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S-layer 的特点及应用___一般的生物学家或细胞学家鲜有人知S-layer结构的存在。
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S-layer 的特点及应用 一般的生物学家或细胞学家都只知道在细胞膜外存在鞭毛、荚膜，却鲜有人知S-layer的存在。 表面层蛋白（S-layer）是近二十多年来陆续从自然界中不同的细菌和古细菌的外表面发现的特殊网格结构，通常由一种蛋白质或糖蛋白组成。表面层蛋白对细胞尤其是极端微生物起着各种保护作用，并行使着很多与细胞机制有关的功能。由于表面层蛋白分布广，表达量大，已逐渐受到重视，并应用于多方面的研究。随着对表面层蛋白的认识不断明晰，人们可以更深入的了解微生物之间的相互关系及微生物起源问题。 人们对细菌细胞壁的研究至今已有三十多年历史，其间有不少关于在不同细菌中发现覆盖于细胞最外层的特殊蛋白的报道。这种蛋白被称为表层蛋白（surface layer protein 或S-layer，简写为SLP）。因其具有规则的分子阵列结构，因而也被称为表面阵列蛋白（surface array protein，即SAP）。 s-layer在自然界的真细菌和古细菌中分布极为广泛，无论是在革兰氏阳性菌还是在革兰氏阴性菌中均有报道。在研究过程中，人们不仅对其结构、组成进行了探测，而且对其功能、机制有了一定程度上的了解。在应用方面，虽然报道数量有限，但新的应用途径不断得以开发和实践也意味着S-layer极具应用的价值和潜力。 S-layer 在古细菌、真细菌的细胞包膜（envolope）中最为常见，许多原核生物（古细菌和真细菌）都被一层排列规则的S-ayer作为最外层胞壁组分所覆盖（因其具备特殊的组成和独立的合成、运输及组装过程，笔者对是否为胞壁组分持有疑议），对于古细菌则直接与细胞膜连接。到今天已在主要细菌系统发育组中的几百个不同种内发现了这种组成。 S-layer仅由一种蛋白或糖蛋白平面组成，被认为是进化中最简单的生物膜，其中规则的分布着尺寸和形状相同的孔，可在膜表面及固体支持物上组装成单分子阵列。 需要详细资料的朋友请留下通讯方式。 |
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2楼2006-07-13 22:02:00
beihaibio
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3楼2006-07-18 00:20:22
4楼2006-09-22 09:33:36
5楼2006-09-23 20:52:17
6楼2006-09-24 09:58:02
7楼2006-09-24 10:11:59
s-layer蛋白_更详细的资料_02
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dfggc(金币+2):乳酸菌也有很多s－layer蛋白，可能类似于extracelluar matrix，请指教。
dfggc(金币+2):乳酸菌也有很多s－layer蛋白，可能类似于extracelluar matrix，请指教。
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S层曾被称为结晶表层蛋白排列或类结晶表层蛋白排列，是新近发现的一种细菌表层结构，位于细菌表面的最外层，完整地包裹着细菌的菌体。它与荚膜及外粘液层一样，构成了细菌与外界环境之间的一道屏障。目前已在250余种细菌中发现了S层。所有细菌的S层都是由蛋白或糖蛋白亚单位有规则排列起来的一种晶格样结构，其蛋白质的化学性质基本相似，可归属同一类。 一、超微结构 电子显微术是研究细菌S层超微结构中最常用的技术，而电子计算机图象模拟分析则为S层的结构学研究提供了一种全新的方法。在电镜下，S层蛋白亚单位的排列极为整齐且有规则，可以认为是—种结晶或类结晶。其排列的对称形式有六边形(P6)、四边形(P4)或线状(P2)等品格，而P6、P4和P2晶格的形态单位分别含有6、4和2个结构单位(单体)。