棕色固氮菌中固氮酶对氧毒害保护的初步研究

固氮酶对氧极不稳定。随着其纯度的提高,遇氧不可逆的失活现象更加明显。在自然界生长的好气性固氮菌、固氮的藻类及豆科植物的共生固氮系统中有着特殊的适应机制,这种机制可使固氮酶在有氧条件下免受氧的钝化。因此,研究固氮酶遇氧钝化的原因及好气性固氮菌所特有的氧保护机制,对固氮酶本身     

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。     

保护固氮酶免受氧破坏的蛋白——Fe-S蛋白Ⅱ

固氧酶对氧极其敏感。特别是分离纯化后的固氮酶两组分——MoFe蛋白和Fe蛋白对氧的敏感性更加明显。被氧钝化后的固氮酶部分地或全部地失去固氮活性。但是,在自然界里存在于好气性自生固氮菌、光合固氮的藻类及豆科植物根瘤中的固氮酶却能在有氧的环境下     

固氮作用

本综述总结了固氮酶的一些物理化学性质。考察了该酶的催化特性,包括固氮酶的电子分配和体内固氮酶的能量要求。主要综述了电子向固氮酶转运的生物能学,包括电子载体和产生还原电势的机制。描述了固氮生物中的铁氧还蛋白/黄素氧还蛋白还原系统,包括专性厌氧固氮菌、     

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     

第二种固氮酶系统的确证与研究进展

生物固氮是由固氮微生物中的固氮酶系统催化的。棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)是一种自生固氮菌。许多研究表明:它含有人们所熟知的固氮酶系统。此系统由固氮酶(一种含Fe和Mo的蛋白)和固氮酶还原酶(一种含Fe蛋白)组成。固氮酶是一种分子量约245000的四亚基蛋白。它含有分子量约61000的α、β两种不同的亚基各两个,并含有4个4Fe-4S原子簇和2分子FeMo辅因子。固氮酶还原酶是一个分     

第二固氮系统在蓝细菌红萍鱼腥藻中的发现

人们一般认为金属钼是生物固氮必需的条件,钼是固氮酶的主要催化活性的组成部分。早先一些学者曾研究以钒、锰代替钼的氮固定作用,到1980年美国的Bishop等人首先提出棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)具有不含铝的第二固氮系统。通过棕色固氮菌缺失编码固氮酶蛋白基因突变株研究发现,该菌株并不失去     

联合固氮

1定义氮素是构成生命物质最重要的元素之一。自然界只有某些微生物能直接将大气中的氮透过固氮酶还原成NH,这类微生物包括细菌,蓝绿藻、放线菌等。在固氮的细菌中有一类属于自由生活的类群,它们定殖于植物根表（有的能侵人根表皮和外皮层的细胞间隙）和近根土壤中,靠根系分泌物生存,繁延,与植物根系有密切的关系。但宿主植物并不形成特异分化的结构。植物与细菌之间的这种共生关系称联合共生固氮。这类固氮菌称联合固氮菌。联合共生固氮的概念是1976年由巴西Dobereiner实验室提出的。ZO年来联合固氮的研究受到世界各国科学家的重视…     

动物的共生菌固氮

介绍了共生菌固氮涉及的动物和微生物类群、动物共生菌固氮的性质和机理。应用乙炔还原法和固氮酶基因检测等研究表明,所涉及的动物有7门13纲23目50科99属174种。动物肠道具有丰富的微生境,供不同生理需求的固氮菌生长发育,所蕴含的共生固氮菌类群也十分丰富,涵盖植物共生固氮菌、植物内生固氮菌、植物根际固氮菌、自生固氮菌等生态类型。一般认为动物共生固氮菌来源于环境,其性质属于联合共生固氮。动物共生固氮菌一般与其他共生生物形成复合体,以满足固氮过程中对电子和质子供体、能量供给、固氮酶活性保护以及氨阻遏解除等方面的需求。动物共生菌固氮产物氨的同化也需要多种共生物的协同作用,可能通过谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶等途径。总体上,食物氮、非蛋白氮和共生菌固氮相互协调,形成营养和解毒的代谢网络,共同维持动物体内氮素营养的动态平衡,并对未来研究提出展望。     

