细菌应激反应

与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应2120141293 王德美摘要(p)ppGpp，即鸟苷五磷酸或鸟苷四磷酸盐，是细菌细胞内的一种小分子信号物质，其合成和分解均由RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白调控。

RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白可感知环境胁迫条件并通过(p)ppGpp 代谢调控诱导细胞发生应激反应，如DNA 复制受阻、rRNA合成抑制及降解、基因的差别表达以及代谢酶的激活或抑制。

关键词环境胁迫信号；互惠调控；应激反应；转录抑制及激活正文一、(p)ppGpp催化活性蛋白1.(p)ppGpp催化活性蛋白的功能在大肠杆菌和其他变形菌纲细菌细胞，RelA和SpoT酶家族严谨调控(p)ppGpp 代谢。

RelA 为核糖体蛋白，催化合成pppGpp或ppGpp合成。

SpoT为胞质蛋白，在有Mn2+存在时，具有(p)ppGpp 水解酶活性和微弱的合成酶活性。

而在一些革兰氏阳性菌以及蓝细菌细胞，染色体上含有Rel/spo同源基因，可编码具有(p)ppGpp 合成酶和水解酶双重功能的Rel/Spo同源蛋白(RSH)。

胞内(p)ppGpp合成酶活性蛋白通过对环境胁迫的感知和催化调控信号分子(p)ppGpp合成的引发细胞应激反应的发生【1】。

2.(p)ppGpp催化活性蛋白对环境胁迫信号的感知2.1 RelA/SpoT酶家族对环境胁迫信号的感知2.1.1感知氨基酸饥饿的机制在大肠杆菌中，当氨基酸缺乏时，非氨酰基化的tRNA 结合于核糖体的A 位点阻滞蛋白质的合成，多肽延伸时核糖体空置反应诱导RelA 合成(p)ppGpp。

2.1.2感知脂肪酸饥饿的机制酰基载体蛋白(ACP)结合于SpoT 的TGS 结构域（可能具有调控与核苷类配体结合的功能），细胞中非酰基化ACP和酰基化ACP的比率可能影响这种结合。

因此，脂肪酸饥饿改变SpoT 两种催化活性的平衡并导致合成酶活性升高，(p)ppGpp积累。

应激学说 stress theory 为塞里（H．Selye， 1936）所创立的病理学说。

此学说认为，生病时所发生的许多非特异性病变多是应激的一种表现，当然所谓滴应性疾病更是如此。

塞里的应激概念首先是在大鼠的实验上建立起来的，而后应用到人体。

大部分应激现象在去掉垂体或肾上腺的动物身上是不发生的。

另一方面，如果投予大量的肾上腺皮质激素时，即或没有激源（stresser）的作用，也能诱发一部分应激。

从这些事实可以认为，应激的各种病理过程是激源的刺激使垂体分泌的促肾上腺皮质激素和生长激素分泌增加，结果使肾上腺皮质激素分泌增加所致。

此时局部的刺激沿向心性神经经路，经过交感神经到达肾上腺髓质，结果急剧地分泌肾上腺素并作用于垂体。

塞里参考了肯德尔（E．C．Kendal）的研究成果，认为肾上腺皮质激素中盐类皮质激素具有促炎作用，而糖类皮质激素则有抗炎作用，在两者保持一定平衡的状态下发生应激。

过量投予糖类皮质激素可使炎症病变治愈，投予盐类皮质激素可增强对细菌及其它入侵者的抵抗性。

实际上使用可的松在治疗眼睛炎症和风湿性炎症上也是有效的。

然而在没有激源的情况下使之发生应激是需要非常大量的肾上腺皮质激素。

此外，对肾上腺皮质激素在组织的物质代谢上的作用即使是无任何怀疑，但将许多病理过程或应激现象均归之于激素的作用尚有异议。

摘要：通过对高原缺氧训练的运动应激、心理应激的多方面分析,揭示高原训练不仅受运动应激的影响而且受心理应激的影响,介绍了急性应激应对模式在高原心理训练中的可行性。

关键词:应激，高原训练，心理反应运动员在体育运动过程中会遇到全方位的应激,尤其在高原缺氧状态下的应激表现会更明显。

一方面,人体在高原缺氧环境下训练,承受高原缺氧和运动负荷的双重刺激,而产生强烈的双重应激反应,从而调动体内的机能潜力,产生一系列有利于提高运动能力的抗缺氧生理反应。

