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。     

固氮酶钼铁蛋白的拆卸与组装研究的进展

由钼铁(MoFe)蛋白和铁(Fe)蛋白组成的固氮酶可还原N_2、C_2H_2等不饱和的小分子。由还原剂提供的电子经Fe蛋白传递给MoFe蛋白,在MoFe蛋白的活性中心进行多种底物还原。由两种不同亚基组成四聚体(α_2β_2)的MoFe蛋白,每分子含有2个Mo原子、30个左右的Fe原子及数目与Fe原子大致相同的酸不稳定性硫(S~*)原子,由它们组成2个M簇(FeMoco)、3—4个P簇(P-cluster)及1—2个S(2Fe)簇。FeMoco     

固氮酶钼铁蛋白铁钼辅因子的抽提研究进展

固氮酶由两种铁硫蛋白(钼铁蛋白和铁蛋白)组成。由还原剂提供电子经铁(Fe)蛋白传递给钼铁(MoFe)蛋白,在MoFe蛋白的活性中心部位进行N_2、C_2H_2等多种底物的还原[10,11,20]。MoFe蛋白中的Mo、Fe原子和酸不稳定性硫原子(S~*)组成2个M簇(FeM-oco)、3—4个P簇(P-cluster)及1—2个S(2Fe)簇。在底物还原过程中,这些原子簇都可能参与电子的传递。铁钼辅因子(FeMoco)已被认为是络合和还原底物的重要部位。因此,要阐明MoFe蛋白的作用机理就得研究FeMoco的结构和功     

锰对部分缺失金属原子族的固氮酶钼铁蛋白的重组作用

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白经邻菲罗啉的Ｏ２处理后,变为部分缺失Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ和ＦｅＭｏｃｏ的失活蛋白、经与由ＫＭｎＯ４、高柠檬酸铁、Ｎａ２Ｓ和二硫苏糖醇组成的重组液保温后,重组蛋白的吸收光谱和对Ｃ２Ｈ２、Ｈ＋和Ｎ２的还原活性都恢复至与还原钼铁蛋白相似的状态,而它的α－螺旋度和在３８０－５５０ｎｍ,６２０－６７０ｎｍ的ＣＤ谱虽有明显的恢复,但仍与还原钼铁蛋白有所不同。表明：（１）重组蛋白液既含有在     

对与缺失铁钼辅基的固氮酶钼铁蛋白重组的原子簇的结构要求

棕色固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ）钼铁蛋白与邻菲口罗啉和Ｏ２ 保温并经凝胶柱层析后,成为部分缺失Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ和ＦｅＭｏｃｏ 的失活蛋白。由３ 个－ ＯＣＨ３－ 连结于Ｍｏ原子间的２ 个１Ｍｏ∶３Ｆｅ∶４Ｓ结构单位组成的原子簇与４Ｆｅ∶４Ｓ原子簇的混合液,以及由ＫＭｎＯ４、高柠檬酸铁、Ｎａ２Ｓ和二硫苏糖醇组成的重组液均可使这种失活蛋白明显恢复Ｃ２Ｈ２ 还原活性,但都不能使可被ＦｅＭｏｃｏ 激活的ｎｉｆＥ和ｎｉｆＨ 基因缺失突变种及ＵＷ ４５的Ａｐｏ－ＭｏＦｅ 蛋白得到激活。表明,不能合成ＦｅＭｏｃｏ 的固氮菌突变种蛋白只能与具有ＦｅＭｏｃｏ相似或基本相似结构的原子簇进行体外重组,而部分缺失金属原子簇的钼铁蛋白能与具有一定结构和组成的原子簇进行体外重组,变为具有催化氮还原能力的各种固氮酶组分蛋白。     

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白两种聚合体的研究

 棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白八聚体相当于两个钼铁蛋白四聚体的聚合体。在细胞生长过程中,胞内钼铁蛋白两种聚合体的相对含量出现规律性变化:在对数期,细胞固氮酶比活力成上升趋势,而钼铁蛋白主要以高活力的四聚体形式存在;在对数期结束至稳定期,细胞固氮酶比活力下降至一个低水平的稳定值,此时的钼铁蛋白基本上为八聚体形态。在细胞固氮生长时,向培养基中加入过量氨可明显地导致钼铁蛋白由四聚体向八聚体的转化。我们推断,生长过程中胞内钼铁蛋白聚合态的变化可能是调节固氮酶活力的一种方式。胞外,钼铁蛋白的两种聚合态可以相互转化。     

