مطالب آموزشی

انواع سیستم ترشحی در پروکاریوت ها

سیستم ترشحی نوع اول:

سیستم ترشحی نوع اول در انتقال پروتئین از سیتوپلاسم از طریق غشاهای داخلی وخارجی وبدون برهمکنش با پری پلاسم نقش دارد

سازوکارهای انتقال نوع اول تنها نیازمند سه پروتئین بوده و واسطه های پری پلاسمی تولید نمی کنند.

پروتئین های ترشح شده از این مسیر، در انتهای کربوکسیلی خود دارای سیگنال ترشحی اند

در فرایند ترشح برش نمی خورد و60 آمینواسید پایانی انتهایی کربوکسیلی، برای ترشح کافی است.

اجرای سیستم ترشحی نوع اول، پلی پپتیدهای فاقد توالی های علامت دهنده درانتهای آمینی را شناسایی می کنند.

در عوض پلی پپتیدها رااز طریق کربوکسیلی آن ها شناسایی می کنند.

سه پروتئین اصلی سیستم ترشحی نوع اول:

1-     ATPase غشایی (پروتئینATP –binding cassette  ABC  (  

2-     پروتئین متصل ب غشاء

3-     پروتئین تشکیل دهنده منفذ در غشا خارجی

انتقال دهنده ABCشامل پروتئین های غشایی است می تواند  دامنه وسیعی از پیش ماده ها رااز عرض غشاهای خارج و داخل سلولی انتقال دهد.

درDickeya chysanthemi  یک متالوپروتئاز به وسیله این مسیر ترشحی منتقل می شود.

در مجموع پروتئین های ترشحی توسط این سیستم به لحاظ اندازه بزرگ و بسیار متفاوت هستند.

پروتئین هایی از 78 اسید آمینه تا بیش از 8 هزار اسید آمینه می تواند از این سیستم ترشح پیدا کند.

پلی پپتیدهای مترشحه از طریق مسیر ترشحی نوع اول، از طریق سیتوپلاسم وبدون واسطه پری پلاسمی منتقل شده 

از طریق غشاهای داخلی وخارجی به محیط خارج سلولی راه می یابند.

پلی پپتیدهای مترشحه می توانند توکسین ها یا آنزیم هایی مانند همولیزین در  Escheichia coli  

 پروتئازها در Dickeya chysanthemi  و Pseudomonas aeruginosa

براساس تجزیه وتحلیل ترادف ژنومی:

Agrobacterium tumefaciens، Burkholderia cepacia، Leifsonia xyli، Pctobacterium carotovorum، Ralstonia solanacearum، Xanthomonas axonopodis، Xanthomonas campestris، Xanthomonas oryzae pv. Oryzae، Xylella fastidiosa مجهز به سیستم ترشحی نوع اول می باشند.

یکی از ویژگی های سیستم های ترشحی ایجاد یک یا چند پیوند دی سولفیدی در ساختار اصلیشان است که در 22 پروتئین ترشحی تیپ 1 وجود دارد

اما در Dickeya chysanthemi   وجود ندارد. درحالی که در مسیر ترشحی نوع دوم در Dickeya chysanthemi  ،

تشکیل باند دی سولفیدی برای ترشح پکتات لیازها وسلولاز ضروری است.

باندهای دی سولفیدی برای ثبات بسیاری از پروتئین های خارج سلولی مهم هستند

تشکیل باندهای دی سولفیدی یک فرایند کمکی است که در پری پلاسم رخ می دهد وبه وسیله تیول-دی سولفید اکسیدوریداکتاز کاتالیزه می شود.

به طور کلی ترشح بستگی به حضور ژن dsbA دارد.

سیستم ترشحی نوع دوم:

سیستم ترشحی نوع دوم دربین باکتری های گرم منفی محافظت شده است و در طی یک فرایند دو مرحله ای پروتئین ها منتقل می کند

که درطی آن پروتئین از طریق غشای داخلی فرآوری شده واصلاح پروتئین جهت خروج از غشای بیرونی شناخته  می شود.

مسیر اصلی انتقال پروتئین از طریق غشای داخلی، مسیرترشحی پایه ای (Sec  ) می باشد

این سیستم پایه ای  Sec که دارای سیگنال پپتیدی در انتهای آمینی شان باشد مورد هدف قرار می دهد.

این سیستم هم از مجموعه ای از پروتئین ها ساخته می شود.

