固氮酶

指固氮生物中对固定空气中分子氮并将其转变成氨起特殊催化功能的酶蛋白质。已从16种不同类型固氮生物中分离到固氮酶,它可分为两种独立的酶蛋白:(1)含钼和铁,称钼铁蛋白;(2)含铁,称铁蛋白。一般认为前者是络合和还原氮的中心,后者是电子活化中心。两者单独存在时不能固氮,只有合起来才能重组固氮活性。固氮酶(尤其是铁蛋白)对氧和摄氏零度左右的低温很敏感,易于失活。由于两种蛋白重组固氮活性时的确切比例尚不清楚,加上它们的均一制剂又未得到,所以对整个固氮酶的分子量还无法判断。目     

固氮酶的研究进展

固氮酶将N2还原为NH3的过程是自然界实现氮循环的重要环节。固氮酶是由γ2型二聚体组成的Fe蛋白和α2β2异四聚体组成的MoFe蛋白组成。固氮酶催化的机制包括铁蛋白的氧还循环和钼铁蛋白的氧还循环两部分。Klebsiella pneumoniae的nif基因簇由20个基因组成,构成了8个转录单位,总长度24206bp,其操控机制是多水平、多层次的调控过程。同时综述了固氮酶的多样性,目前已经发现的有钼铁固氮酶、钒铁固氮酶、铁铁固氮酶以及在Strpomyces thermoauophicus内存在的与已知的三种固氮酶体系明显不同的固氮体系。     

固氮酶中的电子传递

提出改进的二步ATP驱动的电子传递机理,对还原剂和MgATP都充足或其中有一种不充足的情况下固氮酶体系的FPR信号变化作了合理的解释.     

固氮酶晶体学研究进展

生物大分子的功能取决于它的空间结构.X射线衍射分析是获得生物大分子结构信息的常用方法.本文对固氮酶晶体的生长及其X射线衍射分析的主要进展简要地进行了介绍和评论.最后展望了今后的发展及问题.     

固氮酶的氢反应

导言固氮酶(Ea1.18.6.1;1.19.6.1)是一种微生物的,并和植物有联系的酶,它催化大气中的N_2转化为氨。被固氮酶所固定的氮变成生活有机体的氨基酸、核酸和蛋白质的基本组分。在室温、缺少适宜的催化剂的情况下,N_2是一种十分稳定的分子,基本上是惰性气体。工业上将     

固氮酶晶体学研究进展

生物大分子的功能取决于它的空间结构。X射线衍射分析是获得生物大分子结构信息的常用方法。本文对固氮酶晶体的生长及其X射线衍射分析的主要进展简要地进行了介绍和评论。最后展望了今后的发展及问题。     

固氮酶内部结构揭秘

固氮酶由钼铁蛋白和铁蛋白组成 ,钼铁蛋白包含ＦｅＭｏｃｏ和Ｐ Ｃｌｕｓｔｅｒ。为解释固氮机理 ,Ｋｉｍ等 ( 1 992 )、Ｐｅｔｅｒｓ等 ( 1 997)和Ｍａｙｅｒ等 ( 1 999)分别解析出分辨率为 2 8 、2 .0 和1 .6 的钼铁蛋白晶体结构。Ｅｉｎｓｌｅ等 ( 2 0 0 2 )又获得了 1 .1 6 的钼铁蛋白结晶 ,在对其进行结构解析后发现 :ＦｅＭｏｃｏ的内部有一个轻的原子与六个铁原子键连接。此轻原子不可能是硫 ,最可能是氮 ,但不排除是碳或氧的可能。已有极好的证据表明ＦｅＭｏｃｏ是固氮酶的底物结合位点和还原中心 ,但底物是如何结合到ＦｅＭｏｃ…     

固氮酶锰铁蛋白的晶体生长

从以Mn代钼的固氮培养基中固氮生长的固氮菌（Azotobacter vinelandii Lipmann）突变种UW3中分离纯化的MnFe蛋白,在一定的结晶条件下,可从溶液中析出深棕色的短斜四棱柱晶体。Tris和Hepes缓冲液、NaCl、MgCl2和PEG的浓度及结晶方法等,对该蛋白的出晶率、晶核数目、晶体大小和质量均有明显的影响,PEG浓度的改变还可使该蛋白晶体的晶型发生变化。MnFe蛋白结晶所需的上述化合物的最适浓度与缺失nifZ固氮菌突变种△nifZ MoFe需的最适浓度有所不同。ＳＤＳ凝胶电泳表明,晶体溶解的蛋白与结晶前的MnFe蛋白基本相同。结果表明：该晶体为MnFe蛋白的晶体。     

固氮酶铬铁蛋白的晶体生长

在合适的结晶条件下,从含Cr无氨培养基中生长的固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3中纯化出的CrFe蛋白可从溶液中析出深棕色斜四棱柱晶体,晶体最大的两条对角线长度分别可达0.25 mm和0.12 mm.PEG 8000、MgCl2、NaCl、Tris 和Hepes 缓冲液的浓度及结晶方法等对该蛋白的出晶率、晶核数目、晶体大小和质量都有明显影响.CrFe蛋白结晶所需的上述化合物的最适浓度与在Mn中生长的固氮菌突变种UW3的MnFe蛋白和缺失nifZ固氮菌突变种的ΔnifZ MoFe蛋白结晶所需的最适浓度有所不同.结果表明,该蛋白晶体可能为CrFe蛋白的晶体.     

