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　　摘要：铁吸收调节蛋白（ferricuptakeregulator，Fur）是多种微生物茵体内调控铁的一种蛋白质，它编码一个铁感应器以及转录调控因子，可以根据细胞内Fe2+的浓度，氧化应激以及毒性来调控铁载体合成相关基因的表达。研究发现Fur不仅调节与铁相关的物质代谢，也与其他的物质代谢有着紧密的联系。综合国内外研究进展介绍了Fur的结构与功能，阐述了Fur在生物冶金、农业、医药等方面的研究进展，并对其应用前景以及研究趋势进行了展望。
　　关键词：铁吸收调节蛋白；铁代谢；结构与功能；生物冶金；应用
　　铁吸收调节蛋白（ferricuptakeregulator，Fur）作为调节细菌中铁离子代谢的重要的蛋白质，是由Fur基因所编码的，是目前研究最为广泛和深入的与铁代谢的相关蛋白质。Fur最初是由Bagg等在大肠杆菌中首先发现的，在铁的代谢中扮演着重要的作用，在细菌体内扮演着维持铁稳态的核心作用，近年来随着技术的不断进步，人们从多个方面对其进行了研究，同时科研人员在其他细菌物种也发现了它的同源蛋白，由于铁是细菌生长的必需元素，因此Fur对于细菌具有重要的作用，研究发现Fur不仅参与了铁的代谢同时参与了细菌体内的多种物质代谢，由此引起了科学家的广泛关注Fur对于铁的具有调节作用，因此在利用铁氧化的生物冶金中具有重要作用，同时Fur与植物致病菌以及人体致病菌中的致病性有着关联性，目前Fur蛋白已经成为研究细菌中铁代谢领域的热点问题之一。
　　1Fur基因的结构与功能解析
　　1.1Fur基因的结构
　　Althaus等认为Fur最初是以一种不带活性的脱辅基蛋白状态存在的，当它与铁离子键合时活性被激活，这个状态是通过键合到一个称之为（Furbox）特殊的序列实现的。在铁离子存在的条件下Fur操纵子与它的启动子在称之为Furbox发生交互作用，Fur盒具有一个GATAATGATAAT-CATTATC共同序列，当添加二价铁离子的时候，Fur的表达受到了cAMP受体蛋白、氧化应激反应刺激这些因素调节。Tiss等基于分光光度法分析发现大肠杆菌的铁调节蛋白的55位酪氨酸，以及Furbox的18位以及19位共识胸腺嘧啶参与了键合。基于Fur与DNA的复合物所提出的构象模型：每个DNA都连接到H4（A52-A64）铁调节蛋白螺旋。同时认为这种内在反应是类似Fur以及它们各自的DNAbox所共有的特征，例如锌调节吸收蛋白，镍吸收调节蛋白。
　　Mark等研究大肠杆菌的Fur时，通过定点突变分别对Fur基因的亮氨酸以及丝氨酸，以及大肠杆菌铁吸收调节蛋白阻遏因子的12个组氨酸以及4个半胱氨酸进行突变。通过研究突变对其体内以及体外造成的影响，发现92位点以及95位点的半胱氨酸残基对于Fur的活性具有重要的作用。然而Wang等对迟钝爱德华氏菌（Ed-wardsiellatarda）的Fur进行定点突变，分析表明C92s以及C95s能够使大肠杆菌的Fur失活，然而92位点以及95位点的半胱氨酸残基的突变对于迟钝爱德华氏菌Fur突变体E112K的Fur表达没有影响。
　　Stojiljkovic等研究大肠杆菌Fur抑制因子的氮端以及碳端结构域来在启动子识别以及二聚化的功能。研究Fur包含氮端以及碳端结构域融合蛋白具有抑制以及二聚化铁调节蛋白调节lac-Z融合基因的能力。当抑制因子CI857的碳末端熔融，氮末端结构域阻遏铁调节蛋白调节因子lac-Z融合。这两种融合蛋白当铁含量丰富或者铁含量缺少时都能激活，由此认为Fur的氮末端参与到Fur响应启动子的识别，而碳末端参与的是阻遏寡聚化。