حدود 12 تا16 پروتئین در این سیستم وجود دار که به ترشح پروتئین از غشاء بیرونی کمک می کند.

انتقال پروتئین از مسیرSec  می باشد که در طی آن سوبستراها به وسیله پپتیدهای پیام دهنده انتهای آمینی به انتهای کربوکسیلی است

که طی آن SecA  وابسته به هیدرولیز ATP انجام می شود.

پروتئین های سیتوپلاسمی مترشحه از طریق این مسیر شامل یک موتیف قابل شناسایی درانتهای آمینی می باشند که پپتیدهای پیام دهنده نامیده می شوند.

این پپتیدهای پیام دهنده انتهای آمینی پس از انتقال پپتید از طریق غشای داخلی، به وسیله پروتئاز شکسته می شود.

انتقال از طریق غشای داخلی بستگی به پروتئین های Sec  موجود در غشای داخلی دارد.

 پروتئین ها پس ازخروج از غشاء درونی وبرش انتهای آمینی تاخورده و وارد فضای پری پلاسم می شود. دراین مرحله پروتئین ها برای ترشح نیازمند پروتئینSec دارد.

نکته:

در Pectobacterium carotovorum  ، پلی گالاکترونازPehA در انتهای کربوکسیلی خودبه وسیله سیستم ترشحی نوع دوم ترشح می شود.

Pectobacterium carotovorum  تعدادی از عوامل پر آزاری را از طریق مسیر ترشحی نوع دوم ترشح می کند.

سلولاز، پروتئاز، پکتات لیازهایی مانند پروتئین Svx از طریق این مسیر ترشح می شوند.

همپنین تولید این عوامل پرآزاری به وسیله سیستم حس کردن حد نصاب نیز تنظیم می شود.

دامنه وسیعی از عوامل پرآزاری وآنزیم های تجزیه کننده، به وسیله سیستم ترشحی نوع دوم منتقل می شوند.

سیستم ترشحی نوع دوم حداقل از 15 پروتئین تشکیل شده که این پروتئین ها روزنه ای در غشاء خارجی ایجاد می کنند. 

این روزن ها دارای روزنه هایی متشکل از 12 تا 14 زیرواحد پروتئین D (که به یک خانواده بزرگ از پروتئین هایی که سکرتین ها نامیده می شوند، تعلق دارد) است.

در Pectobacterium carotovorum  ، پلی گالاکترونازPehA در انتهای کربوکسیلی خودبه وسیله سیستم ترشحی نوع دوم ترشح می شود.

Pectobacterium carotovorum  تعدادی از عوامل پر آزاری را از طریق مسیر ترشحی نوع دوم ترشح می کند.

سلولاز، پروتئاز، پکتات لیازهایی مانند پروتئین Svx از طریق این مسیر ترشح می شوند.

همپنین تولید این عوامل پرآزاری به وسیله سیستم حس کردن حد نصابنیز تنظیم می شود.

دامنه وسیعی از عوامل پرآزاری وآنزیم های تجزیه کننده، به وسیله سیستم ترشحی نوع دوم منتقل می شوند.

درPectobacterium carotovorum  توالی پیام دهنده انتهای آمینی PelB جهت ترکیب ژن ها برای مطالعات درباره پروتئین های مترشحه بسیار مفیدبوده است.

نکته:

در Pseudomonas aeruginosa  از 12 تا 15 زیرواحدهای چنین پروتئین هایی ساخته شده است  و ممکن است بیش از یک سیستم ترشحی نوع دوم داشته باشد.

XcpA درفرایند فرآوری نقش داشته وهمراه با XcpT درسنتز یک ساختار پیلوس مانند به نام شبه پیلین نقش دارد.

این ساختارهای پیلوس مانند از فیریل هایی انفرادی تشکیل شده اند که دریک ساختمان دسته ای کنار یکدیگر قرارگرفته اند.

XcpR یک پروتئین همراه با غشای سیتوپلاسمی است که عضوی از خانواده ATPase  های رفت وآمد کننده است.

اعضای این خانواده در جذب دی ان ای، مونتاژ پیلوس های نوع چهارم ومسیرهای ترشحی نوع دوم داشته باشند.

در Dickeya chysanthemi  ، درطول ترشح، آنزیم PelB به پروتئین D  و خصوصا انتهای آمینی آن متصل می شود.

پروتئین D به وسیله یک لیپوپروتئین به نام پروتئین S که به انتهای کربوکسیلی آن متصل می شود، تثبیت می شود.