这是人们刻意创造高原训练环境所要达到的目的。

另一方面,高原训练不仅是对人的生理机能的考验,而且也是对人的意志能力的一种严峻考验,它要求运动员要以最大意志力来对抗高原缺氧带来的烦闷、厌恶、头昏、恶心、气力不足、不愿运动等一系列应激反应。

与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应2120141293 王德美摘要(p)ppGpp，即鸟苷五磷酸或鸟苷四磷酸盐，是细菌细胞内的一种小分子信号物质，其合成和分解均由RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白调控。

RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白可感知环境胁迫条件并通过(p)ppGpp 代谢调控诱导细胞发生应激反应，如DNA 复制受阻、rRNA合成抑制及降解、基因的差别表达以及代谢酶的激活或抑制。

关键词环境胁迫信号；互惠调控；应激反应；转录抑制及激活正文一、(p)ppGpp催化活性蛋白1.(p)ppGpp催化活性蛋白的功能在大肠杆菌和其他变形菌纲细菌细胞，RelA和SpoT酶家族严谨调控(p)ppGpp 代谢。

RelA 为核糖体蛋白，催化合成pppGpp或ppGpp合成。

SpoT为胞质蛋白，在有Mn2+存在时，具有(p)ppGpp 水解酶活性和微弱的合成酶活性。

而在一些革兰氏阳性菌以及蓝细菌细胞，染色体上含有Rel/spo同源基因，可编码具有(p)ppGpp 合成酶和水解酶双重功能的Rel/Spo同源蛋白(RSH)。

胞内(p)ppGpp合成酶活性蛋白通过对环境胁迫的感知和催化调控信号分子(p)ppGpp合成的引发细胞应激反应的发生【1】。

2.(p)ppGpp催化活性蛋白对环境胁迫信号的感知2.1 RelA/SpoT酶家族对环境胁迫信号的感知2.1.1感知氨基酸饥饿的机制在大肠杆菌中，当氨基酸缺乏时，非氨酰基化的tRNA 结合于核糖体的A 位点阻滞蛋白质的合成，多肽延伸时核糖体空置反应诱导RelA 合成(p)ppGpp。

2.1.2感知脂肪酸饥饿的机制酰基载体蛋白(ACP)结合于SpoT 的TGS 结构域（可能具有调控与核苷类配体结合的功能），细胞中非酰基化ACP和酰基化ACP的比率可能影响这种结合。

因此，脂肪酸饥饿改变SpoT 两种催化活性的平衡并导致合成酶活性升高，(p)ppGpp积累。

级氧化还原部分上，该次级氧化还原部分是铁硫簇或结合的醌。

但是，如果氧气在将电子传递到下一个载流子之前与还原的黄素发生碰撞，则电子会从FADH 2跳到氧气上而生[1]。

分子氧本身在π反键轨道上有两个自旋排列的未配对电子(图1)。

这种结构使得具有自旋对电子的有机分子不能一次将多个电子转移到氧。

因为氧是一种相对较弱的单价电子受体，这种限制确保了氧不能有效地氧化氨基酸和核酸。

然而，氧的未成对电子很容易与过渡金属和有机自由基的未成对电子相互作用。

相比而言，氧自由基、过氧化氢和羟基自由基的还原电位决定了它们在热力学上是比双氧强得多的单价氧化剂(图2)。

O 2-的阴离子电荷抑制了其作为富电子分子氧化剂的有效性，而H 2O2的活性则因其氧-氧键的稳定性而降低。

但这两个特征都不适用于羟基自由基，·OH 与大多数生物分子的反应几乎是扩散受限的。

图1 分子氧、超氧化物、过氧化氢和单线态氧的分子轨道图图2 活性氧还原电位(1M双氧水为标准态)1.2 氧化应激危害细胞中氧化应激的危害主要存在于三方面：脂类的氧化、DNA 的氧化和蛋白质的损伤。