　　1.2Fur的功能解析
　　Fur的主要生理功能是当铁离子充足时抑制铁吸收，从而维持细菌内的铁平衡。在最新的研究中发现Fur是作为一个核心调控着铁的吸收功能（当铁处于缺乏状态）以及铁储存酶的表达以及铁利用酶的表达（当铁的含量充足的情况下）。
　　Jose等利用SELEX技术研究从固定相分离得到的DNA键合蛋白家族，结果发现其在保护微生物防止氧化以及营养压力中扮演重要的角色，在硅片中分析启动子区域alr3808，一个从蓝藻（Yanobacteria）sp.PCC7120分离的dps同源表明：铁离子盒子与那些为人所熟知的铁调节蛋白A具有高度的同源性，证据表明通过FurA调节dpsA主要涉及体内和体外两条途径。EMSA分析表明dpsA启动子区域的Fur具有高度的亲和性，dpsA的表达分析通过插入一个alr1690突变（它会阻遏FurA的表达增加）结果显示dpsA的合成减少。这些研究表明FurA在dpsA的调控中扮演着一个重要的角色。
　　铜绿假单胞菌（P.Aeruginosa）是假单胞菌中最常见的院内感染条件致病菌，许多物种具有产生黄绿色铁离子载体的特征，同时具有产生铁的亲和力较低第二种铁载体。因此，它们能够通过不同的依赖TonB受体接受外源性异种铁载体。铁离子的吸收主要是通过中央调控因子Fur及细胞质外的西格玛（sigma）因子或者其他种类的调控因子共同构成一个组件系统。铜绿假单胞菌的Fur调节子（实验证明和/或预测）已经被揭示，通过分析Fur调控因子基因揭示了铁以及硫的调节子的重叠也发生在群体感应系统的特征。
　　尽管通常认为铁调节蛋白是一个依赖于金属的阻遏因子，但是Jin等也发现了其他直接或者间接的机制能够激活其表达，现在我们知道关于Fur的金属的选择性以及生物功能存在一个巨大的家族包括铁传感器铁锌锰镍调节蛋白。尽管大量的实验表明关于Fur的金属感应机制存在争议，但是，其他家庭成员使用金属催化氧化反应来检测过氧化应力（peroxide-stress）或血红素（heme）具有有效性。
　　氢化酶（hydrogenase）全称为氢气-受体氧化还原酶，由Adams首先报道，能够可逆地催化氢气氧气与所生成的金属蛋白质。Constanze通过对大肠杆菌进行研究，发现Fur以及铁代谢对镍铁氢化酶的表达具有重要作用。他们发现在Fur的缺失突变体中氢化酶的活性近似下降了80%～90%，以多种转运系统中的Fur缺失突变体中氢化酶的减少作为证据，表明不仅铁的供应对于镍铁氢化酶的合成极为重要，同时细胞内铁的代谢也与氢化酶的协调通常也对氢代谢有重要作用，而这协调的关键在于Fur。导致铜绿假单胞菌产生有毒性超氧化物还原，有几个重要的酶包括铁和锰辅酶的超氧化物歧化酶（superoxidedismu-tase，SOD）和过氧化氢酶。目前在铜绿假单胞菌种调节这些酶的机制尚不清楚，Hassett等为了解决这些问题用了两种突变体A4以及C6，在突变体中发现Mn—SOD增加和过氧化氢酶的活性减少，通过给野生型添加铁螯合剂会导致Mn-SOD活性的增加和总的过氧化氢酶活性减少，与Fur突变体的表型性状类似。在所有的突变体都检测到含铁的绿脓杆菌螯铁蛋白以及含铁带荧光的水溶性荧光素，而它们介导着铁出现上调。结果表明铜绿假单胞菌在Fur位点的突变影响有氧增长和SOD和过氧化氢酶的活性，推测降低铁载体介导的铁的吸收，特别是带荧光的水溶性荧光素，可能是造成这种影响的一个可能的机制。