DX-幽门螺杆菌的代谢

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幽门螺杆菌的代谢分为糖代谢、氨基酸代谢、脂肪酸和磷脂的代谢。它的其它生物成分的摄取、合成以及酸碱平衡的调节涉及核苷酸的生物合成,氮源,铁的摄取,酸碱平衡的调节。呼吸链表现为有氧呼吸和无氧呼吸均存在。
详述

(一)糖代谢 

1.实验研究和基因序列分析研究资料显示:Hp既可以进行糖的有氧氧化,又可以进行无氧酵解。然而,葡萄糖是碳水化合物的唯一来源,同时也是底物水平磷酸化的主要来源。 糖在细胞内的重要性是由透性酶介导的,Hp DNA既不编码磷酸转移酶又不编码葡萄糖激酶,因此,Hp只能代谢有限的碳水化合物和适应于特别的感染位置。有三条代谢途径同Hp的葡萄糖代谢有关:磷酸戊糖途径,糖酵解途径和简单的Entner-Doudorff途径[48,49,50]。后者产能较糖酵解少,但可以代谢葡萄糖醛酸。同该代谢途径有关酶的编码基因已经在Hp DNA上确认。 

2.丙酮酸代谢和三羧酸循环 丙酮酸是糖分解的终产物,同时也是Entner-Doudorff途径的终产物。在有氧和无氧条件丙酮酸的去向已被阐明[48,51]。有关研究和对Hp DNA序列的分析资料均对Hp的微需氧特性提供了证明。 三羧酸循环有关酶和糖酵解途径有关酶的基因已被证明存在于Hp DNA上。一个有趣的发现是氧化还原酶的受体2-oxoglutarate,在三羧酸循环中充当催化剂。而且,一些研究显示在三羧酸循环中存在一还原反应[52]。有意思的是,在这些还原反应中,延胡索酸在无氧呼吸中发挥了电子受体的作用。 

(二)氨基酸代谢 

Hp培养基的发展及其生长所需氨基酸的确认有助于了解Hp的氨基酸代谢情况[53],.MENDZ 和Hazell研究显示以氨基酸为基础培养基情况下,其中碳水化合物可以被移去。分析Hp基因序列,确认了编码同氨基酸代谢有关的酶的基因。对于必需氨基酸来说,基因水平的分析显示其生物合成途径是不完全的。相反,非必需氨基酸的合成则是通过传统的途径合成的。 

(三)脂肪酸和磷脂的代谢 

脂质的分解为Hp提供了另外的碳原和能量,而且,磷脂也是磷酸盐的重要来源。Hp似乎还有编码同β-氧化有关的酶[45],一些研究还显示Hp具有磷脂酶活性,如磷脂酶A1、A2或C[54,55,56]。关于脂肪酸和磷脂的合成,几乎尚无实验研究。然而,据Hp DNA 序列分析,至少有十四个同脂肪合成有关的酶的基因被确认[45]。来源于大肠杆菌的cfa基因在Hp DNA上的发现,提示象其他细菌一样,环丙烷脂肪酸也存在于Hp 基因组。关于磷脂的合成途径,相关基因也已在Hp 基因序列中发现[45]。而且,GE 和Taylor (1997)还确认了磷脂酰丝氨酸合成酶及其相应的基因(pssA)。 

(四)其它生物成分的摄取、合成以及酸碱平衡的调节 

1.核苷酸的生物合成 

单磷酸核苷以及脱氧单磷酸核苷可以通过从头合成途径合成,也可以通过补救合成途径合成。试验研究[57,58]和Hp DNA分子研究资料分析的结果[45]显示:Hp可以从头合成很多嘧啶核苷酸,同时也可以进行有限的补救合成。另外,嘌呤核苷酸则补救合成多于从头合成。 

2.氮源 

分析Hp的基因序列显示,他可能能够利用几种底物作为其氮源,包括尿素、氨和三种氨基酸(精氨酸、丝氨酸和谷氨酸)。氨可以通过尿素酶对尿素的分解产生[59],它使得氮源以铵离子的形式存在。Hp似乎也可以编码脂肪酰胺酶[60,61],该酶催化酰胺分解,通过产氨为细菌代谢提供氮源。 

