浑球红假单胞菌及其谷氨酸合成酶突变株氢酶活性和合成

浑球红假单胞菌野生型菌株的氢酶表达被有机碳、氮底物所抑制。在光照和黑暗时,氧浓度变化对氢酶的作用不同,但高氧浓度都阻遏氢酶的表达。微量Ni~(2+)能专一性地促进氢酶活性,固氮酶的产氢也可以调节氢酶的表达水平。该野生菌株的GOGAT突变株缺乏固氮酶和氢酶活性,在加入谷氨酰胺合成酶抑制剂MSX后,固氮酶和氢酶以相关联的方式合成出来,固氮酶产生的氢看来诱导了氢酶的合成。然而在固氮酶不表达的情况下,外源氢也可诱导氢酶的合成。     

鱼腥藻(Anabaena)对氧敏感的固氮突变种

用紫外线和亚硝基胍,诱变筛选出两株具异形胞而不能在空气中固定分子氮的鱼腥藻Anabaena)突变种。突变表型是稳定的。在微氧条件下,能固定分子氮而生长,但固氮酶活很弱。酶活的高低与藻蓝素含量和光照强度成反相关。突变种细胞的固氮酶对氧非常敏感,反应气相中加入1%的氧对乙炔还原活力已有明显抑制,20%的氧完全阻抑固氮作用。除去氧后固氮酶重新合成,其过程受 NH_4~+和氯霉素阻遏。通过氮饥饿使藻蓝素含量降低,或降低光照强度,或加入二氯苯基甲基脲抑制光合放氧时,均可显著地提高突变种的固氮酶活力。突变种细胞还原氯代三苯四氮唑为甲(?)结晶的能力低于野生种。暗示突变种固氮对氧敏感,可能是由于细胞中清除氧的酶系统有缺损,以致营养细胞产生的活性氧对其本身固氮过程有抑制作用。     

自生条件下根瘤菌的氢酶表达与固氮的联系

在自生条件下,研究了根瘤菌的氢酶与固氮酶的共轭表达(coexpression)。氢酶表达受碳源限制和氧耗速率的调节,并为固氮酶表达条件促进,在固氮酶放氢的诱导下而与固氮酶共轭表达。此外,观察到外源氢支持根瘤菌自生固氮的活性,氢支持效应被葡萄糖酸钠和氧抑制。     

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、     

荚膜对肺炎克雷伯氏菌的固氮活性影响的研究

氧对固氮酶有不可逆的失活作用,但是,在固氮菌体内的固氮酶都有一定的保护系统,以防止氧的危害,保持酶的活性。作为共生固氮细菌和放线菌,它们受到共生体保护系统的作用,最大限度地发挥着固氮酶的作用。而自生固氮菌,特别是好氧固氮细菌(Azotobcteria),     

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     

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。     

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。     

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。     

测定氢酶吸氢活性的光谱分析法

固氮酶催化放氢是影响生物固氮效率的重要因素之一。经过吸氢酶吸收固氮酶释放的氢,一方面可以增加还原力来源,同时经氧化后可以消除系统内的氧,保护固氮酶免受氧伤害,从而提高固氮效率。测定氢酶吸氢的方法有多种,例如:同位素氚与水的交换法、检压法、电极法、气相层析法和光谱分析法。由于前三种方法操作较繁琐,目前国内较多的是使用气相层析法。而用光谱分析法定量地测定氢酶的吸氢活性是一种比气相法更为快速和灵敏的     

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     

渗透胁迫下蓝藻固氮的氧稳定性研究

在聚乙二醇（PEG）的影响下．蓝藻固氮活性下降,对氧的不稳定性增大。PEG浓度愈高,固氮活性及其对氧的稳定性愈小。暗处理、光合抑制剂、N2和厌氧环境加剧氧对受渗透胁迫蓝藻固氮酶活的抑制,而CO2、蔗糖、分子氢以及N2和CO2的加合则使之减轻。     

蓝细菌红萍鱼腥藻的两种固氮酶系统的放氢特点

已知在固氮生物中,固氮酶在催化氮还原为按的过程中,同时还原H+成为H2,所生成的H2部分为固氮生物体内的氢酶回收再利用,部分放出体外.显然,催化放H2作用也是固氮酶的重要特性之一.       

外源谷胱甘肽对氯化钠胁迫下蓝藻固氮活性的影响

外源谷胱甘肽（GSH）可在一定程度上削弱氯化钠对蓝藻固氮的抑制、能源受限（加抑制剂和暗处理,N2和Ar的厌氧下呼吸代谢受阻）和氧下固氮酶受到伤害时,谷胱甘肽的有益作用变小或消失,而在能源、还原剂、碳架和合成固氮酶蛋白的物质供应（正常光照、提高CO2浓度、添加外源蔗糖,同时供应CO2和N2以及H2和O2）得到改善和保证的条件下,则明显增大。     

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     

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。     

低温对渗透胁迫下蓝藻固氮的影响

蓝藻经低温（0～4℃）预处理后，其在渗压脱水剂聚乙二醇（PEG）胁迫下的固氮活性下降进一步加剧。能源供应受限（光强减弱、暗处理）、厌氧（Ar或N2中）环境和分子氧下，下降程度更烈，而改善能源和还原剂以及合成固氮酶蛋白所需的物质供应（提高CO2浓度、CO2和N2以及H2和O2的加合、添加外源蔗糖）时即明显有所缓和。