锰对部分缺失金属原子簇的固氮酶钼铁蛋白的重组作用

棕色固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ）固氮酶钼铁蛋白经邻菲口罗啉和Ｏ２ 处理后,变为部分缺失Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ和ＦｅＭｏｃｏ 的失活蛋白,经与由ＫＭｎＯ４、高柠檬酸铁、Ｎａ２Ｓ和二硫苏糖醇组成的重组液保温后,重组蛋白的吸收光谱和对Ｃ２Ｈ２、Ｈ＋ 和Ｎ２ 的还原活性都恢复至与还原钼铁蛋白相似的状态,而它的α－螺旋度和在３８０—５５０ ｎｍ 、６２０—６７０ ｎｍ 的ＣＤ谱虽有明显的恢复,但仍与还原钼铁蛋白有所不同。表明：（１）重组蛋白液既含有在缺失金属原子簇的ＭｏＦｅ蛋白与含Ｍｎ 重组液重组过程中可能组装的ＭｎＦｅ 蛋白,又含有在邻菲口罗啉和Ｏ２ 处理后金属原子簇仍旧完整的ＭｏＦｅ蛋白;（２）ＭｎＦｅ蛋白和ＭｏＦｅ蛋白在固氮能力上可能是相似的,而在结构上却可能略有差异     

N2和NH4^＋培养下粪产碱菌固氮酶钼铁蛋白的合成及其特性

应用柱层析和制备电泳分别将N_2和 NH_4~ 培养的粪产碱菌固氮酶钼铁蛋白(Af 1和Af 1)分离并纯化,两者理化性质十分相似。分子量分别为226 kD和 222 kD;α亚基和β亚基分子量分别为57 kD和60 kD;氨基酸种类相同,总残基数分别为1790和1750;每分子Af 1和Af 1均含有2个原子Mo和32个原子 Fe;金属原子簇的氧化还原当量数为6。Af 1的比活性为 1477 nmolC_2H_4 mg~(-1)protein min~(-1),Af 1无活性;分子结构两者有差异。     

棕色固氮菌缺失nifE的突变种固氮酶钼铁蛋白的结晶

从限氨固氮培养基中培养棕色固氮菌（Azotobacter vinelandii Lipmann)缺失nifE的突变种DJ35中,分离纯化得到缺失FeMoco的钼铁蛋白（△nifEAvl)。在一定条件下结晶得到深棕色短斜四棱柱晶体。结晶溶液中各组分的浓度以及结晶方法等对其晶核数目,晶体大小和质量有明显影响,目前用气相扩散的悬滴法所得的最大晶体的二维边长分别为0.12mm和0.13mm。     

高度缺失金属原子簇的钼铁蛋白的制备及其重组

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白与邻菲罗啉厌氧保温时,尿素可使钼铁蛋白丢失的Ｆｅ原子数目显著增加,在有过量Ｎａ２Ｓ２Ｏ４存在时,每个蛋白分子失去的Ｆｅ原子数猛然增至２６－２８个,经Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ－２５柱层析得到的蛋白已失去８５％的乙炔还原活性,而蛋白回收率仍可达６０％。与含Ｍｏ重组液重组后,这种失活蛋白的紫外－可见圆二色谱、凝胶电泳图谱和乙炔还少在性均有所恢复,结果表明,尿素可使厌氧钼铁蛋白的ＦｅＭ     

缺失nifH的棕色固氮菌突变种固氮酶钼铁蛋白的结晶

从限氨固氮培养基中培养的缺失nifH的棕色固氮菌(AzotobactervinelandiiLipmann)突变种DJ54中,分离纯化出部分纯的缺失FeMoco的钼铁蛋白(ΔnifHAv1)。用相同纯化方法分别从DJ35和UW45突变种中纯化的ΔnifEAv1和NifB-Av1的纯度明显高于ΔnifHAv1的纯度。在合适的结晶条件下,可得到这三种蛋白的深棕色短斜四棱柱晶体。ΔnifHAv1与NifB-Av1一样,晶体形成所需的时间比ΔnifEAv1的长。而它结晶所需的沉淀剂和缓冲液最适浓度则与ΔnifEAv1的相同。SDS-PAGE鉴定表明,结晶的ΔnifHAv1与OPAv1的组成相似。这表明,在ΔnifHAv1溶液中形成的晶体可能就是该蛋白质的晶体。     

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。     

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。     

H2O2对棕色固氮菌钼铁蛋白的损伤

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白经Ｈ２Ｏ２作用后,钼铁蛋白的Ｍｏ和Ｆｅ原子含量,乙炔还原少在性,摩尔消光系数和α－螺旋度地匀显著降低,蛋白质肽链也许发生部分断一。本和纱中存在过氧化物酶。可避免Ｈ２Ｏ２对钼铁蛋白的损伤作用,表明Ｈ２Ｏ２对钼欠蛋白的金属原子簇和蛋白质结构均有明显的损伤作用,而过氧化物酶可保护固氮酶不受Ｈ２Ｏ２的破坏。     

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…     

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。