Na_2MoO_4-KBH_4系统模拟固氮酶催化反应的研究

本文报导了以Na_2MoO_4-KBH_4系统模拟固氮酶催化反应的研究工作。钼酸钠是一种最简单的钼的无机化合物。在硼氢化钾存在的情况下,钼酸钠就能催化乙炔还原为乙烯的反应。以反应初速度计,其比活达4.1mole C_2H_4/分·mole Mo,约为固氮酶活性的1%。米氏常数为0.77大气压、2.78×10~(-2)M。表观活化能为6.5千卡/克分子。处于活性状态的钼不是单核的,而可能是双核的。虽然乙炔还原的产物除乙烯外还有乙烷生成,但乙烯不能作为反应底物被还原。乙炔还原为乙烯和乙炔还原为乙烷的反应二者不相关。它们是由不同的活性钼络合物所催化。以20种不同的可作为钼的配位体的有机化合物对Na_2MoO_4-KBH_4系统乙炔还原催化反应的影响在相同条件下进行比较,可以看到一些有趣的规律。α、α′-二巯基己二酸-Na_2MoO_4-KBH_4系统的催化活性最高。二巯基乙烷-Na_2MoO_4-KBH_4系统只表现催化乙炔还原为乙烯的活性,反应产物中只有乙烯而没有乙烷或其他产物生成。象固氮酶一样,Na_MoO_4-KBH_4系统还具有催化乙腈还原的活性。在相同条件下用钨代替钼,无论Na_2WO_4-KBH_4系统还是半胱氨酸-Na_2MoO_4-KBH_4系统部不表现催化乙炔还原为乙烯的活性。解释了含钨的固氮酶无反应潘性的原因。同时还解释了在含钨的同氮酶及其他含钨的“钼”酶中钨不能与相应的蛋白有效地结合这一现象。本文还就Na_2MoO_4-KBH_4同氮酶模型系统的作用,反应规律,以及配位体和不同配位基团的作用等进行了讨论,并对当前通过模型系统来研究固氮酶的结构与功能的工作中的一些问题提出了作者的看法。     

ATP,Fe-S原子簇在固氮酶催化反应中的作用——模型研究

由无机钼盐与某些巯基化合物或巯基蛋白组成的固氮酶模型系统,以NaBH_4作还原剂,催化还原固氮酶的底物乙炔为乙烯。催化活性受ATP显著的促进。ATP的作用不能完全用质子酸来解释,因为催化活性的促进受ATP浓度、不同种类缓冲液和不同离子强度的影响。 在所有Mo-SH催化剂中,Mo-Fd催化活性最高。并且,在PH≌9.0左右的条件下,与固氮酶相仿,也能利用Na_2S_2O_4为还原剂,催化还原乙炔。当除去天然Fd的Fe-S辅基以后,剩下的蛋白部分再与无机钼盐配位络合,催化活性下降,而且不再能利用Na_2S_2O_4为还原剂。因此,Fd的特殊作用与它分子中含Fe-S原子簇相关。     

固氮酶催化还原C_2H_2和N_2的探讨

自从Dilworth等发现固氮酶对C_2H_2的还原活性以来,用乙炔还原法研究生物固氮作用的文献大大超过~(15)N示踪的方法,这可能是前一方法更灵敏简便.近年来化学模拟生物固氮研究也把催化乙炔还原为乙烯的反应作为固氮酶活性中心模拟物络合活化底物的一种判据,依其还原活性的大小推测模型物与固氮酶活性中心的相似程度,用以指导模型物的合成.然而,固氮酶对乙炔的还原活性是否完全     

ATP功能及固氮酶催化机理

一、引言固氮酶能够催化N_2及其它底物(N~-_3、N_2O,C_2H_2,HCN,RCN,RNC,H~ ,丙二烯、环丙烯)的还原反应,ATP水解反应以及Na_2S_2O_4氧化反应。固氮酶究竟是钼铁蛋白,还是由钼铁蛋白     

