On the control mechanisms of the nitrite level in Escherichia coli cells: the mathematical model

Khlebodarova, T. M.; Ree, N.A.; Лихошвай, В. А.

doi:10.1186/s12866-015-0619-x

Cited by 25 publications

(24 citation statements)

References 36 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Для анализа предложенных выше механизмов формирования мембранного потенциала и его участия в регуляции активности респираторной NrfA редуктазы мы, модифицировали разработанную ранее базовую модель, описывающую молекулярно-генетические механизмы утилизации нитрита клетками E. coli в глюкозолимитирующих условиях проточного хемостата [12], дополнив ее подсистемами, описывающими молекулярно-генетические и метаболические процессы формирования протонного градиента в условиях дыхания на нитрите согласно тем сценариям, которые реконструированы выше (см. рис.…”

Section: математическая модель дыхания на нитритеunclassified

“…Базовая модель подробно характеризуется в работе [12]. Поэтому здесь дадим только ее краткое неформальное описание.…”

Section: математическая модель дыхания на нитритеunclassified

“…Базовая модель представлена подсистемами, которые описывают процессы переработки внеклеточного нитрита периплазматической NrfA редуктазой, транспорта нитрита в клетку NirC транспортером и его переработки внутри клетки цитоплазматической NirB редуктазой. В системе учитывается синтез, и деградация субъединиц, процессы секреции и сборки субъединиц в NrfA редуктазный комплекс в периплазме и сборка NirB редуктазы в цитоплазме [12]. В этой модели процессы секреции субъединиц NrfA редуктазы из цитоплазмы в периплазму в зависимости от величины условного мембранного потенциала моделировались с помощью функций Хилла [32].…”

Section: математическая модель дыхания на нитритеunclassified

“…При этом величина мембранного потенциала, вычисленная по результатам расчета модели утилизации нитрита, соответствует экспериментальным данным [49]. Параметры базовой модели, описывающей молекулярно-генетические процессы утилизации нитрита в условиях стационарного роста культуры клеток E. coli в проточном хемостате, в основном, соответствуют таковым в работе [12] и представлены в таблице 4 Приложения 3.…”

Section: рис 5 (а) (б) -зависимость активности оперонов Fdhf (а сunclassified

“…Поскольку Fdh-H дегидрогеназа входит в состав двух форматгидрогенлиазных комплексов -FHL-1 и FHL-2 [13,14], в настоящей работе предложено два альтернативных сценария с ее участием. Модель утилизации нитрита [12], дополненная этими гипотетическими молекулярно-генетическими механизмами формирования протонного градиента, в обоих случаях воспроизводит экспериментально наблюдаемую динамику утилизации нитрита клетками E. coli в проточном хемостате в области малых значениях концентраций добавленного нитрита (< 2 мM), [15], т.е., ликвидирует противоречие между физиологическими и генетическими данными [10], что позволяет считать мембранный потенциал механизмом регуляции активности периплазматической NrfА редуктазы у E. coli.…”

unclassified

See 4 more Smart Citations

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

Ree¹,

Лихошвай²,

Khlebodarova³

2018

Math.Biol.Bioinf.

View full text Add to dashboard Cite

Аннотация. В условиях анаэробного дыхания на нитрите (NO 2 ) главной составляющей дыхательной цепи в клетках Escherichia coli является периплазматическая нитритредуктаза NrfA, которая обеспечивает формирование цепи передачи электронов на мембране клетки, необходимой для синтеза АТФ, и утилизацию нитрита при концентрациях субстрата не более 2 мM. Ранее авторами была выдвинута гипотеза, что активность NrfA редуктазы при низких концентрациях NO 2 в среде определяется не только механизмами регуляции экспрессии генов, кодирующих ее структуру, но и действием мембранного потенциала на процессы формирования активной формы фермента в периплазме. Для обоснования этой гипотезы была разработана модель утилизации NO 2 клетками E. coli в хемостате, сопряженная с процессами формирования электрического потенциала на мембране клетки. В отсутствие экспериментальных данных о структуре цепи передачи электронов в условиях дыхания на нитрите, были рассмотрены два гипотетических сценария формирования мембранного потенциала при культивировании клеток в хемостате с участием форматгидрогенлиазных комплексов FHL-1 и FHL-2, компонентами которых являются форматдегидрогеназа Fdh-H и гидрогеназы Hyd-3 и Hyd-4, и разработаны соответствующие модели. Показано, что включение в модель утилизации нитрита клетками E. coli конкретных молекулярно-генетических и метаболических процессов, ведущих к формированию мембранного потенциала, позволяет корректно описать экспериментальные данные по кинетике его утилизации в хемостате. Показано также, что результат моделирования не зависит от сценария формирования мембранного потенциала. В целом, полученные данные подтверждают важную роль мембранного потенциала в регуляции активности периплазматической Nrf редуктазы при микромолярных концентрациях нитрита в среде. Не исключено, что этот механизм может быть важен и для других белков, активность которых зависит от их локализации в периплазме.Ключевые слова: анаэробное дыхание, нитрит, мембранный потенциал, периплазматическая NrfA нитритредуктаза, моделирование.

show abstract

Section: математическая модель дыхания на нитритеunclassified

Section: рис 5 (а) (б) -зависимость активности оперонов Fdhf (а сunclassified

unclassified

See 3 more Smart Citations

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

Ree¹,

Лихошвай²,

Khlebodarova³

2018

Math.Biol.Bioinf.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

Physiological Roles of Nitrite and Nitric Oxide in Bacteria: Similar Consequences from Distinct Cell Targets, Protection, and Sensing Systems

Guo

Gao

2021

Advanced Biology

View full text Add to dashboard Cite

sodium nitrite) is currently in a phase 2b clinical trial as a drug for pulmonary hypertension treatment on the basis of the finding that it could be safely applied to reach millimolar concentrations in the airway surface liquid. [6] In the broad nitrogen biogeochemical cycle, nitrite serves as the central molecule linking nitrate (NO 3 − ) to dinitrogen gas (N 2 ) or ammonia (NH 3 ). [7] As a nitrogen oxo-anion, nitrite per se is crucial to life on earth because it participates in diverse key biological processes, especially in bacteria because they are renowned for their ability to carry out biological transformation of nitrite (Maia and Moura, 2014). Nitrite can be oxidized to nitrate or reduced to various nitrogen species such as nitric oxide (NO), nitrous oxide (N 2 O), N 2 , and NH 3 . [8] Although nitrite transformation is regarded as an effective means for detoxification, it brings out new threats. [7] Apart from an intermediate in the nitrogen cycle, NO, whose physiological concentrations are suggested to be up to ≈5 nM in cells, is a well-recognized bacteriostatic agent the same as nitrite. [9] It should be noted that concentrations of NO generated from nitrite reduction vary drastically in different bacteria, for example, less than 20 nM and up to 38 µM in cultures of two denitrifiers Paracoccus denitrificans and Agrobacterium tumefaciens, respectively. [10] In bacteria, a variety of enzymes are implicated in generation of NO from nitrite, and consistently, multiple enzymes contribute to transformation of NO to other nitrogen species for detoxification. [7,11] It is worth noting that in contrast to nitrite, whose transformation is exclusively conducted by enzymes involved in the nitrogen biogeochemical cycle, NO can be generated and scavenged by proteins outside the cycle, bacterial NO synthases (bNOSs) and flavohemoglobin Hmp, respectively. [12] Both nitrite and NO are bacteriostatic agents due to their ability to inhibit protein activity. In vitro studies show that nitrite and NO display similar, albeit not identical, biochemical properties, and therefore proteins susceptible to them are similar, mainly those containing redox-active centers such as heme, iron-sulfur clusters, mono-/di-nuclear iron, thiol, and so on. [13] Consistently, most of cellular targets identified in vivo are metabolic and respiratory enzymes depending on their redox-active centers for catalysis and/or oxi-reduction. [11] Despite this, cellular targets of nitrite and NO in any given bacterial species are Nitrite and nitric oxide (NO) are two active nitrogen oxides that display similar biochemical properties, especially when interacting with redox-sensitive proteins (i.e., hemoproteins), an observation serving as the foundation of the notion that the antibacterial effect of nitrite is largely attributed to NO formation. However, a growing body of evidence suggests that they are largely treated as distinct molecules by bacterial cells. Although both nitrite and NO are formed and decomposed by enzymes participating in the trans...

show abstract

Mechanism of nitrite transporter NirC in motility, biofilm formation, and adhesion of avian pathogenic Escherichia coli

et al. 2021

View full text Add to dashboard Cite

On the control mechanisms of the nitrite level in Escherichia coli cells: the mathematical model

Cited by 25 publications

References 36 publications

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

Physiological Roles of Nitrite and Nitric Oxide in Bacteria: Similar Consequences from Distinct Cell Targets, Protection, and Sensing Systems

Mechanism of nitrite transporter NirC in motility, biofilm formation, and adhesion of avian pathogenic Escherichia coli

Contact Info

Product

Resources

About