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。     

电子传递促进的ATP水解

铁蛋白在结合MgATP时,MgATP基本上不水解,只有在与钼铁蛋白结合并传递电子给钼铁蛋白时,MgATP才酶促水解为MgADP和Pi(磷酸根),电子传递和ATP的水解是两个快速的偶联过程。[Fe_4S_4(SPh)_4]~(-2)     

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     

镁螯合酶的结构与功能

镁螯合酶（magnesium chelatase）是叶绿素合成过程中的关键酶,催化原卟啉IX与Mg2+螯合形成镁原卟啉IX。镁螯合酶由催化亚基H与AAA+亚基I、D组成。通过这3种亚基的协调配合,在ATP驱动下实现Mg2+与原卟啉IX的螯合,推动叶绿素的合成。在这一过程中,基因组解偶联基因4（GUN4）蛋白对其发挥重要的正调控作用。自上世纪90年代以来,镁螯合酶独特的结构及其作用机制一直吸引着研究者们的兴趣。本文结合最新的研究进展,阐述镁螯合酶的结构、酶促反应动力学及其催化机制等。另外,对于GUN4蛋白对镁螯合酶的调控也进行了概述。     

薄膜氧电极的制作与呼吸或光合控制的测定

线粒体的呼吸耗氧或叶绿体的光合放氧,都偶联着腺二磷(ADP)与无机磷(Pi)合成腺三磷(ATP)的磷酸化反应。ADP∶O值是指线粒体每吸收或叶绿体每释放一克原子氧的同时,酯化转变ADP成ATP的克分子数的比值,它反映这两种细胞器的能量转化效率。自从Chance根据线粒体系统的底物呼吸水平,氧吸收速率受到ADP和Pi促进而提出呼吸控制的观念以后,叶绿体的希尔放氧反应中也以同样的观念提出了光合控制。这些控制数值与ADP∶O比值一起,都成为衡量线粒体或叶绿体机构完善与否的重要生化指标。这些反应     

混合蛋白质体系中魟鱼和海兔肝铁蛋白释放铁的动力学研究

分别制备含有魟鱼肝铁蛋白(1iver ferritin of Dasyatis akajei,DALF)和海兔肝铁蛋白(Liver ferritin of Aplysia,ALF)的混合蛋白质体系。选用电子光谱技术和不同电子供体,研究在混合蛋白质体系中,DALF和ALF释放铁的动力学过程和规律。实验结果表明,采用Na2S2O4作为还原剂时,DALF以两相行为进行释放铁的反应;而选用抗坏血酸作为还原剂时,DALF却以一级反应动力学方式进行释放铁的反应,简化释放铁的过程。在混合蛋白质体系中且以抗坏血酸和Na2S2O4为电子供体时,ALF均以一级反应动力学过程进行释放铁的反应,认为某些蛋白质参与协助ALF释放铁反应,从而简化释放铁的过程。     

铁自噬与铁死亡及其相关疾病

铁是血红素、线粒体呼吸链复合体和各种生物酶的重要辅助因子,参与氧气运输、氧化还原反应和代谢物合成等生物过程。铁蛋白(ferritin)是一种铁存储蛋白质,通过储存和释放铁来维持机体内铁平衡。铁自噬(ferritinophagy)作为一种选择性自噬方式,介导铁蛋白降解释放游离铁,参与细胞内铁含量的调控。适度铁自噬维持细胞内铁含量稳定,但铁自噬过度会释放出大量游离铁。通过芬顿 (Fenton)反应催化产生大量的活性氧(reactive oxygen species, ROS),发生脂质过氧化造成细胞受损。因此,铁自噬在维持细胞生理性铁稳态中发挥至关重要的作用。核受体共激活因子4 (nuclear receptor co-activator 4, NCOA4)被认为是铁自噬的关键调节因子,与铁蛋白靶向结合,并传递至溶酶体中降解释放游离铁,其介导的铁自噬构成了铁代谢的重要组成部分。最新研究表明,NCOA4受体内铁含量、自噬、溶酶体和低氧等因素的调控。NCOA4介导的铁蛋白降解与铁死亡(ferroptosis)有关。铁死亡是自噬性细胞死亡过程。铁自噬通过调节细胞铁稳态和细胞ROS生成,成为诱导铁死亡的上游机制,与贫血、神经退行性疾病、癌症、缺血/再灌注损伤与疾病的发生发展密切相关。本文针对NCOA4介导的铁自噬通路在铁死亡中的功能特征,探讨NCOA4在这些疾病中的作用,可能为相关疾病的治疗提供启示。     