Mo-Fe-S模型化合物模拟甲基紫精-硝酸还原酶促反应的研究

对黄嘌呤氧化酶中甲基紫精-硝酸(MVH-NO_3~-)还原酶促反应所必须的活性组分研究表明:具有 MVH-NO_3~-还原活性的含钼因子与固氮酶铁铝辅因子(FeMo-Co)相类似,除 Mo 外还有 Fe 和 S 的参加。卢嘉锡蔡启瑞根据固氮酶钼活性位置的结构和功能,分别提出了具有独特见解的“福州模型”和“厦门模型”。它们都是含有 Mo、Fe、S 的原子簇化合物。根据该模型合成出的模型化合物与棕色固氮菌缺钼铁辅基的突变种 UW45的粗提物互补,显示了它们的乙炔还原乙烯和固氮的活性。本文报道用这些模型化合     

重组溶液对缺失金属原子簇的钼铁蛋白激活作用机理(简报)

金属原子簇受损伤或缺失的固氮酶钼铁(MoFe)蛋白与由Na_2MoO_4、柠檬酸铁、Na_2S和二硫苏糖醇(DTT)组成的重组溶液保温后,活性和结构都得到显著恢复。现就其重组机理进行研究。     

用酒石酸解离棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白获得的含钼铁组分

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白结晶,经处理先后出现一个与福林试剂呈颜色反应的洗脱峰Ⅰ和一个与茚三酮试剂呈颜色反应的洗脱峰Ⅱ。洗脱峰Ⅰ、Ⅱ均含有钼和铁。钼和铁的洗脱峰位基本上与蛋白或肽的洗脱峰位相符合。 两个洗脱峰中的成分都能激活棕色固氮菌突变株UW45无细胞抽出物的非活性组分Ⅰ,比活分别为17.8和6.8毫微克分子乙烯/分/毫微克原子钼,并能在硼氢化钾存在下自身催化还原乙炔,比活分别为16.9和50.9毫微克分子乙烯/分/毫微克原子钼。 峰Ⅰ与峰Ⅱ的组成不同,峰Ⅰ是一种组分,峰Ⅱ是两种组分的混合物。峰Ⅰ组分是不同于固氮酶钼铢蛋白的一种蛋白质。洗脱峰Ⅰ组分的分子量是5000道尔顿,洗脱峰Ⅱ两种组分的分子量分别是2100和1850道尔顿。经测定,峰Ⅰ组分和峰Ⅱ中分子量为2100道尔顿的组分含有钼、铁。因此,通过酒石酸处理可以从上清液中得到两种含钼铁的组分。这两种组分的红外吸收光谱也是明显不同的。 酒石酸处理后的沉淀再用N-甲基甲酰胺抽提获得的组分,具有恢复棕色固氮菌突变株UW45乙炔还原活性的能力。经纸层析鉴定,与Shah法制备的铁钼辅因子相类似。     

固氮作用色谱定量方法的改进

以乙炔还原为乙烯的反应计量固氮作用已是普遍采用的方法,其优点是可以用气相色谱法快速测定。色谱定量主要有峰高法及峰面积法,峰高法比较简便,但误差比较大,所以一般均采用峰面积法,但测量手续繁琐。根据峰面积法的色谱专用计算机已比较成熟,而价格尚比较贵,国内还有大量色谱仪未配计算机。我们在进行化学模拟生物固氮的研究中,以乙炔为底物,模型物催化还原乙炔为乙烯外还有副产物乙烷,为了快速测定体系中的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等四组分的     

固氮酶催化乙炔还原的色谱测定

一般认为(15)~N_2同位素示踪技术是研究固氮作用最可靠的方法。Dilworth 1965年发现乙炔也是固氮微生物的一种底物,报道了巴氏梭菌粗提液能还原乙炔为乙烯。Hardy和Knight最先用氢火焰离子化气相色谱法测定了还原反应的产物。此后,这一方法便成了研究固氮活性的有效方法。由于气相色谱法较之(15)~N_2同位素示踪法具有简单、迅速,灵敏等优点,并能适应江河、湖泊、土壤测定的需要,得到了广泛的应用。 (一) 在固氮研究中,无论是土壤肥力调查,固氮资源开发以及对于固氮酶分子水平的结构与功能,底物反应动力学等的研究,都是一项工作量     