این بیمارگر از جهت ترشح پکتات لیازها در محیط کشت مشهور است.

 در Xanthomonas campestris pv. Compestris ، یک پروتئین غشای سیتوپلاسمی به نام XpsN به پروتئین XpsD متصل می شود.

XpsN برای تشکیل کمپلکس XpsM-XpsL  موردنیاز است.

XpsL، XpsM، XpsN باداشتن یک دامنه پری پلاسمی بزرگ در انتهای کربوکسیلی، غشای داخلی را فرا می گیرند.

دراین باکتری، مسیرترشحی نوع دوم حداقل از 15 پروتئین تشکیل شده است.

 در Xanthomonas oryzae pv. Oryzae،  ژن های hrpXO و trh تنظیم کننده بیان ژن هاب hrp وپروتئین های مترشحه از سیستم های نوع دوم وسوم یک سیستئین پروتئاز ( CysP2)وسلولاز(ClsA) و سلوبیوزیداز (CbsA) می باشند.

 سیستم ترشحی نوع سوم

تعدادی از باکتری های بیمارگر گیاهی از یک یا چند سیستم ترشحی نوع سوم استفاده می کنند وبا تغییر در سلول میزبان سبب ایجاد بیماری می شوند.

سیستم ترشحی نوع سوم در باکتری های بیمارگر مختلفی مانند بیمارگرهای انسانی مهم (گونه های Salmonella، Shigella، Yersinia، Pseudomonasو Escherichia) یافت شده و حداقل از40 ژن تشکیل شده است.

این سیستم در همزیست های داخلی مانند گونه های Rhizobium وحتی در بیمارگرهای اجباری درون سلولی مانند گونه های Chlamydia وجود دارد.

درسویه NGR234 از Rhizobium sp، پیلوس مرتبط باسیستم ترشحی نوع سوم ازNopA، NopB، Nopx تشکیل شده است.

سنتز ومونتاژ اجزای ترشح به وسیله تغییر Ph، حضور فلاوانوئیدها وغلظت کم کلسیم وبالای منیزیم حتی باتعداد کم سلول باکتریایی، تحریک می شود.

 دما وpH  مناسب برای عمل سیستم ترشحی نوع سوم، حیاطی می باشند.

دربیمارگرهای دارای ساختارهای ترشحی سوزنی که معمولا بیمارگرهای انسانی می باشند،

این سیستم همچنین می تواند به وسیله تماس فیزیکی مستقیم باسلول میزبان نیز فعال شود.

در گونه های Shigella  یک کمپلکس پروتئینی در نوک سوزن که شامل IpaB و IpaD می باشد،

به طور مستقیم در درک سلول میزبان وتنظیم ترشح نقش دارد. طول سوزن به وسیله پروتئین به نام  Spa32  تعیین می شود.

سیستم ترشحی نوع چهارم

سیستم ترشحی نوع چهارم،  پروتئین،  نوکلئوپروتئین ها و نوکلئیک اسیدها را از طریق مجراهای خاصی به غشای سلولی منتقل می کند.

هم در بیمارگر پستانداران وهم در بیمارگرهای گیاهی، سیستم ترشحی نوع چهارم بسیار محافظت شده است.

همچنین این سیستم شامل افکتور هایی است که به سلول های یوکاریوتی تزریق می شوند.

علاوه براین، سیستم ترشحی نوع چهارم قادر به جذب DNA از محیط خارج سلولی و یا سلول گیرنده می باشد.

سیستم ترشحی نوع چهارم نیز به وسیله بیمارگرهای باکتریایی مختلف وجهت انتقال پروتئین وdna به میزبان های یوکاریوتی مورد استفاده قرار می گیرد.

گونه های Brucella برای بقای درون سلولی و آلودگی پایدار، نیازمند سیستم ترشحی نوع چهارم هستند.

حداقل دو پروتئین VecA ( شامل 105 آمینواسید ) و VecC ( شامل 418 آمینواسید) به ماکروفاژ J774 منتقل می شوند.

نکته:

درمورد باکتری های بیمارگر گیاهی، Arobacteriumط tumefaciens   از سیستم ترشحی نوع چهارم جهت انتقال T-DNA به سلول میزبان استفاده  کرده و در نهایت سبب ایجاد گال طوقه روی میزبان  می شود.

این باکتری به عنوان مدل برای بررسی سیستم ترشحی نوع چهارم در سایر بیمارگرها استفاده شده است.