3.铁的摄取 

正如其他细菌一样,Hp也需要一个铁离子摄入系统为细菌的代谢过程提供铁,铁对于生物体系统来说是一个非常重要的元素。有意义的是,当分析Hp的基因序列时,发现铁摄取机制是如此复杂以及铁摄取系统是如此繁冗。同时,基因序列分析结果提示Hp存在着一个同大肠杆菌含铁血黄素介导的枸橼酸铁(fec)摄取相似的铁摄入系统。 已经证实Hp DNA上具有编码摄取含铁血黄素的、胞浆结合蛋白依赖的转运系统成分的基因。由于Hp存在类似于大肠杆菌内的fec系统,所以细菌具有吸收铁离子的能力。在大肠杆菌,该系统在无氧条件下对于离子的供应发挥非常重要的作用[62]。Frazier et al(1993) 和随后的Evans et al(1995)确定了一无血红素的胞浆铁蛋白,可能同残余铁的储存有关[63]。 关于铁摄取的调节,在脑膜炎球菌中存在的frpB基因也被发现存在于Hp基因组中,编码蛋白同大肠杆菌中的几种TonB蛋白依赖的外膜受体是相同的[64]。TonB蛋白是细菌摄取含铁血黄素的必要成分。而且,Hp似乎也编码重要的铁摄取调节因子Fur( ferric uptake regular)蛋白。在同铁离子摄取有关的2个fecA基因、3个frpB 基因和fur 基因的上游可以见到和Fur结合结构域一致的结构[45]。 

4.酸碱平衡的调节 

由于特殊的生长环境,Hp必须进行一些适应性的改变才能定居在酸性的环境中。在体外,Hp一般不可以存在于pH=3以下的环境条件,如果加入类似于胃腔环境的尿素浓度,Hp将得到保护[65]。因此,Hp产生的尿素酶使得它可以生存于酸性环境中。然而,Meyer-Roberg et al (1996)的研究结果显示,尿素酶可以降低Hp在碱性条件下的存活率[66]。 维持Hp在酸性胃腔内定植、生存的其他机制也是存在的。和其他细菌一样,Hp可以维持质子的转运,通过调节胞浆膜两侧的电势差以抵消pH梯度的变化[67],从而产生一个膜内的正电势。原因可能是提高了阳离子的浓度而非泵出了阴离子,Hp缺乏编码阴离子转运至胞外相关蛋白的基因也说明了这一点。三种质子转运的P型ATP酶已经在Hp中被证实:ATP酶-439、ATP酶-948和ATP酶-115[68,69]。 已经证实在Hp存在H+偶连的离子转运系统,该系统同来自于Enterococcus hirae的NapA蛋白以及来自E.coli的NhaA蛋白相关,上述蛋白是Na+/H+转运蛋白的抑制物,并且控制细胞的离子内流和外流。 宿主环境内的pH变化可以被认为是一种生化信号,从而引起相应的基因表达或抑制。在这方面,可以从MCGOWAN 等人(1996,1997)报告中得到证实,他们的研究发现Hp胞外pH值的改变可以导致其蛋白内容的变化[70]。 

(五)呼吸链 

在Hp,有证据显示有氧呼吸和无氧呼吸均存在。质子转运通过NDH-I脱氢酶和各种细胞色素。NDH-I复合物可以催化醌的分解(通过NADH)[71] 。一些研究报告认为原始的cbb3型细胞色素氧化酶是Hp有氧呼吸的终末氧化酶[72,73]。除了NDH-I复合体,四种其他的电子传递脱氢酶也已被证实[45]:一个还原酶复合体(HydABC)、一个D-乳酸脱氢酶和两个sn-甘油-3-磷酸脱氢酶(需氧或厌氧形式)。 在有氧呼吸中,氧是电子传递的最终受体。Hend2和Hazell(1993)已经证实Hp存在延胡索酸还原酶,提示Hp可以同其他厌氧菌或兼性厌氧菌一样通过无氧呼吸得到 ATP。所以,在无氧呼吸中,延胡索酸可以作为电子受体。 Marcell et al(1996) 提出,由于大多数呼吸醌是6-甲基醌,这就意味着无氧呼吸较有氧呼吸更常见[74]。

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幽门螺杆菌
编撰
王洪涛 张振华