柱孢鱼腥藻的铁蛋白与棕色固氮菌的钼铁蛋白的交叉互补作用

纯化的柱孢鱼腥藻铁蛋白能够与棕色固氮菌的钼铁蛋白有效地交叉反应,展现较高的活性。此异源交叉反应的乙炔还原比活及放氢比活,分别是蓝藻同源互补比活的83.8及66.7％。比较藻铁蛋白与菌钼铁蛋白异源交叉反应及藻固氮酶组分之间的同源反应的动力学特点时发现,铁蛋白对钼铁蛋白的最佳克分子比数前者(异源交叉反应)较后者(藻同源反应)为高,前者为5,后者为1;但反应的时间进程两者差别不大。     

柱孢鱼腥藻的铁蛋白与棕色固氮菌的钼铁蛋白的交叉互补作用

纯化的柱孢鱼腥藻铁蛋白能够与棕色固氮菌的钼铁蛋白有效地交叉反应,展现较高的活性。此异源交叉反应的乙炔还原比活及放氢比活,分别是蓝藻同源互补比活的83.8及66．7％。比较藻铁蛋白与菌钼铁蛋白异源交叉反应及藻固氮酶组分之间的同源反应的动力学特点时发现,铁蛋白对钼铁蛋白的最佳克分子比数前者(异源交叉反应)较后者(藻同源反应)为高,前者为5,后者为1;但反应的时间进程两者差别不大。     

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley HB686)的固氮和放氢作用

固氮鱼腥藻(水生686)整体水平在光照下同时有释氢和放氧的现象。氢的释放量与乙炔还原活性有平行的关系。在暗期,释氢量极少。 固氮鱼腥藻在光照下具有较强的吸氢作用,这是由于氢酶有吸氢的特性。我们看到H_2和O_2的浓度对氢酶的活性有一定的影响。氢酶催化分子氢和分子氧的反应的Km值分别为1.6mM和0.5mM。 分子氢能明显地支持乙炔还原作用,当以空气为气相的反应体系中含有10％分子氢时,大大地提高乙炔还原的活性。 铵离子不仅抑制乙炔还原,而且对释氢作用也有明显的抑制。随着铵离子浓度的增加抑制作用愈为显著。当铵离子浓度达到10mM时,乙炔还原和释氢都几乎全被抑制。说明放氢与固氮酶的活性有密切的联系。 DCMU(2×10~(-5)M)对乙炔还原活性和释氢的抑制约20％,DNP(5×10~(-4)M)表现出更强烈的抑制。     

土壤杆菌固氮生理特性研究

对根癌土壤杆菌C58/pGV3850菌株的固氮生理特性研究结果表明,该菌具有自生固氮活性,其固氮活性的最适pH为8.0,温度为30℃.固氮活性在对数生长后期(14h)最高,延缓期和静止期乙炔还原活性较低.该菌株好氧,通过氧呼吸和吸氢酶的作用达到避氧固氮.当通入氧气超过呼吸耗氧时,对固氮活性产生抑制作用.在培养过程中增加NH_4~+浓度,固氮活性会降低,当达到15mmol/L时完全丧失固氮活性,表现NH_4~+阻遏固氮酶蛋白合成.在乙炔还原测定系统中加入NH_4~+并不影响乙炔还原反应,说明没有NH_4~+关闭现象.培养过程中加入MSX(2.5mg/ml)能解除10mmol/L NH_4~+对固氮酶合成的阻遏作用.固定的游离氮不能以NH_4~+形式分泌于胞外.固氮过程中放出大量氢气,培养16小时产氢量达65μmol H_2/mg蛋白.在限碳条件下(0.2%蔗糖)其吸氢酶活力可达520nmol H_2·ml~(-1)·h~(-1).     