每两个晶格中心之间的距离为5—32nm。由于S层的晶格样性质，它表现为规则的多孔结构。不同的细菌，其晶格中孔洞的大小亦不相同，其直径一般为2—6nm，孔积率(Porosity，指孔洞面积占整个面积的比例)大约为30％一70％。同时，许多细菌S层外表平整，但内表面则与其下层的肽聚糖、外膜蛋白或脂多糖相连，具有一定的结构。 二、化学组成， 在革兰氏阳性菌中，S层连接在肽聚糖上，而革兰氏阴性菌中，S层则与外膜蛋白或脂多糖相连。然而这些连接都是通过氢键、离子键及疏水作用等非共价方式完成的。在自然界，S层对细菌的生存至关重要。但是在实验条件下，由于没有选择压力，细菌常丢失S层，在肉汤中传代尤其如此。因此新分离的细菌较易分离到S层，抽提S层的方法有使用去污剂、金属离子螯合剂，改变PH或离子强度等。 绝大多数S层都是由单一的同源性蛋白质或糖蛋白组成，分子量为40—200KDa。而这种分子量的差异是由于蛋白降解所致，部分是因为糖基化程度不同。不论何种细菌，其S层的氨基酸组成非常相似，单体含有高比例的酸性氨基酸和疏水性(非极性)氨基酸，极少或不含硫氨基酸(无胱氨酸残基)，因此S层的pI呈酸性，具有显著的疏水性。至于它的二级结构，目前仅知有少量的a-螺旋结构(＜2％一14％)，b-折叠结构占25％一30％，而随机卷曲折叠结构则较多见。 组成S层糖蛋白的单糖重复排列，形成直链或分支的多聚体。目前已知的单糖有六碳糖、脱氧糖、氨基糖及糖醛酸等。 三、抗原性 在对S层进行详细的比较研究后发现，尽管不同细菌S层的氨基酸组成非常相似，但它们在晶格的几何图形、蛋白亚单位的分子量与糖基化程度及抗原性等方面均存在显著差异。这种差异还存在于同一种细菌的不同菌株之间。 由于S层的蛋白亚单位位于细菌的最外层，因而它们就构成了细菌的一种主要表面抗原，尽管对S层的抗原性所知不多，但在具有S层的细菌中至少存在三种类型的抗原模式。第一种模式为不同的菌株，其S层蛋白的抗原性高度一致；第二种模式为同一菌株S层的抗原性迥异；而第三种类型则为不同的细菌，S层的分子量相同，但抗原性不同。杀鲑气单胞菌是第一种模式的代表，该菌是一种对鱼类致病的兼性细胞内病原菌。不同来源的菌株，其S层不仅在抗原性上相同，而且其分子量、氨基酸组成及N-末端序列也相同。第二种模式的代表为对哺乳动物致病的胎儿弯曲菌，该细菌的同一菌株就能产生两种在抗原性上完全无关的S层，而且其蛋白亚单位的分子量也不相同，与杀鲑气单胞菌S层的高度保守形成了鲜明的对照。嗜水气单胞菌及维隆气单胞菌温和生物型，是两种属于同一O抗原群的细菌，而且其S层的分子量也相同。但是，S层的N-末端氨基酸序列不同，抗原性也存在差异。它们代表了第三种模式。 四、合成与组装 一个中等大小的细菌，其S层大约含有5×105个单体，约占细菌蛋白总量的l0％。因此在一个很短的分裂周期中，细菌合成S层的速度很快，每秒约400个分子。就目前所知，S层的基因位于菌体染色体，并且只含有一个拷贝，这表明该基因有一个极强的启动子。S层蛋白亚单位在合成时含有一个典型的信号肽序列，以利于其穿过细胞周浆和外膜而到达相应的位置。同时在杀鲑气单胞菌中发现，其S层的合成与脂多糖中多糖侧链的合成是同等调控的。 S层是一个自我组装系统，用于组装的全部信息和能量都包含在蛋白单体中。这些单体通常以非共价键相互连接，并借助离子键、氢键和硫水作用与其底层的其它表层结构相连。由于S层含有很多非极性氨基酸，因此疏水作用对保持其结构稳定性具有重要意义。而且有些S层还需要通过二价阳离子和氨基酸的相互作用才能维持其结构的稳定，没有二价阳离子则不能完成其组装过程。对革兰氏阳性菌而言，其S层的自我组装必须在细胞壁的表面进行，这样蛋白亚单位才能结合到细胞壁上。 五、功能 由于S层在自然界中广泛分布，并且超越了许多分类学界限，因而S层的功能不可能只有一种，而应是多功能的。然而，人们对S层功能的认识尚不完整，少数除外，S层的许多功能都是猜测性的，并无试验依据。已知有些细菌有两层S层，如果一层受损或丢失，另一保护层仍然存在。S层通常是细菌表层结构复合体的一部分，因而其功能亦是与这些相关结构的特殊相互作用的体现，对细菌在自然环境中的生存至关重要。 S层的功能之一就是保护性屏障作用。S层可以防止毒性噬菌体及蛭弧菌的攻击，仅少数几种细菌的S层充当噬菌体的受体，多数则对噬菌体及蛭弧菌有抵抗作用，这对水生细菌尤为重要。