0 引言地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis )作为一种生物安全性菌株，其发酵产物(纳豆激酶、淀粉酶、聚-γ-谷氨酸、杆菌肽等)常应用于食品类、化妆品类等生物制品的生产中[1]。

B. licheniformis 属于典型的好氧菌，在其发酵过程中会产生大量的活性氧(reactive oxygen species, ROS)，包括超氧阴离子(O 2-)、过氧化氢(H 2O 2)和羟基自由基(·OH)，而ROS 的存在会对细胞造成巨大损伤，使得DNA 断裂、蛋白羰基化、脂质过氧化，最终造成细胞衰老和死亡[1]。

菌体的氧化应激反应受到ROS 诱导和生长时期的影响。

芽胞杆菌中的转录调控因子PerR 和OhrR 均会受到ROS 的攻击而使得结构发生改变，从而调控多种抗氧化剂的合成以抵抗ROS 的氧化伤害[2]。

氧化应激信号通路研究方法细菌《探索氧化应激信号通路的研究方法在细菌中的应用》。

细菌是一类微生物生物体，其在自然界中广泛存在并发挥着重要的生态和生物学功能。

然而，细菌在生存过程中也会受到氧化应激的影响，导致细胞内产生氧化应激信号，进而影响细胞的生理活动和代谢过程。

因此，研究细菌中的氧化应激信号通路及其调控机制对于理解细菌生存和病原性具有重要意义。

在研究氧化应激信号通路的方法中，生物学家们采用了多种技术和手段。

其中，分子生物学技术是研究细菌氧化应激信号通路的重要手段之一。

通过构建基因敲除菌株或过表达菌株，可以研究特定基因在氧化应激反应中的作用。

此外，利用荧光探针和荧光显微镜技术可以直接观察细菌细胞内氧化应激物质的生成和分布情况，从而揭示氧化应激信号通路的动态过程。

另外，生物化学和生物物理学方法也被广泛应用于细菌氧化应激信号通路的研究中。

通过分离和纯化氧化应激相关蛋白，可以进一步揭示氧化应激信号通路的分子机制。

同时，利用质谱技术和核磁共振技术可以对氧化应激物质进行定量分析和结构鉴定，为深入
理解氧化应激信号通路提供重要信息。

除此之外，生物信息学方法也为细菌氧化应激信号通路的研究提供了新的途径。

通过分析基因组学和转录组学数据，可以发现潜在的氧化应激相关基因和信号通路，为研究提供新的思路和方向。

总之，通过多种研究方法的综合应用，我们可以更全面、深入地理解细菌中的氧化应激信号通路及其调控机制。

这不仅有助于揭示细菌生存适应策略和病原性机制，也为未来开发抗菌药物和抗氧化剂提供了重要的理论基础。

抗生素引起细菌体内氧胁迫及其应激响应机制张翎，余志良，裘娟萍*（浙江工业大学生物工程学院，浙江杭州310014）摘要：抗生素可诱导细菌产生活性氧（ROS ）而造成氧化损伤，ROS 的积累可以增强抗生素的杀菌效果。

