固氮蓝藻与棕色固氮菌固氮酶组分的交叉互补功能

本文报告了藻菌之间固氮酶组分的交叉互补试验。初步结果证明：固氮蓝藻(Anabaena azotica水生686)的钼铁蛋白与棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)的铁蛋白之间存在着明显的互补功能。但这种蓝藻的铁蛋白在非细胞形态下很不稳定,易于失活。本实验为不同生理类型和不同进化程度的固氮生物之间固氮酶组分的交叉互补研究提供了新的资料。     

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。     

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。     

铁钼辅因子

某些固氮生物(如棕色固氮菌)的变种,它们的固氮酶中铁蛋白有催化活性,但由于钼铁蛋白处于不活化状态,所以整个固氮酶不能显示出固氮活性,这种不能固氮的固氮酶可为从野生型固氮菌固氮酶钼铁蛋白中分离得到的物质(或因子)所活化或恢复固氮活性,此种活化因子叫钼铁辅因子。这种钼铁辅因子已从多种固氮生物中分离到,其分子量为1000～3000左右。按钼铁蛋白分子量为270,000计算,其中铝、铁、硫三种原     

名词解释

[31] 固氮酶的交叉互补反应(Complementary Cross—reaction) 不同来源的固氨酶中两个蛋白组分之间、彼此可以交叉互补重组固氮活性,称为交叉互补反应。一般生理类型和亲缘关系相近的互补比较容易。例如兼性厌氧固氮菌与好气性固氮菌及厌     

植物的共生固氮体系

氮是植物生命活动中不可缺少的重要元素之一。大气中的氮尽管为79％,但这种游离氮只有少数固氮细菌和蓝藻才能吸收利用,绿色植物却不能直接利用。这些细菌、蓝藻把大气中的游离氮固定转化为含氮化合物,成为植物所能吸收的氮,就称为生物固氮作用。固氮生物之所以能催化还原N2成NH3,是由于它含有固氮酶。固氮酶是一种结构复杂、功能特异的酶,由铁蛋白和钼铁蛋白组成。     

光在钼影响蓝藻固氮中的作用

我们过去的工作曾指出,蓝藻及其离体异形胞的固氮是一个依赖于光的过程,光对蓝藻固氮酶的合成和活性有调节作用。此外,多年的生化研究也已确定,钼是包括蓝藻在内的一切固氮生物生长和参与固氮酶催化活性中心结构的必需与关键性的金属元素,它对钼铁蛋白有调控功能。这样,     

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     

不同底物与固氮酶及其钼铁蛋白相互作用的荧光光谱分析

 本文研究了不同底物(N_2,H_2,N_2O,NaN_3,C_2H_2)对棕色固氮菌固氮酶及其钼铁蛋白荧光光谱的影响。结果表明,上述底物均能络合在钼铁蛋白及固氮酶上,但络合程度不同,从而为固氮酶系统有多个不同的底物络合中心,底物络合中心在钼铁蛋白分子上,铁蛋白对钼铁蛋白有变构作用,提供了光谱学证据。     

固氮螺菌中固氮酶活性的厌氧关闭与细胞内ATP／ADP比值的关系

本文研究了巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)“玉-62”在以谷氨酸为氮源的好气液体培养条件下固氮酶活性厌氧关闭的机制。ATP 合成的解偶联剂 CCCP 使固氮酶迅速失活,Western blotting 实验证明这种失活的分子基础是固氮酶铁蛋白—亚基被修饰。用萤光素-萤光素酶法测定表明厌氧处理使细胞内 ATP/ADP 比值迅速下降,固氮酶活性亦迅速被抑制,重新供氧后细胞内 ATP/ADP 比值很快恢复到原水平,固氮酶活性亦迅速上升。CCCP处理亦使细胞内 ATP/ADP 比值迅速下降。低电位电子受体 Metronidazole 制固氮活性,但固氮酶铁蛋白不被修饰,细胞内 ATP/ADP 比值略上升。实验证明,细胞内 ATP/ADP 比值的变化是启动固氮酶铁蛋白修饰系统的信号分子。     

氧对固氮螺菌(Azospirillum brasilense)Yu 62固氮酶活性的调节作用

本文研究了在好气条件下,在以谷氨酸为氮源的液体培养基中,固氮螺菌(Azospirllumbrasilense)Yu62固氮酶形成的条件及溶氧压对固氮酶活性的影响。厌氧使整体细胞固氮酶迅速失活;而见氧后固氮酶又重新恢复活性。Western blotting实验证实,这种可逆失活的分子基础,是由于固氮酶铁蛋白-亚基被修饰和去修饰。呼吸抑制剂KCN对固氮酶活性的抑制,亦是由于固氮酶铁蛋白被修饰。因此推论细胞内的能量状态可能是启动固氮酶活化酶系统的重要信号。谷氨酰胺合成酶的抑制剂MSX不能去除厌氧和KCN引起的抑制作用。结果表明：固氮酶活性的NH+4和厌氧关闭可能通过不同的机制起作用。     

纯化柱胞鱼腥藻(Anabaena cylindrca)固氮酶组份(铁蛋白)的厌氧制备电泳法

各种固氮生物的固氮酶对氧都很敏感,无论是制备固氮酶的组份Ⅰ(钼铁蛋白)或组份Ⅱ(铁蛋白),也无论采取什么方法(如DEAE-纤维素层析法、硫酸鱼精朊沉淀法、胶滤、制备凝胶电泳等等)都必需在严格厌氧条件下进行,铁蛋白对氧更加敏感,因此要获得较纯而又具活力的铁蛋白,其分离、纯化过程既要严格厌氧又要迅速。到目前为止,仅红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和棕色     