钨酸盐去阻遏的棕色固氮菌提取液中无机钼酸对固氮酶的活化

钨酸盐中培养并去阻遏的棕色固氮菌(W-Av)只有极微弱的固氮酶活性(0.3～0.5 nmole C_2H_4/分/毫克W-Av蛋白)。当以部分纯化的钼铁蛋白补入W-Av的提取液中,后者的固氮酶活性能够上百倍地提高。当有适量保险粉及ATP和ATP发生系统存在时,W-Av提取液与钼酸钠在30℃下保温,固氮酶得到活化。在本实验的最适条件下,固氮酶的活性可达5～8nmole C_2H_4/分/毫克W-Av蛋白或25～40n mole C_2H_4/分/n mole Mo。就固氮酶的活化来说,W-Av提取液是比较稳定的,在-15℃下冻存可维持二十天以上,60℃加热5分钟,总活性约降低一半。W-Av提取液与钼酸钠保温后在-15℃下保存四天,已活化的固氮酶活性也只比对照略为降低。钨酸盐抑制固氮酶的活化,但不抑制已活化的固氮酶活性。     

自生固氮菌第二固氮酶的研究——Ⅰ.菌种的分离和鉴定

从四川攀枝花钒铁矿周围的土壤中分离出一株具有较高乙炔还原活性的固氮菌,经鉴定为棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii),在Asby's培养基上生长时产生黄绿色荧光、还原乙炔。当培养基中加入1μM NaVO_3时,生长旺盛,产生深绿色荧光,具有乙炔还原活性。实验表明,该菌株含有第二固氮酶。     

铁氰化钾氧化固氮酶钼铁蛋白与铁、钼、硫化合物重组的研究

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白经铁氰化钾氧化后变为“漂白蛋白”,其活性损失约75％,同时释放出80％的钼和50％左右的铁。与铁、钼、硫重组溶液重组,金属组成和乙炔还原活性均得到明显恢复。穆斯鲍尔(M／issbauer)谱表明,重组溶液中的Fe、Mo、S已形成FeMc6原于簇的类似物,“重组蛋白”的M6ssbauer谱和天然MoFe蛋白相似。     

铁钼辅因子激活氧钝化钼铁蛋白的初步研究

棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶钼铁蛋白氧钝化后,未断裂出任何含钼、铁原子的断片。用有机溶剂从钼铁蛋白中提取得到的铁钼辅因子(FeMoCo)可以激活被氧钝化了的钼铁蛋白,使其还原乙炔能力得到部分或完全恢复。这种激活作用的效率随着钼铁蛋白氧钝化程度的加深而降低。初步结果表明,氧钝化的钼铁蛋白中最先受到损伤的可能是 FeMoCo。如果氧钝化程度进一步加剧,其它部分也可能受到损伤。     

玉米根际联合固氮菌57—7菌株基本特性的研究

从四川省灌县地区的玉米根际分离到一株发酵型细菌．编号57-7。经鉴定为日勾维肠杆菌Enterobacter gergovia,其最适生长温度为30C,最适生长pH为8．0。用15N及乙炔还原测定,证实有固氮酶活性。乙炔还原活性最高达8354nmol C2H4·mg蛋白1.h-1。研究了O2、NH+4、NaCl对固氮酶合成、固氯酶活性及菌株生长的影响。     

用比色法测定固氮酶活性方法的研究

根据乙炔能被固氮酶还原成乙烯的原理,用气相色谱测定固氮酶活性已被广泛采用。1973年,La Rue T.A.等曾发表了应用比色测定乙烯法测定固氮酶活性的方法。该方法根据还原的乙烯进一步氧化成甲醛,当加入乙酰丙酮和铵盐溶液时,基于Hantzsch反应形成了3,5-二乙酰-1,4-二氢二甲基吡啶(DDL),渐渐     

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白中含钼铁活性小分子组分的解离

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白结晶,经酒石酸解离后得到一个含钢铁小分子组分,与棕色固氮菌突变株uw_(45)无细胞提取液的重组比活为6.8nM Mo natom~(-1) min~(-1)。它是由二种物质组成的混合物,其分子量分别为2100和1850道尔顿,分子量为2100道尔顿的成分含钼铁。酒石酸处理后的沉淀,再用N—甲基甲酰胺抽提得到的含钼铁组分具有恢复突变株uw_(45)乙炔还原活性的能力。经纸层析鉴定与用Shah法制备的铁钼辅因子相类似。由于Shah和Smith法制备的两种铁钼辅因子还原乙炔和氰化钾的比活不同,而且分子量也有大小,说明这两种铁钼辅因子结构可能不尽相同。