光合细菌Rhodopseudomoaos capsulata固氮酶合成的光促诱导

紫色非硫光合细菌是兼性厌氧及兼性光合生长的细菌,利用这一可塑的生长特性,研究了光对Rhodopseudomonas capsulata的固氮酶合成的影响,结果表明:1.暗生长的无固氮活性的静止细胞一经照光其固氮酶即以高速率形成,一旦光照中断,固氮酶的合成也立即中止,氯霉素的抑制试验表明,这种光促诱导的固氮酶出现是酶蛋白的重新合成,而不是预先形成的系统在光下的激活。2.外源性电子供体如苹果酸、分子氢等对光促诱导的固氨酶合成有促进作用。3.固氮酶合成与细菌光合器的形成是彼此独立的,在黑暗中细菌光合膜可以形成,而固氮酶却不能形成。4.暗处好氧生长的光合细菌在同一光强下诱导固氮酶,细菌叶绿素含量高的菌体,其固氮酶合成的速率也高。5.固氮酶的诱导合成可被电子传递抑制剂或磷酸化解联剂完全抑制。基于上述结果,对光合细菌固氮酶的光促合成的可能机理作了讨论。     

固氮微生物的氢酶与固氮作用

本世纪三十年代初期,Stevenson和Stickland给细菌中能活化H_2的酶命名为“氢酶”。四十年代初,Wilson等人首次指出棕色固氮菌具有氢酶。五十年代中期Hock发现了豆科植物根瘤放H_2,自生固氮菌在固氮过程中放H_2。十年以后,Dixon指出两株豌豆根瘤菌形成不放H_2的根瘤,其类菌体中含有吸H_2酶(H_2-uptake hydrogenase),吸H_2酶参与固氮酶作用所释放H_2的再循环。从理论上计算,固氮酶每还原一克分子N_2,要消耗35克分子ATP,其中7克分子ATP用于还原质子(H~+)为H_2。这个数字说明固氮微     

氢酶与固氮酶在细菌光合固氮中的联系

研究了混养型光合细菌Rhodopseudomonas capsulata N-3 氢酶与固氮酶之间的联系,观察到:1.以苹果酸(30毫克分子)为碳源,谷氨酸(5毫克分子)为氮源,营光合异养生长的菌体由固氮酶催化释放出大量的分子氢,光合放氢的过程完全依赖于光和外加电子供体,NH_4~ 对这一过程有明显抑制作用。2.营光合异养生长的光合细菌具活跃的氢酶,是膜结合态,能以多种生理活性物质,如NADP,反丁烯二酸,硝酸盐,氧及一些氧化还原染料为受体,吸取分子氢,这一过程显著地被NH_4~ 所促进。3.氢酶催化分子氢,支持光合固氮活性,这一固氮活性对氧的酶感性显著下降。4.当有机底物浓度不足时,分子氢所支持的固氮活性更为有效,有机底物浓度处于过量时,分子氢不再支持固氮。5.乙炔对氢酶活性具不可逆的抑止作用,氢酶被抑止后,固氮酶所催化的光合放氢显著剧增。 基于上述结果,对氢酶和固氮酶在细菌光合固氮中相互联系及其对光合细菌光能异养和光能自养两种生长方式间的转换的可能作用进行了讨论。     

固氮生物的类群

固氮生物有多种,一般都属于原核生物。通常都按照它们的固氮方式分成如下两大类。Ⅰ自生固氮生物 1.细菌(3目,11科,26属) (1)好气性细菌:棕色固氮菌(A.vinelandii),圆褐固氮菌(A.chrocoocum),贝氏固氮菌(A.beije—rinckii),活跃固氮菌(A.agile)等。     