شناخته شده ترین اعضای این خانواده از سیستم های ترشحی،آن هایی هستند که در انتقال پلاسمید از طریق الحاق بین دامنه وسیعی از باکتری های گرم منفی نقش دارند. 

توالی های ژنوم و پلاسیمد  Agrobacterium tumefaciens ، Agrobacterium rhizogenes، A.vitis، گونه های Xanthomonas و Xyllela fastidiosa نشان دهنده حضور اجزای سیستم ترشحی نوع چهارم  در آن ها می باشد.

نکته:

در Agrobacterium tumefaciens ، عملکرد و نقش سیستم ترشحی نوع چهارم که انتقال دهنده پلاسمید Ti می باشد، به خوبی توصیف شده است.

Xantho dmonas citri pv. Citri دارای دو لوکوس سیستم ترشحی نوع چهارم می باشد که یکی روی کروموزوم و دیگری روی پلاسمید Pxac64  قرار گرفته است.

Virb7 یکی از پروتئین های کد شده توسط این لوکوس ها می باشد.

همولوگ های سیستم ترشحی نوع چهارم روی پلاسمید Pxac64 در Xanthomonas axonopodis pv. aurantifolii  مشاهده شده اند که ممکن است نشان دهنده انتقال این پلاسمید در بین گونه های Xanthomonas  باشد.

در شرایط آزمایشگاهی، پلاسمید pXcB بوسیله الحاق واحتمالا از طریق سیستم ترشحی نوع چهارم،

بین دو پتووار متمایز از لحاظ رابطه خویشاوندی یعنی Xanthomonas axonopodis pv. aurantifolii    و Xanthomonas citri pv. Citri منتقل می شود.

یک بیمارگر بیش ازیک سیستم ترشحی تیپ 4 به ازای یک سلول داشته باشد،

یک بیمارگر به هر سه سیستم ترشحی تیپ 2،3،4 نیز مجهز باشد که گونه B.cepocia   نمونه ای از این گروه بیمار گرهاست. B.cepocia

  امکان دارد ژن های کد کننده اجزای تشکیل دهنده سیستم ترشحی نوع 4 روی کروموزوم یا پلاسمید قرار گرفته باشد. 

بیمارگر انسانی Actinobacillus actinomycetemcomitans ، دارای 2 سیستم ترشحی نوع 4 است.

Actinobacillus actinomycetemcomitans، این سیستم ها روی کروموزوم و یک پلاسمید قرار دارند.

نکته:

باکتری Helicobacter pylori  بیمارگر انسانی و عامل زخم دارای  4 سیستم ترشحی  به نام های ComB ، CagPAI، Tfs3، Rlx2 است.

شواهد روز افزونی نشان می دهد که لوکوس های ترشحی تیپ 4 بسیار حفظ شده اند 

برای نمونه در Spiroplsma kunkelii ظاهرا یک پلاسمید 6/14 کیلوبازی موسوم به Psku146  ساختار سیستم ترشحی تیپ 4 را کد می کند.

مجموعه ای از چهارچوب خوانش باز پلاسمید Psku146 در باکتری پروتئین هایی را کد می کنند

که با عناصر دخیل در هم یوغی و اجزاء سازنده دستگاه ترشحی تیپ 4 شباهت دارند.

ترادف اسید آمینه حاصل از چار جوب خوانش باز شماره 10 دارای یک ناحیه سیگنال پپتید و یک دامنه تراغشایی است.

همچنین این پلاسمید یک پروتئین چسبندگی 96 کیلو دالتونی  موسوم به SKARP1 را کد می کند که ممکن است نقش بسیار مهمی در اتصال سلول باکتریایی به روده  حشره ناقل ایفا کند.

چارچوب خوانش باز12 یا ATPase متصل شونده به غشاء با دامنه virB4 را کد می کند.

این پروتئین شناخته شده که در انتقال ژن طی فرایند هم یوغی نقش دارد ،

اولین گزارش

در گروه مالیکیوت هاست. پروتئین حاصل از چارچوب خوانش باز 12، یک سیگنال پپتیدی، دو دامنه تراغشایی ، یک ناحیه با پپچیدگی کم را داراست.

وجود یک سیگنال پپتید و دامنه تراغشایی در پروتئین های VirB4 غیر معمول است،

که ممکن است نشان دهنده این موضوع باشد که این پروتئین حاصل از چارچوب خوانش باز12 وظایف دیگری نیز بر عهده داشته باشد.