几种固氮蓝藻的固氮酶活性及其某些特性

对三种固氮蓝藻：固氮鱼腥藻(水生686)、柱孢鱼腥藻和鱼腥藻7120的整细胞及无细胞抽提液的固氮酶活性,进行了比较研究。水生686的整细胞酶活虽然不低(51．9毫米乙烯峰高／光密度／30分),仅次于柱孢鱼腥藻,但其无细胞抽提液的酶活却最低。这可能与它含有大量藻胶有关。研究了Mn^ 、Fe^ 对蓝藻固氮酶的作用,以及测定其在不同酶浓度下的反应动力学表明：柱孢鱼腥藻中不存在象深红螺菌中所看到的那种激活因子。用甲苯-乙醇溶液处理藻细胞,对固氮酶作原位测定,探索了它的氧损伤及氧保护机理。     

几种固氮蓝藻的固氮酶活性及其某些特性

对三种固氮蓝藻:固氮鱼腥藻(水生686)、柱孢鱼腥藻和鱼腥藻7120的整细胞及无细胞抽提液的固氮酶活性,进行了比较研究。水生686的整细胞酶活虽然不低(51.9毫米乙烯峰高/光密度/30分),仅次于柱孢鱼腥藻,但其无细胞抽提液的酶活却最低。这可能与它含有大量藻胶有关。研究了Mn++、Fe++对蓝藻固氮酶的作用,以及测定其在不同酶浓度下的反应动力学表明:柱孢鱼腥藻中不存在象深红螺菌中所看到的那种激活因子。用甲苯-乙醇溶液处理藻细胞,对固氮酶作原位测定,探索了它的氧损伤及氧保护机理。       

固氮螺菌(Azospirillum.brasilenseYu-62)中固氮酶活性的氨关闭现象

固氮螺菌(A.brasilense)Yu-62在以谷氨酸为氮源好气液体培养条件下,氨离子使固氮酶迅速失活,Western blotting实验证明这种失活的分子基础是固氮酶铁蛋白一亚基被修饰.测定加NH_4~ 后细胞内α-ketoglutarte和glutamine的含量.α-ketoglutarate/glutamine比值在加NH_4~ 后瞬间下降然后上升,而细胞内ATP/ADP的比值没有明显变化.谷氨酸合成酶的抑制剂azaserine使固氮酶失活.Western blotting实验表明这种失活的分子基础也是固氮酶铁蛋白一亚基被修饰.测定加azaserine后细胞内α-ketoglutarate及glutamine比值的变化以及外源α-ketoglutarate及glutamine对细胞固氮活性的影响,表明细胞内一些小分子化合物的变化可能是作用于固氮酶活性氨关闭的重要因素.     

蓝藻的光合固氮和谷氨酰胺合成酶之间的关系初探

蓝藻一类固氮生物固定空气中分子氮所形成的氨的进一步同化虽然不属于生物固氮的概念和研究范畴,但是,由于氨对蓝藻固氮酶有阻抑效应,所以细胞中要不断进行固氮作用,则必须将固氮产物氨立即通过氨基酸合成蛋白质。这一过程是通过谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的偶联,以及各种氨基酸和蛋白质合成酶参与下     

柱孢鱼腥藻固氮酶防氧的呼吸保护

柱孢鱼腥藻生长在缺氮情况下,发现其固氮活性增加的同时也减少了对氧的敏感性。缺氮生长细胞的乙炔还原活性给氧抑制一半时的氧分压(pO2)是0．5atm．,而有氮生长细胞的半抑制浓度为0．35atm．。这表明蓝藻有可能通过增加呼吸耗氧而提高了它的固氮酶活性。呼吸作用与固氮酶活性之间存在着密切的关系。无论在有氮、缺氮还是光诱导固氮酶形成的情况下,其固氮活性均随着呼吸速率的变化而变化。本研究结果,支持了柱孢鱼腥藻固氮酶的主要防氧手段是呼吸保护的观点。     

固氮螺菌(Azospirillum.brasilenseYu-62)中固氮酶活性的氨关闭现象

固氮螺菌(A.brasilense)Yu-62在以谷氨酸为氮源好气液体培养条件下,氨离子使固氮酶迅速失活,Western blotting实验证明这种失活的分子基础是固氮酶铁蛋白一亚基被修饰.测定加NH_4^+后细胞内α-ketoglutarte和glutamine的含量.α-ketoglutarate/glutamine比值在加NH_4^+后瞬间下降然后上升,而细胞内ATP/ADP的比值没有明显变化.谷氨酸合成酶的抑制剂azaserine使固氮酶失活.Western blotting实验表明这种失活的分子基础也是固氮酶铁蛋白一亚基被修饰.测定加azaserine后细胞内α-ketoglutarate及glutamine比值的变化以及外源α-ketoglutarate及glutamine对细胞固氮活性的影响,表明细胞内一些小分子化合物的变化可能是作用于固氮酶活性氨关闭的重要因素.     

柱孢鱼腥藻固氮酶防氧的呼吸保护

柱孢鱼腥藻生长在缺氮情况下,发现其固氮活性增加的同时也减少了对氧的敏感性。缺氮生长细胞的乙炔还原活性给氧抑制一半时的氧分压(pO_2)是0.5atm.,而有氮生长细胞的半抑制浓度为0.35atm.。这表明蓝藻有可能通过增加呼吸耗氧而提高了它的固氮酶活性。呼吸作用与固氮酶活性之间存在着密切的关系。无论在有氮、缺氮还是光诱导固氮酶形成的情况下,其固氮活性均随着呼吸速率的变化而变化。本研究结果,支持了柱孢鱼腥藻固氮酶的主要防氧手段是呼吸保护的观点。