水稻对耐氨固氮工程菌株的响应

耐氨固氮工程菌（下称工程菌）催娩克氏杆菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）ＮＧ１３９０和阴沟肠杆菌（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｃｌｏａｃａｅ）Ｅ２６１３的基因组带有组成型ｎｉｆＡ,其固氮酶的生成不受氨的阻遏,因此在有氨条件下具有固氮能力。接种固氮菌分别在两个水稻品系,即籼稻品种Ｃ５４４４和粳稻品种秀水－０４进行试验。水稻种植在灭菌土壤的塑料桶,生长至扬花后期取样分析表明,接种固氮菌能促进水稻的生长和植株含氮量的增加。接种工程菌ＮＧ１３９０的植株其生物量、总氮和固氮率（Ｎｄｆａ％）超过接种野生型ＮＧ１３的水稻。Ｅ２６１３接种Ｃ５４４４也获得类似的结果。应用１５Ｎ同位素稀释法证明了固氮菌接种水稻形成的联合固氮体系,存在细菌的固氮作用,而植株中氮素成分的增加可能来自细菌固定的氮。     

甘蔗联合固氮的回顾与展望

在巴西,某些甘蔗品种能通过生物固氮获得生长所需氮素。对甘蔗根际固氮菌和内生固氮菌的研究曾引领了非豆科植物联合固氮的研究。内生固氮菌Gluconacetobacter diazotrophicus表现出很多特性,与Herbaspirillum seropedicae、H.rubrisubalbicans、Nitrospirillum amazonense和Paraburkholderia tropica组成的固氮菌剂能联合甘蔗固氮并促进甘蔗生长。近年来的研究发现分类上属于Bradyrhizobium和Rhizobium等属的根瘤菌在与甘蔗联合的核心固氮菌群之中,以不结瘤的方式在甘蔗体内活跃地表达固氮酶基因。综述了这些甘蔗联合固氮菌的特色研究并探讨优化甘蔗联合固氮的策略。     

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。     

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。     

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。     

斯氏假单胞菌A1501固氮新基因PST1305的功能分析

摘要：【目的】研究斯氏假单胞菌A1501基因组“固氮岛”中PST1305基因在A1501生物固氮过程中所起的作用。【方法】利用同源重组与三亲接合的方法构建PST1305的非极性突变株。乙炔还原法测定固氮酶活。RT-PCR分析PST1305基因与其周围基因转录单元的关系,Real-Time PCR比较PST1305在最佳固氮与非固氮条件下表达水平的差异。【结果】突变株np1305的固氮酶活显著降低,功能互补菌株np1305Comp能基本恢复细胞的固氮作用。PST1305与其上游的nifB、fdxN、下游的nifQ等基因位于同一个转录单元,组成一个操纵子。基因芯片表明,PST1305基因在固氮比非固氮条件下表达量显著上调（约38.7倍）,Real-Time PCR验证支持这一结果。【结论】PST1305基因参与固氮过程,其突变会影响固氮酶的活性,该基因可能通过参与A1501固氮酶电子传递或者固氮酶的氧保护过程影响固氮效率。     

斯氏假单胞菌A1501固氮新基因PSTl305的功能分析

[目的]研究斯氏假单胞菌A1501基因组"固氮岛"中PST1305基因在A1501生物固氮过程中所起的作用.[方法]利用同源重组与三亲接合的方法构建PST1305的非极性突变株.乙炔还原法测定固氮酶活.RT.PCR分析PST1305基因与其周围基因转录单元的关系,Real-Time PCR比较PST1305在最佳固氮与非固氮条件下表达水平的差异.[结果]突变株np1305的固氮酶活显著降低,功能互补菌株np1305Comp能基本恢复细胞的固氮作用.PST1305与其上游的nifB、fdxN、下游的nifQ等基因位于同一个转录单元,组成一个操纵子.基因芯片表明,PST1305基因在固氮比非固氮条件下表达量显著上调(约38.7倍),Real-Time PCR验证支持这一结果.[结论]PST1305基因参与固氮过程,其突变会影响固氮酶的活性,该基因可能通过参与A1501固氮酶电子传递或者固氮酶的氧保护过程影响固氮效率.