而蛭弧菌自身的S层对其捕食作用有重要意义。S层在组装完成后就具有抗蛋白酶的能力，同时还能抵抗特异性抗体、补体及表面活性剂等对细菌细胞膜的作用。 作为分子筛和离子通道是S层的另一功能。由于S层是一种多孔晶格结构，小孔的形态、大小和电荷决定了进出细胞的分子大小和物理性状，它可以让基本的营养成分和代谢产物自由进出。已有确凿的证据表明，某些细菌S层孔洞的蛋白区域可随环境的变化而出现可回复的构型变化。而且在杀鲑气单胞菌中还发现，同一种蛋白亚单位可形成两种完全不同的S层四边形排列，即发生结构转化。这些结构转化和构型变化对S层的通透性肯定会产生影响，从而影响细胞内外物质交换。 S层在病原菌中的致病意义目前倍受重视。有证据表明，S层是细菌的一种毒力因子。就杀鲑气单胞菌而言，S层缺陷突变株的毒力比原菌株低l05倍。该菌的S层可抵抗鱼血清中补体的杀菌活性，为该菌提供了一个外层保护屏障。同时S层还能增加该菌对巨噬细胞中蛋白酶的抵抗力，从而有助于它逃脱机体的杀灭作用而使感染广为扩散。 此外，S层还能发生结构转化，使其通透性增加，有利于溶血素、蛋白酶等其它致病物质释放，进一步增强该菌的毒力。具有S层的胎儿弯曲菌能抵抗巨噬细胞的消化及补体的破坏，只有在有特异性抗体存在时才丧失这种功能。除了杀鲑气单胞菌和胎儿弯曲菌外，在嗜水气单胞菌、维隆气单胞菌、舒伯特气单胞菌、立克次体、密螺旋体、衣原体、布鲁氏菌、分枝杆菌、梭状芽胞杆菌、芽胞杆菌及类杆菌等病原菌中都发现了S层，它们亦可作为毒力因子在病理发生中起重要作用。 |
8楼2006-09-26 22:32:06
s-layer蛋白_更详细的资料_03
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S-层蛋白基因 尽管在30 多年前就认识了S-层,但直到1986 年才克隆到S-层蛋白基因。该基因的克隆与其它基因的克隆明显不同,许多S-层蛋白基因存在于E. coli 中时对宿主细胞的生长有负面作用,即宿主细胞易于裂解,如嗜热脂肪芽胞杆菌和苏云金芽胞杆菌的S-层蛋白基因 。因此有些S-层蛋白基因是直接克隆在芽胞杆菌或克隆出部分片段再组装成完整的基因。近两年来,S-层蛋白基因的克隆发展迅速。在2000 年2 月以前克隆到的S-层蛋白基因有43 个,来自19 个属的31 个种,如芽胞杆菌( Bacillus) ,弯曲杆菌( Campylobacter) ,乳杆菌(Lactobacillus) 等。到2001 年11 月,在GeneBank 上新增的S-层蛋白基因有44 个,其来源扩大了6 个属11 个种,其中10 个基因是通过测定5 个细菌的基因组序列而得知的。 |
9楼2006-09-26 22:33:52
s-layer蛋白_更详细的资料_04
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S-层的功能(补充) 有关S-层的功能知道的很少,但由于具有S-层的细菌广泛存在,因此S-层的功能应是多样化的。带有S-层的细菌在自然环境下有何优势,现在还不清楚,但S-层的某些功能还是明确的。 S-层可以决定或维持细胞的形状,特别是对于那些只以S-层作为细胞壁的古细菌。在芽胞杆菌中S-层可作为胞外酶的吸附位点,如胞外淀粉酶可在S-层上紧密排列,而不干扰营养物质或代谢产物穿过S-层的网格。S-层具有保护功能,有些兰细菌可在含有高浓度钙和硫的湖水中生长,S-层作为精细颗粒矿化作用的模板,可连续从表面排除这些颗粒,使得不致于阻塞细胞的外鞘。分子筛是S-层的重要功能之一,由于S-层孔洞的大小和形状均匀一致,可起到精细分子筛的作用。对于只利用小分子气体和盐类的细菌以及产生大量的胞外酶的芽胞杆菌,其S-层只允许相应大小的分子通过。对于只以S-层作为细胞壁的古细菌,S-层与细胞膜之间可形成一个周质空间,贮存一些涉及营养物降解和运输以及蛋白质折叠和输出的大分子。S-层具有保护一些细菌不被蛭弧菌寄生的作用;在病原菌中,S-层可作为一种病原因子,对免疫和非免疫血清中补体的杀菌活性具有较高或中等抗性,对卟啉的吸收发挥重要作用,对免疫球蛋白和胞外蛋白质复合体具有结合能力。 |
10楼2006-09-26 22:36:06