叶绿体结构和功能的研究——Ⅳ、红霉素对叶绿体能量转换的效应

研究了红霉素对叶绿体能量转换的效应,获知:10(-4)M红霉素抑制循环和非循环光合磷酸化,这种抑制是与反应底物ADP非竞争性的。在抑制ATP合成的浓度范围内,红霉素对基础电子传递的速率并无影响,但它抑制因偶联磷酸化而促进的那部分电子传递。红霉素还抑制膜上Mg~(2 )-ATP酶的活性。以上结果表明,红霉素似有光合磷酸化能量传递抑制剂的特点,它的作用部位可能接近膜上CF_2,或ATP酶的催化部位。     

脑室注射5-HT对应激后胃粘膜中ATP酶活性及ATP和ADP含量的影响

中枢5-羟色胺(5-HT)可通过兴奋下丘脑-垂体-甲状腺轴加重大鼠冷冻加束缚应激性溃疡。本工作进一步观察了脑室注射5-HT对胃粘膜代谢的影响及其与甲状腺激素的关系。应激180min大鼠的胃粘膜ATP酶的活性较非应激发对照鼠升高42.6％;如应激前10min向侧脑室注射5-HT50μg或腹腔注射四碘甲腺原氨酸(T_4)200μg/kg,均匀进一步提高应激后胃粘膜ATP酶的活性。在侧脑室注射5-HT后应激180min的鼠,血浆三碘甲腺原氨酸(T_3)和T_4水平均与胃粘膜ATP酶的活性呈明显的正相关关系。用高效液相层析测定观察到,应激鼠胃粘膜ATP和ADP水平均明显低于非应激鼠,分别为非应激鼠的70.3％和76.8％。腹腔注射T_4进一步减少应激后胃粘膜ATP和ADP的水平。这些结果提示,中枢5-HT可能通过甲状腺激素提高胃粘膜ATP酶的活性,使ATP和ADP含量下降,这可能与其加重溃疡的机制有关。     

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。     

光合磷酸化的研究 Ⅱ.光合磷酸化的“光强效应”及中间产物

(1)在不同光强度下研究叶綠体的光合磷酸化作用和希尔反应,发现当光弱到一定程度后,光合磷酸化的效率,不论是“循环”或是“偶联”的都显著降低,而同时测定的希尔反应的效率则不变。因此,这个“光强效应”为光合磷酸化所特有,显然不是发生在“电子传递系统”或氧化还原部分。(2)在作用液中加入非放射性的ATP或预先照光形成一些AT~32P,再进行实验,这个“光强效应”仍同样出现,证明这个效应不是由于最终产物(ATP)的分解,亦不是由于应用放射性~(32)P测定方法所造成的假象。(3)这个“光强效应”在光强增加到一定程度以上时,即逐渐消失;在较低的温度下则减轻;在闪光条件下则比在连续光下更加显著。这些结果指出,“光强效应”是由于中间产物的破坏或转向其他代谢途径。此作用是一个暗反应,可能是酶促的。酶量少,容易达到饱和,弱光下中间产物少,被它作用的比重就大,强光下中间产物多,被它作用的比重就小,所以“光强效应”只在弱光下显著。(4) 叶綠体加Mg~( )及PMS照以饱和强光,然后立即(<0.1秒)在暗中加入Pi及ADP,仍有很多ATP形成,但如在暗中过5秒钟后再加Pi及ADP,则几乎完全没有ATP形成。这指出叶綠体照光后产生能与Pi结合的中间产物(Z~*),其饱和量约为20—40mμmole/μmole叶綠素。它在室温(20—25度)迅速破坏或转向其他代谢途径,5秒后已不存在,在低温(5度)则可维持数秒。(5) 同样制剂加Pi再照光,然后暗5秒再加ADP,则ATP的产量,比立即加ADP者只减少一半。指出上述的中间产物(Z~*)与Pi结合后形成第二个中间产物(Z～P)在叶綠体内比较稳定。“光强效应”可能主要是Z~*或以前的中间产物被破坏或转向其他用途所引起。     

棕色固氮菌固氮酶铁蛋白某些特性的研究(二)

棕色固氮菌固氮酶铁蛋白能与Mg-ATP结合,而钼铁蛋白则不能。每分子铁蛋白结合2个分子Mg-ATP。结合常数K为13.3～15.6μM。铁蛋白与不同浓度ATP结合时符合S型动力学。铁蛋白引起结合Mg-ATP后构型变化。在未变性的铁蛋白的12个半胱氨酸残基中,只有4个可被羧甲基化,加入Mg-ATP或低浓度对氯汞苯甲酸后,只有2个半胱氨酸残基被羧甲基化。对氯汞苯甲酸抑制铁蛋白活性,先加Mg-ATP再加列氯汞苯甲酸,能保持部分活性。     