همچنین سیستم ترشحی تیپ4 در  Mesorhizobium loti  نیز یافت شده است که از ان برای انتقال حداقل دو پروتئین عملگر Msi059 و Msi061 به سلول گیاهی و مخمری به خدمت گرفته می شود.

ترادف Msi059 با یک سیستئین پروتئاز خانواده پپتیدازی C48شباهت دارد،

اعضای این خانواده پپتیدازی شامل پروتئاز شبه اوبیکیتین UIp1 وعملگر ترشحی تیپ XopD3 باکتری X.vesicatoria  است.

ترادف عملگر Msi061 با ترادفVirF  گونه های اگروباکتریوم شباهت دارد.

سیستم ترشحی نوع پنجم

سیستم ترشحی نوع پنجم به عنوان یک سیستم پروتئینی خودانتقالدهنده شناخته شده وشامل پروتئین هایی است

که گروه خود انتقال دهنده ها جای گرفته یا عضوی از خانواده مسیرترشحی دوبخشی هستند.

اعضای این خانواده قابلیت انتقال خود را از طریق غشای خارجی باکتریایی دارند.

پروتئین های خودانتقال دهنده دارایی یک دامنه انتقال دهنده درانتهای کربوکسیلی هستند

که در انتقال دامنه افکتوری انتهای آمینی از طریق غشای خارجی به سطح سلول باکتری نقش دارند

این فرایند نیاز به هیچ پروتئین کمکی ندارد.

پروتئین های متعلق به مسیر ترشحی دوبخشی ازاین جهت با خود انتقال دهنده ها متفاوتند که دامنه های افکتوری وانتقال دهنده روی پروتئین های جداگانه قراردارند.

تنها یک ژن، کدکننده اجزای لازم برای این سیستم ترشحی است.

کلیه پروتئین های خودانتقال دهنده شامل یک ساختار چند جزئی متشکل از سه دامنه می باشند.

توالی پیام دهنده(که پپتید پیام دهنده یا توالی رهبر نیز نامیده می شود) درانتهای آمینی پروتئین قرارگرفته است که درانتقال پروتئین از غشای داخلی به پری پلاسم  نقش دارد.

دامنه بعدیی، دامنه رونده است که سبب اعطای خاصیت افکتوری به خود انتقال دهنده می شود.

دامنه آخر درانتهای کربوکسیلی پروتئین قرارگرفته و یک زیرواحد انتقال است.

این دامنه شامل یک ناحیه پیونددهنده است که دارای یک ساختار ثانویه مارپیچی آلفا ویک غلاف بتا (که درزمان پیوستن به غشای خارجی ودامنه بتاایجادمی شود) است که بااتصال به غشای خارجی، انتقال دامنه رونده را از طریق آن،

تسهیل می کند. چون این انتقال نیازمند صرف انرژی یا عوامل کمکی نمی باشد،

پروتئین هایی که از این طریق ترشح می شوند، تحت عنوان خودانتقال دهنده ها نامیده می شوند.

سیستم ترشحی نوع ششم

سیتم ترشحی همراه با پرآزاری VAS در باکتری Vibrio cholera به وسیله ساز و کاری که نیازمند توالی پیام دهنده در انتهای آمینی نیست،

به سطح خارجی سلول باکتری منتقل می شود.

چند محصول ژن VAS  ، تشکیل دهنده اجزای ساختاری این سیستم هستند که افکتورهای پروتئینی راازطریق مسیر ترشحی نوع ششم منتقل می کنند.

چندین باکتری بیمارگرگیاهی وهمزیست داخلی مانند Agrobacterium tumefaciens،Rhizobium leguminosarum  دارای همولوک هایی از ژن vas می باشند.

این سیستم توسط Agrobacterium tumefaciens،

برای ترشح (Hcp)  hemolysin-regulated protein که برای گالزایی موثر مورد نیاز است، استفاده می شود.

 بدون شک، سیستم ترشحی نوع ششم درسایر باکتری های گرم منفی نیز کشف خواهد شد.

Rhizobium leguminosarum  دارای یک ژن همولوگ باvasA به نام impG  می باشد. محصول این ژن در آلودگی ریشه لگوم نقش دارد.

 درPseudomonas  پروتئین ClpVI در غشای داخلی قرارگرفته است

والیگومر شش وجهی VasA/Hcpl نیز بااستفاده از میکروسکوپ الکترونی، درغشای خارجی مشاهده شده است.

 

 

 

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا