reglarea izomerazei cis-trans (cti) a acizilor grași nesaturați în Pseudomonas putida: corelația dintre activitatea cti și sistemele de absorbție K+

.

EUR. J. Lipide Sci. Tehnologie.
105

,

585

589

.

Isken
S.

Santos
P.

de Bont
J. A. M.

(

1997

)

Effect of solvent adaptation on the antibiotic resistance in Pseudomonas putida S12

.

Appl. Microbiol. Biotechnol.
48

,

642

647

.

Ramos
J.L.

Duque
E.

Gallegos
M.T.

Godoy
P.

Ramos-Gonzalez
M.I.

Rojas
A.

Teran
W.

Segura
A.

(

2002

)

mecanisme de toleranță la solvenți în bacteriile gram-negative

.

Anu. Rev. Microbiol.
56

,

743

768

.

Ramos
J. L.

Gallegos
M. T.

Marques
S.

Ramos-Gonzalez
M. I.

Espinosa-Urgel
M.

Segura
A.

(

2001

)

răspunsurile bacteriilor Gram-negative la anumiți factori de stres de mediu

.

Curr. Opin. Microbiol.
4

,

166

171

.

Okuyama
H.

Enari
D.

Shibahara
A.

Yamamoto
K.

Morita
N.

(

1996

)

identificarea activităților care catalizează izomerizarea cis-trans a dublei legături a unui acid gras mono-nesaturat în tulpina Pseudomonas sp E-3

.

Arch. Microbiol.
165

,

415

417

.

Pedrotta
V.

Witholt
B.

(

1999

)

izolarea și caracterizarea izomerazei acidului gras cis-trans-nesaturat al Pseudomonas oleovorans GPo12

.

J. Bacteriol.
181

,

3256

3261

.

Okuyama
H.

Ueno
A.

Enari
D.

Morita
N.

Kusano
T.

(

1998

)

Purification and characterization of 9-hexadecenoic acid cis-trans isomerase from Pseudomonas sp strain E-3

.

Arch. Microbiol.
169

,

29

35

.

Holtwick
R.

Meinhardt
F.

Keweloh
H.

(

1997

)

izomerizarea Cis-trans a acizilor grași nesaturați: clonarea și secvențierea genei cti din Pseudomonas putida P8

.

Appl. Environ. Microbiol.
63

,

4292

4297

.

Junker
F.

Ramos
J. L.

(

1999

)

implicarea CSI cis / trans izomerazei în rezistența la solvent a Pseudomonas putida DOT-T1E

.

J. Bacteriol.
181

,

5693

5700

.

Ramos
J. L.

Duque
E.

RodriguezHerva
J. J.

Godoy
P.

Haidour
A.

Reyes
F.

FernandezBarrero
A.

(

1997

)

mecanisme pentru toleranța solventului la bacterii

.

J. Biol. Chem.
272

,

3887

3890

.

Holtwick
R.

Keweloh
H.

Meinhardt
F.

(

1999

)

cis / trans izomeraza acizilor grași nesaturați ai Pseudomonas putida P8: dovezi pentru o proteină heme de tip citocrom c

.

Appl. Environ. Microbiol.
65

,

2644

2649

.

von Wallbrunn
A.

Heipieper
H. J.

Meinhardt
F.

(

2002

)

izomerizarea Cis / trans a acizilor grași nesaturați într-un mutant knock-out cardiolipin sintază al Pseudomonas putida P8

.

Appl. Microbiol. Biotehnol.
60

,

179

185

.

Cronan
J.E.

(

2002

)

Phospholipid modifications in bacteria

.

Curr. Opin. Microbiol.
5

,

202

205

.

Chen
Q.

Janssen
D.B.

Witholt
B.

(

1995

)

creșterea pe octan modifică acizii grași lipidici membranari ai Pseudomonas oleovoranilor datorită inducerii alcb și sintezei octanolului

.

J. Bacteriol.
177

,

6894

6901

.

Heipieper
H. J.

De Waard
P.

van der Meer
P.

Killian
J. A.

Isken
S.

de Bont
J. A. M.

Eggink
G.

de Wolf
F. A.

(

2001

)

efectul Regiospecific al 1-octanolului asupra izomerizării cis-trans a acizilor grași nesaturați în tulpina tolerantă la solvent Pseudomonas putida S12

.

Appl. Microbiol. Biotehnol.
57

,

541

547

.

Frostegard
A.

Tunlid
A.

Baath
E.

(

1996

)

modificări ale structurii comunității microbiene în timpul incubării pe termen lung în două soluri contaminate experimental cu metale

.

Biol De Sol. Biochem.
28

,

55

63

.

MacNaughton
S. J.

Stephen
J. R.

Venosa
D. HR.

Davis
G. A.

Chang
Y. J.

Alb
D. C.

(

1999

)

populația microbiană se schimbă în timpul bioremedierii unei deversări experimentale de petrol

.

Appl. Environ. Microbiol.
65

,

3566

3574

.

Hage
A.

Schoemaker
E. S.

Wever
R.

Zennaro
E.

Heipieper
H. J.

(

2001

)

determinarea toxicității mai multor compuși carbonilici aromatici și a derivaților lor reduși pe Phanerochaete chrysosporium utilizând un sistem de testare Pseudomonas putida

.

Biotehnologie. Bioeng.
73

,

69

73

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.