转铁蛋白在低钾刺激Madin Darby狗肾细胞钠-钾ATP酶中的作用

体外低钾培养肾细胞能刺激细胞膜钠-钾ATP酶。本研究利用Madin Darby狗肾细胞能在无血清培养液中健康生存48h这一特征,研究体外低钾刺激细胞膜钠-钾ATP酶所依赖的血清中的活性因子,观察了表皮生长因子(EGF)、胰岛素样生长因子(IGF1)、前列腺素1(PGE1)和转铁蛋白(tranderrin)在这一过程中的作用。结果表明,在无血清培养液中低钾并不能刺激细胞膜钠—钾ATP酶,而添加转铁蛋白可模拟血清的作用。转铁蛋白能剂量依赖性地增加ouabain结合位点,对细胞膜钠-钾ATP酶作用呈良好的时间效应关系。在低钾无血清培养液中,细胞膜钠-钾ATP酶α1亚基启动子活性增强,α1与β1亚基蛋白质表达的增加依赖于转铁蛋白的存在。进一步研究结果表明,低钾在转铁蛋白的无血清培养液环境中能增加细胞对铁的摄取(^59Fe),该作用可被铁螯合剂(deferoxamine,DFO;35 μmol/L)所阻断。DFO也可阻断转铁蛋白依赖性低钾刺激细胞膜钠-钾ATP酶数目的增多,α1亚基启动子活性增强,α1与β1亚基蛋白质表达增加。以上结果表明,低钾对细胞膜钠-钾ATP酶活性的刺激作用依赖于转铁蛋白所调节的铁的摄取。     

Mg^2＋对豚鼠心室肌细胞ATP敏感钾电流的抑制作用

利用全细胞电压钳方法研究了细胞外高Mg~(2 )对豚鼠心室肌细胞I_(k,ATP)(ATP敏感钾电流)的作用。细胞的I_(k,ATP)是被代谢抑制剂2,4-二硝基酚(DNP)激活的,可被特异性阻断剂优降糖完全阻断。细胞外8mmol/L MgSO_4几乎能完全抑制DNP激活的I_(k,ATP)膜电位0mV水平时抑制率为92±8.6％;4mmol/L MgSO_4可部分抑制I_(k,ATP),抑制率为44±14.6％。Mg~(2 )与ATP联合使用对I_(k,ATP)的作用与Mg~(2 )单独作用无明显差异。结果提示,抑制I_(k,ATP)是Mg~(2 )防止缺氧或缺血状态下心肌细胞动作电位时程缩短的一个重要原因,因而可能也是Mg~(2 )抗缺血性心律失常的重要机制。     

氯喹抑制铁蛋白自噬并增强肺癌细胞对化疗药物敏感性的研究

目的肺癌的发病率和致死率高居世界恶性肿瘤首位。尽管肺癌的诊断与治疗治疗已取得进展,但其发病率和致死率仍呈逐年上升的趋势,因此急需寻找有效的干预靶标和治疗手段。方法本文验证了通过自噬抑制剂干预铁蛋白自噬、增加肺癌细胞对化疗药物敏感性的多药联用策略。通过免疫印迹分析及免疫荧光测定了细胞中铁蛋白的自噬性降解(铁蛋白自噬),通过分析细胞数量及细胞周期测定了细胞增殖,通过分析细胞耗氧速率评估了细胞线粒体氧化磷酸化水平。结果铁螯合剂去铁胺可诱导肿瘤细胞发生铁蛋白自噬;氯喹等自噬抑制剂可有效抑制去铁胺诱导的铁蛋白降解,显著抑制肿瘤细胞线粒体氧化磷酸化,并引发细胞周期阻滞、抑制细胞增殖;去铁胺、氯喹与一线化疗药物顺铂或依托泊苷的联合给药可显著增强化疗药物对肺癌细胞的毒性。结论通过自噬抑制剂和铁螯合剂干预细胞铁代谢有望成为提升肺癌化疗治疗效果的潜在新策略。     

