全 文 ：第23卷 第9期
2011年9月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 23, No. 9
Sep., 2011
文章编号：1004-0374(2011)09-0882-09
微生物分解代谢物控制蛋白CcpA的研究进展
吴　艳，顾　阳，任　聪，杨　晟，姜卫红*
(中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所，合成生物学重点实验室，上海 200032)
摘　要：碳分解代谢物阻遏 (carbon catabolite repression, CCR)是指微生物在混合碳源发酵时优先利用速效
碳源 (通常为葡萄糖 )，且该碳源的代谢产物会抑制其他非速效碳源代谢相关的基因表达和蛋白活性，从而
影响非速效碳源利用的现象。在低 GC含量革兰氏阳性菌中，CCR效应的关键调控因子为分解代谢物控制
蛋白 CcpA(catabolite control protein A)。该调控蛋白具有多效性功能，除参与 CCR外，还与中心碳、氮代
谢的调控、生物被膜的形成和毒性基因的表达等多种生理过程相关。综述了近年来有关 CcpA蛋白的功能、
作用机制及分子结构的研究进展。
关键词：CcpA；碳分解代谢物阻遏效应；多效性；晶体结构
中图分类号：Q93-31; Q78 文献标志码：A
Recent research on catabolite control protein A in microorganisms
WU Yan, GU Yang, REN Cong, YANG Sheng, JIANG Wei-Hong*
(Key Laboratory of Synthetic Biology, Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes for Biological
Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200032, China)
Abstract: Carbon catabolite repression (CCR) is defined as the phenomenon that microorganisms preferentially
utilize a rapidly metabolizable carbon source (normally glucose), along with inhibition of some gene expression and
enzyme activities related to catabolism of non-preferred carbon resources. In low-GC Gram-positive bacteria, the
key regulator for exerting CCR is CcpA (catabolite control protein A), which is a pleiotropic regulator involved in
various physiological process in addition to CCR, including central carbon and nitrogen metabolism, biofilm
formation and toxin gene expression. This paper reviewed the recent research advances of function mechanisms and
molecular structure of CcpA.
Key words: catabolite control protein A; carbon catabolite repression; pleiotropism; crystal structure
收稿日期：2011-05-09
基金项目：国家自然科学基金项目(31070075)；国家
重点基础研究发展计划(“973”项目)(2011CBA00806)
*通信作者：E-mail: whjiang@sibs.ac.cn
1　微生物中的CCR效应及CcpA的发现
1942年，Jacques Monod等观察到，大肠杆菌
Escherichia coli在葡萄糖和半乳糖混合碳源环境中
优先利用葡萄糖，当葡萄糖消耗后才开始利用半乳
糖，即出现了二阶段生长的现象。随后的研究表明，
葡萄糖存在时，其分解代谢物会抑制与其他糖代谢
相关的基因表达，这种现象被称之为碳分解代谢物
阻遏 (carbon catabolite repression，CCR)效应 [1]。
E. coli等肠道细菌中介导 CCR效应的关键调
控蛋白为转录激活因子 CRP (cyclic AMP receptor
protein)，又称分解代谢基因激活蛋白 (catabolite
gene-activator protein，CAP)[2]。当培养基中不含葡
萄糖时，葡萄糖转运蛋白的 EIIA结构域 (EIIAGlc)
处于磷酸化状态，能够激活腺苷酸环化酶 (adenylate
cyclase，AC)，催化胞内 cAMP的合成，而 cAMP
在浓度足够高时可与 CRP结合形成复合体，然后
激活非速效碳源分解代谢相关基因的转录；相反，
葡萄糖存在时则会导致 EIIAGlc去磷酸化，从而无
法启动非速效碳源的利用 [3-5]。
吴　艳，等：微生物分解代谢物控制蛋白CcpA的研究进展第9期 883
枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis)等低 GC含量
革兰氏阳性菌的 CCR效应机制与大肠杆菌不相同。
在有氧条件下，B. subtilis中检测不到 cAMP [6]，亦
未找到 CRP类似的蛋白。1991年，Henkin等 [7]发
现了 B. subtilis中编码分解代谢物控制蛋白的基因
ccpA，将该基因中断失活后，能够解除葡萄糖对 α-
淀粉酶合成基因 amyE的抑制作用，从而表明 CcpA
是 B. subtilis 中控制 CCR效应的关键因子。之后
的研究者相继在其他低 GC含量革兰氏阳性菌中发
现了 CcpA的存在，如 Clostridium acetobutylicum [8]、
Staphylococcus xylosus [9]、 Lactobacillus pentosus [10]、
Lactococcus lactis [11]、 Listeria monocytogenes [12]、
Streptococcus thermophilus [13]、 Enterococcus faecalis [14]、
Thermoactinomyces sp. E79 [15]等。这些研究结果表
明，含 PTS系统的低 GC含量革兰氏阳性菌大部分
可能以 CcpA依赖的 CCR效应进行碳源次序代谢
的调控，且这些 CcpA蛋白具有较高的保守性。
2　CcpA的多效性调控作用
2.1　依赖于CcpA的CCR效应机制
在 CcpA调控蛋白被发现之前，Nicholson等 [16]
就观察到，枯草芽孢杆菌 B. subtilis的淀粉酶编码
基因 amyE启动子区存在 cre(catabolite repression
element)位点，该位点突变后可以解除葡萄糖对
amyE的 CCR效应，葡萄糖与淀粉即可被同步利用，
从而证明 cre位点是参与 CcpA依赖的 CCR效应的
重要顺式调控元件。随后的研究表明，除 amyE外，
许多参与碳源代谢的操纵子内均有 cre位点的存
在，如 gntR(参与葡糖酸代谢 )[17-18]、xylA(参与木
糖代谢 )[19]、abnA(参与阿拉伯糖代谢 )[20]等。1995年，
Kim等 [21]通过 EMSA、footprinting实验证明了 CcpA
可以与amyE转录起始位点处的 cre位点amyO结合，
而且这种结合不需要共阻遏物 Hpr的协助；但后续
的相关研究表明，在大多数情况下 CcpA与 cre位
点的结合需要共阻遏蛋白 P-(Ser)-HPr的参与 [22-26]。
HPr(histidine-phosphoryl protein)有组氨酸残基和丝
氨酸残基两个磷酸化位点，该蛋白的组氨酸残基在
磷酸转移酶系统 (phosphotransferase system，PTS)
EI(enzyme I)催化下以磷酸烯醇式丙酮酸 (phos-
phoenolpyruvate，PEP)为底物进行磷酸化，并将磷
传递给负责葡萄糖转运和磷酸化的 PTS系统；HPr
蛋白的丝氨酸残基随后在 Hpr激酶 /磷酸酯酶
HPrK/P(Hpr kinase/ phosphoesterase)[27]的催化下被
磷酸化，形成 P- (Ser)-HPr并与转录调控因子 CcpA
形成复合体，参与 CCR效应 [23,25]。
HPrK/P的活性受胞内 ATP与无机磷酸比例
(ATP/Pi)以及葡萄糖代谢产物 1，6-二磷酸果糖
(FBP)、6-磷酸葡萄糖 (G6P)水平的影响 [27-29]。当
葡萄糖等速效碳源存在时，胞内高水平的 ATP/Pi
与葡萄糖代谢产物激活 HPrK/P的激酶活性，将
HPr的丝氨酸残基磷酸化，然后 P-(Ser)-HPr与
CcpA结合形成复合物，与非速效碳源代谢基因的
cre位点结合，抑制其转录 (图 1) [5,30]。
值得注意的是，B. subtilis中除 HPr外，还存在
一个 HPr的同种异型蛋白 Crh (catabolite repression
HPr-like protein)[31]，两者均参与 CcpA依赖的 CCR
效应过程，但前者在这一过程中起主要作用。Hpr
缺失后，Crh只能部分地完成 Hpr的功能，而 Crh
缺失后，CCR效应的调控不受影响 [31-32]。而以琥珀
酸盐或柠檬酸盐为碳源时，编码Mg2+-柠檬酸盐转
运蛋白的 citM基因特异性地受 Crh抑制 [33]。Crh目
前仅在芽孢杆菌属中被发现 [30,34]。
2.2　依赖于CcpA的CCA效应机制
当速效碳源存在时，除引起 CCR效应外，也
在葡萄糖等速效碳源存在时，胞内ATP及FBP水平的升高激
活HPrK/P的激酶活性，将HPr丝氨酸残基磷酸化。P-(Ser)-
HPr与CcpA形成复合物，与目的基因的cre位点结合，从而
阻遏/激活该基因的转录。FBP与G6P可增强CcpA-P-(Ser)-
HPr与cre位点的结合。
图1 低GC含量革兰氏阳性菌中CcpA依赖的CCR/
CCA效应机制
生命科学 第23卷884
有一些基因可以被激活，这种现象称为碳分解代谢
物激活 (carbon catabolite activation, CCA)。CcpA依
赖的 CCA效应机制与 CCR效应类似，即 CcpA在
共阻遏物 P-(Ser)-HPr或 P-(Ser)-Crh的协助下与目
的基因的特定序列 (如 cre序列 )结合，激活基因
转录 (图 1)。尽管 CcpA对有些基因实施 CCA效应
时也不需要共阻遏物，但不同点在于，CcpA实施
阻遏效应时的 cre序列一般在启动子区内或在读码
框内，如 amyE[16]、bglP[35]、cccA[36]、dctP[37]、glpF[38]、
phoP[39]、acuA[40]等；而 CcpA实施激活效应时，其
cre序列一般位于启动子上游，如 ackA[41- 42]、pta[43]、
ilvB[44]等，也有些受 CcpA激活的基因在其启动子
区未发现 cre序列，如 alsSD[45]。
2.3　CcpA参与的其他调控过程
许多微生物的 ccpA基因缺失突变株除解除了
CCR效应外，亦表现出其他的表型，如生长受到抑
制 [9,11,46-48]、产孢减少 [49]、产溶剂受影响 [8]等，这
表明 CcpA除参与碳源代谢的 CCR/CCA效应外，
还可能具有其他的调控功能。
2.3.1　对糖酵解途径的促进作用
糖酵解是真核细胞及细菌摄入体内的葡萄糖最
初经历的酶促分解过程。已有研究表明，糖酵解途
径的许多关键酶基因均受到 CcpA的调控。
在 B. subtilis 中，编码糖酵解过程关键酶甘油
醛 -3-磷酸脱氢酶的是 gap操纵子，而研究表明，
gap 操纵子的激活依赖于 CcpA的存在 [50]，但 CcpA
并不直接与 gap操纵子结合 [51-52]，而是通过影响
PTS系统及其代谢中间物的方式间接调控 gap操纵
子 [53]。此外，B. subtilis中编码磷酸甘油酸激酶的
pgk操纵子的激活也依赖于 CcpA[50]。
在 L. lactis中，las 操纵子编码参与糖酵解过程
的磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶及 L-乳酸脱氢酶，该
操纵子的转录在 ccpA缺失突变株中降低了 75%[11]。
CcpA 缺失后，丙酮酸激酶及 L-乳酸脱氢酶活性的
降低导致代谢产物中乙醇、乙酸的增加，而野生型
的发酵产物主要为乳酸 [11]。
2.3.2　对碳溢流代谢的调控
在碳源丰富的培养基中，细菌通过糖酵解产生
的丙酮酸并不能全部进入三羧酸循环，而是会生成
乙酸、乳酸、乙偶姻等代谢产物分泌到胞外，这称
为碳溢流代谢 (carbon overflow metabolism)。在 B.
subtilis中的研究发现，即使在高浓度的葡萄糖培养
条件下，ccpA突变株也不会发生碳溢流现象 [50]。
究其原因是：催化丙酮酸生成乙酸的两个关键
酶——磷酸转移酶和乙酸激酶的编码基因 pta与
ackA受到 CcpA的正调控 [43,54]；而丙酮酸经乙酰辅
酶 A生成乙偶姻途径的关键酶乙酰乳酸合酶的编码
基因 alsSD到亦受 CcpA的正调控 [45,54]；此外，与
乙酸、乙偶姻分解代谢相关的 acsA、acuABC也受
到 CcpA的抑制 [54]。研究还发现，L. lactis中的
CcpA也具有促进丙酮酸生成 L-乳酸的功能 [11]。这
些研究结果表明， 在某些细菌中，CcpA参与调控
了丙酮酸转变为乙酸、乙偶姻、L-乳酸等可分泌碳
源的过程，从而降低了进入 TCA循环的碳流量。
2.3.3　对有氧呼吸作用的抑制
呼吸作用是生物体细胞把有机物氧化分解并产
生能量的化学过程。其中三羧酸循环 (tricarboxylic
acid cycle，TCA cycle)是有氧呼吸过程中的关键反
应过程，是需氧生物体内普遍存在的糖、脂肪和蛋
白质在体内彻底氧化的共同代谢途径 [55]。B. subtilis
中，CcpA可以直接或间接地抑制参与 TCA循环的
柠檬酸合酶编码基因 citZ的表达 [56]。与柠檬酸转运
相关的 citM-yflN操纵子也是 CcpA依赖的 CCR效
应的直接靶点之一 [57]，而对该操纵子起正调控作
用的双组份系统 CitS/CitT亦受到 CcpA的直接抑
制 [58-59]。此外，TCA循环中间产物的转运同样受到
CcpA的调控，例如四碳二元酸，如苹果酸、延胡
索酸、琥珀酸的转运系统是由 dctP基因编码，该
基因以及正调控该基因的双组份系统 dctS/dctR均
受到 CcpA的抑制 [37]。
此外，B. subtilis中的 resABCDE操纵子 [60]、编
码细胞色素 c550的 cccA基因
[36]、编码细胞色素 bd
氧化酶的 cydABCD操纵子 [61]等均参与有氧呼吸过
程的电子传递，而这些基因的表达均受到 CcpA的
抑制。
2.3.4　参与氮代谢的调控
微生物能够以柠檬酸循环、糖酵解及戊糖磷酸
途径等代谢中间产物为碳骨架合成部分或全部氨基
酸 [62]。CcpA对谷氨酸的生物合成有促进作用。B.
subtilis氨同化过程中，谷氨酸的生物合成是连接碳
代谢及氮代谢的纽带。参与谷氨酸生物合成的谷氨
酸合成酶由 gltAB操纵子编码，该操纵子的激活需
要糖酵解中间产物的积累，而在 ccpA突变株中因
无足够的糖酵解中间产物积累导致 gltAB操纵子无
法被激活 [63]，因而 CcpA能够间接地对 gltAB操纵
子起到激活作用。CcpA缺失突变株中，gltAB无法
激活被认为是葡萄糖 -铵盐培养时菌体生长受抑制
的关键因素。另外，参与氨基酸降解的谷氨酸脱氢
吴　艳，等：微生物分解代谢物控制蛋白CcpA的研究进展第9期 885
酶的编码基因 rocG亦受到 CcpA的 CCR效应作用。
在 ccpA突变株中 rocG的 CCR效应被解除，导致
谷氨酸的合成量减少，从而表现为突变株在葡萄糖 -
铵盐培养基上的生长受到抑制 [64]。
分支氨基酸 (branched-chain amino acids，BCAAs)，
如异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸等的合成则受到
CcpA依赖的 CCA效应的调控。BCAAs是蛋白质
中含量最高的氨基酸，可以形成蛋白质的疏水核心，
而且这些氨基酸是异构支链脂肪酸和反异构支链脂
肪酸 (芽孢杆菌膜脂脂肪酸的主要种类 )生物合成
的前体。B. subtilis 中负责 BCAAs生物合成的关键
操纵子为 ilv-leu操纵子，该操纵子直接受 CcpA的
激活 [44,65]，其编码产物参与催化由丙酮酸到氨基酸
的生物合成，并且将碳代谢与氨基酸合成偶联起来。
2.3.5　对其他生理过程的影响
CcpA除了广泛地参与碳、氮代谢的调控外，
在某些微生物中还参与一些特殊的生理过程，如产
孢、产溶剂、毒性基因的表达等。
在重要的产溶剂梭菌 C. acetobutylicum ATCC
824中，ccpA中断后，在不调控 pH的情况下，突
变株在发酵培养基中出现酸累积，从而无法正常产
生溶剂 [8]。这表明 CcpA直接或间接地参与了该菌
株产酸产溶剂过程的调控。
在一些致病菌如酿脓链球菌 (Streptococcus
pyogenes)、金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus)、
产气荚膜梭菌 (Clostridium perfringens)中，CcpA
直接激活毒性基因的表达 [49,66-68]。此外，在胚芽乳
杆菌 (Lactobacillus plantarum)中，CcpA参与调控
dnaK(编码热休克蛋白 )、 groESL操纵子 (编码分子
伴侣 )的激活，ccpA突变菌株在热激后的存活率
比野生型菌株明显降低 [69]；在 B. subtilis 及 S.
aureus SA113中，CcpA通过调控 cidA、icaA、citB、
citZ等基因的表达促进生物被膜 (biofilm)的形成 [70-71]；
在 C. perfringens中，CcpA通过抑制 pilT、pilD基
因的转录进而负调控 TFP依赖的滑移运动 [72]，且
该菌的充分产孢和生物被膜的充分形成亦依赖于
CcpA，但具体机制尚不清楚 [49,73]。
3　CcpA结构与功能的研究进展
3.1　CcpA的结构解析
CcpA属于 LacI-GalR转录因子家族 [7]，其 N
末端为 DNA 结合结构域 (DNA binding domain，
DBD)，C末端结构域又称核心结构域 (core domain)，
参与同源二聚化及共阻遏物的结合 [74]。在巨大芽孢
杆菌 B. megaterium中， CcpA的 N末端 DNA结合
结构域由 60个氨基酸残基组成，包含两个 DNA结
合元件：由 3个 α螺旋 (helix1~3)形成的螺旋 -转角 -
螺旋 (helix-turn-helix，HTH)结构，结合 DNA 双
螺旋的大沟；由 helix4形成铰链螺旋 (hinge helix)，
结合 DNA双螺旋小沟。C末端的核心结构域由第
61~332个氨基酸残基组成，可分为 N亚结构域 (N
subdomain)及 C亚结构域 (C subdomain)。N亚结
构域含 4个 α螺旋 (I~III，IX)，包围着 6股平行 β
折叠片 (A~E，J)，参与同共阻遏物的结合。C亚结
构域含 5个 α螺旋（IV~VIII），包围着 5个 β折叠
股 (F~I，K)。两个亚结构域间由 βE-αIV、βI-αIX、
βJ-βK形成 3个连接，使得两个亚基间可以旋转 [74]
( 图 2)。B. megaterium 的 CcpA 与 P-(Ser)-HPr、
CcpA-P-(Ser)-HPr-cre复合体结构。两分子的CcpA形成同源二聚体，与两个分子P-(Ser)-HPr结合形成复合体，进而与cre位点
结合；B，A图所示结构旋转90°。
图2 B.megaterium CcpA-P-(Ser)-HPr-cre复合物的结构[74]
生命科学 第23卷886
P-(Ser)-Crh等共阻遏物及 cre序列结合的复合体结
构已经得到解析 [28, 34, 74]。但由于 CcpA 的 N末端
DBD与 C末端核心结构域之间的连接很不稳定，
因而完整的 CcpA单晶很难获得 [75]。B. megaterium、
B. subtilis、L. lactis中断开的 CcpA C末端结构域
及 N末端 DNA结合结构域的结构也已分别得到解
析 [75-77]。
3.2　CcpA与共调节物结合的变构“开关”机制
一般情况下，CcpA需要结合共调节物 P-(Ser)-
HPr发生变构才能与 cre序列结合。通过比较
CcpA-P-(Ser)-HPr-cre复合体中 CcpA的结构和脱
辅基的 CcpA(apoCcpA)结构，可以发现，结合了
P-(Ser)-HPr后，CcpA的 C亚结构域几乎不受影响，
但 N亚结构域发生了 3~8°的旋转，从而由“关”
的状态变为“开”的状态 [74]( 图 3C)。CcpA 与
P-(Ser)-HPr的相互作用主要是通过 CcpA二聚体中
单体 1 N亚结构域的 α螺旋 I、IX及单体 2 N亚结
构域 α螺旋 I、II来实现的，其中 CcpA的 Tyr295、
Ala299、Val300、Leu304 等氨基酸残基可以与
P-(Ser)-HPr 的 Ile47、Met48、Met51 等氨基酸残
基形成紧密的界面 (图 3)。CcpA与 P-(Ser)-HPr结
合后，后者的 Ser46-P可与 CcpA中 Arg303作用，
使 Arg303旋转并随之造成 Tyr89位置的改变，进
一步导致 Tyr91和 Thr306间氢键的断裂，Tyr91将
Thr61排出，使 N末端 DBD的 HTH结构发生约
180°旋转，改变两个 CcpA单体铰链螺旋的排列，
从而使 CcpA与 cre位点结合 [74-75] CcpA位于 N亚
结构域和 N末端 DBD之间的 Thr61的位置变化是
这种“开关”调控的关键。
芽孢杆菌中 HPr的同种异型蛋白 Crh参与
CcpA变构调节作用的机制与 HPr类似，但 HPr与
CcpA的结合能力比 Crh高 10倍左右 [34]。6-磷酸 -
葡萄糖、1，6-二磷酸 -果糖同 CcpA的结合可以对
其结构进行微调，增强 CcpA-P-(Ser)-HPr与 cre的
结合 [28]。
作为多效调控因子，CcpA可以同很多基因的
cre位点结合，这些 cre位点具有一定的保守性，同
时也有一定的差异。CcpA如何同这些差异的 cre位
点结合，在抑制一些基因表达的同时又能激活一些
基因的表达呢？ Schumacher等 [78]分别以受 CcpA
激活、抑制及随机的 cre位点与 CcpA共结晶，通
过对晶体结构的分析，发现 CcpA-P-(Ser)-HPr复合
体与上述三个 cre位点结合的亲和性是相近的。在
与不同的 cre位点结合时，CcpA的结构，尤其是
A：脱辅基apoCcpA(蓝色)与CcpA- P-(Ser)-HPr-cre复合体中CcpA(红色)的结构的重叠图。参与变构“开关”的氨基酸残基(棍
棒模型显示)：CcpA的Thr61、Tyr89、Tyr91、Thr306、Arg303；HPr的Ser46-P[74]。B：与P-(Ser)-HPr的结合导致CcpA N亚结
构域及Thr61的变化使得两CcpA单体的铰链区并排排列，从而形成可以结合DNA的铰链螺旋(红色)，而apoCcpA两单体的铰
链区远离[74]。C：apoCcpA(蓝色)单体与CcpA- P-(Ser)-HPr-cre复合体中CcpA(红色)单体的重叠图。结合P-(Ser)-HPr后，CcpA
的HTH结构旋转了约180°。
图3 P-(Ser)-HPr的结合导致CcpA结构改变[74-75]
吴　艳，等：微生物分解代谢物控制蛋白CcpA的研究进展第9期 887
DNA结合结构域会发生不同角度的弯曲。在这个
过程中，CcpA DNA结合结构域的 Arg22、Leu55
这两个保守的氨基酸残基识别 cre序列的保守区，
而一些非极性氨基酸，如 I5、A18等，可以加强与
cre序列的结合过程 [78]，从而使 CcpA-P-(Ser)-HPr
复合体与不同 cre位点结合的亲和性相近。 由此，
再根据之前研究人员的工作，我们可以得出结论，
CcpA行使阻遏或激活效应主要是由 cre位点的位
置决定的 [78]，行使阻遏效应时的 cre位点一般在
启动子区内或在读码框内，如 amyE[16]、bglP[35]、
cccA[36]、dctP[37]、glpF[38]、phoP[39]、acuA[40] 等；而
CcpA行使激活效应时，其 cre位点一般位于启动
子上游。
3.3　CcpA功能域的研究
由于 CcpA具有多效性调控功能，将其敲除后
会影响许多生理代谢过程，因此有必要研究其结构
与功能的关系，而对 CcpA进行点突变及随机突变
是了解其功能域和活性位点的重要手段之一。
在 B. megaterium中，CcpA 发生 T4S、7H、N49S
单点突变后，可解除对 xylA基因的抑制，且保持菌
体的正常生长 [79]。这三个氨基酸残基均位于 CcpA
N末端 DBD结构域，Thr4是 HTH结构的第一个
氨基酸，Arg47位于 N末端 DBD与 C末端核心结
构域的连接处，Asn49参与形成铰链 α螺旋与 DNA
小沟结合。这三个位点突变成相似氨基酸后，可
能仅影响 CcpA与部分 cre位点的结合 (如 xylA上
游的 cre位点 )，但不影响与生长相关的基因的激
活 (如分支氨基酸的合成 )，从而将 CcpA的 CCR
效应与影响生长的功能分开。此外，现已确认 B.
megaterium CcpA与 P-(Ser)-HPr或 P-(Ser)-Crh结合
的关键氨基酸残基有 Tyr295、Ala299、Val300、
Leu304等，其中 Y295R突变后，CcpA以不依赖于
P-(Ser)-HP的方式与 cre位点结合，而 A299E突变
后 CcpA无法与 cre 位点结合 [80]。B. subtilis CcpA
的相应氨基酸残基发生 A300W、A302W、L306W、
K308W突变后，不能对 xynP、gntR、ackA及 alsS
产生完全的 CCR/CCA效应 [81]。
此外，对 CcpA中参与 P-(Ser)-HPr变构调节
的氨基酸残基进行突变也会对 CcpA的调控功能造
成较大影响。例如，B. megaterium CcpA 发生 Y89E
的突变及 B.subtilis CcpA中相应位点 Y90W的突变
可导致CcpA与cre位点的结合不依赖于P-(Ser)-HPr，
形成组成型的 CCR/CCA效应；而 B. megaterium
CcpA 参与变构调节的关键氨基酸残基 R303D突变
后会导致 CcpA不能结合至 cre位点 [80]。
上述研究既对 CcpA的关键氨基酸残基的功能
进行了探讨，同时也给我们以启示：是否可以通过
对 CcpA进行分子结构的改造实现其多效调控功能
的分离。
4　研究与应用展望
CcpA介导的 CCR效应存在于多种低 GC含量
革兰氏阳性菌中，其多效性调控功能也得到一定程
度的揭示和研究。鉴于 CcpA能够通过特定功能域
来调控某些重要代谢途径中的基因，如何通过功能
域改造实现其调控功能，由复杂多效变为简单专效
将是今后研究的重点之一。在 B. megaterium中已有
通过对 CcpA进行随机突变以剥离 CCR效应的报
道 [79]。因此，不难想象，今后在其他一些重要的工
业微生物中，我们亦可通过类似的手段改造 CcpA
的功能，通过屏蔽或强化 CcpA的某些功能域实现
其调控的精细操作，从而获得理想的工业菌株。
[参　考　文　献]
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