对固氮酶的新见解

光合成和氮的固定是人类食物来源的两个基本生命过程。荣获诺贝尔奖的紫色细菌绿色红假单胞菌(Rhodopseudomonas viridis)的反应中心结构大大增强了对光合成的理解。现在在该刊物第533页Kim和Rees揭示了维涅兰德固氮菌固氮酶中钼铁蛋白2.7A分辨率的晶体结构,并在它的结构组成和光合反应中心之间,鉴别出五种类似物(两类亚基;单方向电子转移;被包埋的可还原的底物位点;分开的质子和电子转移途径;与光采集和三磷酸腺苷水解相偶联的无效能量)。他们还提出了一个钼铁蛋白与进行电子转移和能量转导(三磷酸腺苷水解)的铁蛋白的联接模式。Rees研究小组最近解析了这种蛋白质的结构(2.9分辨率)。     

固氮酶铬铁蛋白的晶体生长

在合适的结晶条件下 ,从含Cr无氨培养基中生长的固氮菌 (AzotobactervinelandiiLipmann)突变种UW3 中纯化出的CrFe蛋白可从溶液中析出深棕色斜四棱柱晶体 ,晶体最大的两条对角线长度分别可达 0 .2 5mm和 0 .12mm。PEG 80 0 0、MgCl2 、NaCl、Tris和Hepes缓冲液的浓度及结晶方法等对该蛋白的出晶率、晶核数目、晶体大小和质量都有明显影响。CrFe蛋白结晶所需的上述化合物的最适浓度与在Mn中生长的固氮菌突变种UW3 的MnFe蛋白和缺失nifZ固氮菌突变种的ΔnifZMoFe蛋白结晶所需的最适浓度有所不同。结果表明 ,该蛋白晶体可能为CrFe蛋白的晶体     

蓝藻固氮酶钼铁蛋白的研究

改进了蓝藻固氮酶的分离、提纯方法。首次用小型厌氧聚丙烯酰胺凝胶制备电泳法,代替常用的层析法,获取了电泳纯的蓝藻固氮酶钼铁蛋白,简化了程序,缩短了实验周期。SDS凝胶电泳和分子筛凝胶过滤测定分子量结果表明,钼铁蛋白分子量为360,000,由4个分子量为90,000的同一类型亚单位构成。每个钼铁蛋白分子含1个钼,18个铁和3290个氨基酸残基。其中酸性氨基酸占优势。研究了柱孢鱼腥藻(Anabaena cylindrica)固氮酶粗提物和钼铁蛋白的某些特性,其结果是:米氏常数为3.33×10~(-3)大气压乙炔,等电点为5—5.5。紫外、可见光谱与其它固氮生物的类似。盐对蓝藻固氮酶较之对其它固氮生物的固氮酶有更大的抑制作用。     

大豆根瘤菌固氮酶的铁蛋白基因

大豆根瘤菌(Rhizobivmjaponicum)的固氮酶具有与肺炎克氏杆菌(Klebsiella Pneumoniae)和苜蓿根瘤菌(R.meliloti)二者固氮酶相同的铁蛋白基因(nif H)。铁蛋白基因的大小为12.1Kb,部分基因片段已经克隆化。将nifH的一部分克隆化,并使之在大肠杆菌(E.Coli)     

固氮酶钼铁蛋白羧基的化学修饰

在室温,pH6.4的条件下,钼铁蛋白迅速被大过量的Woodward试剂K所失活。紫外吸收光谱跟踪表明：随着时间延长,修饰程度不断加深。结合氨基酸分析结果算出当修饰2分钟时,活力丧失96%,有2—5个羧基被修饰。     

固氮酶固氮机理的新观点

固氮酶固氮机理的新观点张纯喜（中国科学院福建物质结构研究所,福州３５０００２）本文提出了一个关于固氮酶固氮机理的新观点,认为在固氮酶固氮过程中,还原态的Ｐ一簇产生活泼的氢原子,活泼的氢原子部分用于产生氢气。部分用于激活ＦｅＭｏ－辅基（使氧化态的ＦｅＭ...     

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     

固氮酶反应中ATP驱动的电子传递

本文通过分析Mg-ATP与铁蛋白相互作用的物理化学行为,探讨了Mg-ATP在铁蛋白上的可能结合部位以及Mg-ATP的水解与电子传递的偶联关系。     

固氮酶催化的放H2反应

以不同来源的纯化固氮酶定量地研究了在不同pN2(N2分压)条件下,催化N2还原和H2释放的反应．并对两者之间的关系进行了动力学分析,得出了固氮酶催化N2还原和H2释放反应的化学计量式： N2+(8+8Km(N2)[pN2])(H+=e-)→2NH3+(1+4Km(N2)[pN2])H2从而提出了双位点放H2的模式。并合理地解释了在正常条件下。每还原1摩尔N2总是放出大于1摩尔H2,和H2是N2还原反应的竞争性抑制剂,而N2却是放H2反应的非竞争性抑制剂等难以理解的问题。     

固氮酶铁钼蛋白的氧敏感性

自然界中含有固氮酶的微生物和蓝绿藻,能够把大气中的N_2转变为可被植物利用的氮。这些固氮生物中,好气性自生固氮菌、豆科植物根瘤菌及某些藻类在有氧环境中能高效率固定N_2。而所有固氮生物体内的固氮酶对O_2都非常敏感,其敏感程度随分离、纯化程度的提高而提高。一些生物能在好气环境中固氮是因在他们的体内存在结构(膜、构象)保护、呼吸保护和保护蛋白、豆血红朊等的作用,所以,固氮酶可避免氧的损伤而完成固氮功能。