Hsp70蛋白自身磷酸化对其分子伴侣功能的影响

近年对分子伴侣蛋白Hsp70作用机制的研究发现,其ATP功能区域X光晶体结构有一个新的钙离子结合区域,这个新的功能区域与Hsp70分子的ADP结合、ATP水解及合成有关.有报道认为Hsp70蛋白的NDP激酶样作用,通过形成酸不稳定性自身磷酸化中间体催化γ 磷酸基团在ATP和ADP间传递,组氨酸H89与这个新的区域有密切关系,有可能与Hsp70蛋白形成自身磷酸化中间体有关.本研究运用基因定位诱导突变技术,将89位组氨酸以丝氨酸替代(H89S),通过比较Hsp70野生型及突变型蛋白的自身磷酸化过程的改变,及其对Hsp70蛋白体外荧光素酶活性影响的不同,初步探讨Hsp70作用机制.结果发现,突变的H89S蛋白自身磷酸化过程及体外变性荧光素酶重折叠受到抑制.野生型蛋白未受到影响,野生型Hsp70可以形成酸不稳定的自身磷酸化中间体,产生CDP依赖性解磷酸反应,而H89S突变型蛋白不能形成这种反应.89位组氨酸点突变能显著降低ATP酶交换反应及体外变性荧光素酶重折叠水平,但它的自身磷酸化可能并非唯一必需的介导位点或只是一个选择性的功能侧链.     

北京棒状杆菌AS1.299谷氨酰胺合成酶活力调节的研究

北京棒状杆菌(Corynebacterium pekinense AS1.299)谷氨酰胺合成酶的转移酶活性依赖于Mn~(++),酶的生物合成酶活性依赖于Mg~(++),其他二价金属离子只能部分代替Mn~(++)和Mg~(++)的作用。Mn~(++)对ATP或ADP的克分子比对酶活力起调节作用。ATP、CTP,丙氨酸和甘氨酸对谷氨酰胺合成酶有较强的抑制作用;丝氨酸、谷氨酸和6-磷酸葡萄糖胺对酶活力的抑制作用分别是24,15和21％。效应物混合物对酶的作用被证明是累积性的抑制作用。     

大肠杆菌热诱导赖氨酰-tRNA合成酶二腺苷多磷酸三重催化活性研究

E.coli热诱导赖氨酰-tRNA合成酶(LysU,EC 6.1.1.6)是高效的Ap4A/Ap3A合成酶,已知反应模式为双重动态过程:2ATP→Ap4A+2Pi→Ap3A+3Pi。为进一步研究LysU"中间物可逆"催化模型,表达纯化了LysU蛋白并验证结构稳定性,构建了二腺苷多磷酸产物检测系统并分离了各阶段催化产物,观察了AMPPCP和AMPCPP阻断Ap3A/ADP合成的反应。圆二色光谱和荧光光谱扫描证明纯化后的LysU蛋白结构完整。LysU首先催化ATP合成83%的Ap4A,接着可逆生成67%的Ap3A。实验中发现,Ap3A并非LysU二腺苷多磷酸催化反应的终产物,Ap3A可继续逆生成80%的ADP。以AMPPCP或AMPCPP代替ATP为起始底物,发现无Ap3A转化ADP反应。上述结果证明LysU具有三重催化活性:2ATP→Ap4A+2Pi→Ap3A+3Pi→2ADP+2Pi,符合"磷酸捕获机制"催化模型:活化的赖氨酰-腺苷中间物捕获核苷酸或磷酸小分子,形成对应的二腺苷多磷酸化合物。这些研究结果可为阐明不同形式功能性腺苷酸衍生物间的相互转化提供更多的信息,有助于进一步认识功能性腺苷酸分子在生命活动中的作用。     

马脾铁蛋白释放铁的反应级数和速率相数的转换

采用差示法研究铁蛋白释放铁的动力学规律和反应级数的转换。结果表明：马脾铁蛋白释放铁的速率及相数与还原剂Ｎａ２Ｓ２Ｏ４浓度及铁还原速率无关,与该蛋白蛋白壳的调节速率有关。在ｐＨ５．０￣６．０范围内,马脾铁蛋白以三相不同速率方式释放占原铁核总铁量８０％的铁。但在ｐＨ９．０介质中,ＯＨ＾－不仅能参与铁蛋白铁核组成,减缓释放铁的速率,而且使原混合级反应转换为一级反应,从而使铁蛋白释放铁的动力学过程由复杂转     

铁钼辅因子激活氧钝化钼铁蛋白的初步研究

棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶钼铁蛋白氧钝化后,未断裂出任何含钼、铁原子的断片。用有机溶剂从钼铁蛋白中提取得到的铁钼辅因子(FeMoCo)可以激活被氧钝化了的钼铁蛋白,使其还原乙炔能力得到部分或完全恢复。这种激活作用的效率随着钼铁蛋白氧钝化程度的加深而降低。初步结果表明,氧钝化的钼铁蛋白中最先受到损伤的可能是 FeMoCo。如果氧钝化程度进一步加剧,其它部分也可能受到损伤。