因此，抗生素作用下细菌死亡机制除抗生素作用特异性靶点而产生的选择性毒力外，还包括ROS 氧化损伤产生的非选择性毒力。

细菌通过自身抗氧化系统（OxyR 、SoxRS 及PerR ）的调控机制促进ROS 清除、修复氧化损伤以响应抗生素引起的ROS 增加。

本文对抗生素作用下胞内ROS 的产生机制和细菌对氧化损伤的响应机制进行综述。

关键词：抗生素；活性氧（ROS ）；应激响应；抗氧化系统中图分类号：Q939.92文献标识码：A文章编号：1001-7119（2017）03-0062-09DOI:10.13774/ki.kjtb.2017.03.012Antibiotics-induced Bacterial Oxidative Stress and Bacterial ResponseZhang Ling ，Yu Zhiliang ，Qiu Juanping *（College of Biological Engineering ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，China ）Abstract ：Antibiotics can induce a cascade of reactive oxygen species (ROS)in bacteria.The perturbations due to induced ROS accumulation affect the lethal activity of diverse antibiotics.It is believed that antibiotics-induced ROS also involves in the antibiotic lethal activity to bacteria with theexception of primary drug-target damage.Bacteria utilize antioxidant system (OxyR 、SoxRS and PerR)to regulate ROS scavenging and oxidative stress repair in response to increase of ROS induced by antibiotics.This paper reviews the mechanisms of ROS generation and bacterial response to oxidative stress in the existence of antibiotics.Keywords ：antibiotics ；ROS ；response ；antioxidant system收稿日期：2016-04-20基金项目：长三角绿色制药协同创新中心协同科研项目。

细菌的氧化应激反应及其基因调控细菌的氧化应激反应及其基因调控一、细菌的氧化应激反应细菌是一类微生物生物体，虽小，却在地球上占有重要地位。

在其生存的过程中，细菌与外部环境的关系十分密切，而氧化应激反应是其中一个重要的生理现象。

氧化应激指的是细胞内外氧化还原平衡受到破坏，导致细胞内或细胞外环境内的氧活性增加，产生的有毒氧化物质超出细胞内抗氧化系统的清除能力而导致的细胞膜、蛋白质、核酸等生物大分子的氧化损伤。

在氧化应激反应中，细菌可能产生的有毒氧化物质包括超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基等。

1.细菌氧化应激反应的生理意义氧化应激反应在细菌的生存中具有重要的生理意义。

氧化应激反应有助于细菌适应外部环境的变化。

在受到外界氧气含量剧烈变化或受到化学品等恶劣环境刺激时，细菌通过氧化应激反应来改变其内在代谢过程，以适应新的环境条件。

氧化应激反应还能够提高细菌对有毒物质的耐受性。

在环境中存在很多有毒物质，如三价砷、重金属等，细菌通过氧化应激反应能够增加对这些有毒物质的耐受性，从而在恶劣环境中生存下来。

2.氧化应激反应与细菌致病性的关系氧化应激反应还与细菌的致病性密切相关。

一些病原性细菌在感染宿主后，会受到宿主的免疫系统攻击，产生氧化应激反应。

这些病原性细菌通过对氧化应激反应的调控，来逃避宿主免疫系统的攻击，增强其在宿主内的存活能力。

另外，一些病原性细菌还利用氧化应激反应促进毒力因子的合成，加重感染宿主的严重程度。

二、细菌氧化应激反应的基因调控机制细菌的氧化应激反应是由一系列基因调控的。

这些基因能够感知环境中氧活性的变化，启动相应的氧化应激反应。

细菌中用以调控氧化应激反应的基因包括抗氧化酶基因、双功能蛋白基因、辅助性蛋白基因等。

1.抗氧化酶基因的表达与氧化应激反应的抵抗抗氧化酶基因是细菌中用于应对氧化应激反应的一类重要基因。

常见的抗氧化酶包括超氧化歧化酶、过氧化氢酶等。

当细菌受到外界氧活性的增加时，这些抗氧化酶的基因会被启动，加速其转录和翻译，使得抗氧化酶的合成得到增加，从而有助于细菌对氧化应激反应的抵抗。