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     

固氮酶铁钼辅基理化特性的研究

在紫外可见光谱区内，固氮酶铁钼辅基均无特征吸收峰，不含高柠檬酸盐。含双钼的铁硫簇的电荷数、颜色与该金属簇中的亚铁量成对应关系，并都有较高的生物重组活性。     

钼铁蛋白铁钼辅因子的有机组分对其功能的影响

棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶的钼铁蛋白经邻菲啰啉在厌氧或有氧环境中处理后,变为 P-cluster 单一缺失或 P-cluster 和 FeMoco 同时缺失的失活钼铁蛋白。含柠檬酸盐或高柠檬酸盐的重组液都使这两种失活蛋白能恢复固氮酶重组的 H~ 和 C_2H_2还原活性,活性恢复程度随反映钼铁蛋白中金属原子簇含量变化的圆二色和磁圆二色谱及金属含量的恢复程度的提高而提高,但它们固 N_2能力的恢复程度则不相同:P-cluster 单一缺失的蛋白用两种重组液重组后均可恢复其固 N_2能力,而 P-cluster 和 FeMoco 同时缺失的蛋白,只有用含高柠檬酸盐的重组液重组才恢复其固 N_2能力,表明含不同有机组分的重组液所组装的 P-cluster 均与天然状态相同,只有含高柠檬酸盐的重组液所组装的 FeMoco 才与天然状态相同,从而证明高柠檬酸盐是 FeMoco 的必需的有机组分。     

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。     

棕色固氮菌不固氮变种UW45与固氮酶钼铁蛋白铁钼辅因子重组的某些特性

以UW45抽提液的DEAE-纤维素柱层析的0.15M NaCl或0.25M NaCl洗出液与Smith法或Shah法制备的铁铝辅因子重组,则0.25 M NaCl洗出液的重组对乙炔还原的活性远较0.15 M NaGl的为高。0.15 M NaGl的洗出液较0.25 M NaCl洗出液的组分明显不纯。不全钼铁蛋白与铁钼辅因子和铁蛋白重组后能还原基质氰化钾,但对分子氮或迭氮化钠的还原却较微弱甚至不还原。铁钼辅因子按Smith和Shah法制备,其分子量范围分别为低于1000D和接近1500D。由于Smith和Shah法两种铁钼辅因子还原乙炔和氰化钾的比活不同,电泳图谱有差异、分子量又有大小,因此这两种铁钼辅因子的分子结构可能不尽相同。     

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。     

固氮酶铁钼辅基理化特性的研究

在紫外可见光谱区内,固氮酶铁钼辅基〔（Ｍｏ_２Ｆｅ_（１２）Ｓ_（１２））４－〕均无特征吸收峰,不含高柠檬酸盐。含双钼的铁硫簇〔（Ｍｏ_２Ｆｅ_（６～１２）Ｓ_（６～１２））~（１～４）－〕的电荷数、颜色与该金属簇中的亚铁量成对应关系,并都有较高的生物重组活性．     

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     

Catalytic reduction of acetylene in the presence of molybdenum and iron clusters, including FeMo cofactor of nitrogenase

Acetylene was reduced by zinc amalgam in the presence of three synthetic polynuclear complexes: {[Mg₂Mo₈O₂₂(OMe)₆(MeOH)₄]⁻²·[Mg(MeOH)₆]²⁺}6MeOH (I), (Bu₄N)₂[Fe₄S₄(SPh)₄] (II), [Me₄N][VFe₃S₄Cl₃(DMF)₃]·2DMF (III) and the iron-molybdenum cofactor of nitrogenase Azotobacter vinelandii MoFe₇(S²⁻)₉·homocitrate, FeMo-co (IV). Thiophenol was found to greatly facilitate the reaction in the presence of complexes I, II, IV. The reaction is catalytic and for I and IV proceeds at the amalgam surface. Thiophenol seems to increase the adsorption of the complexes, serving as an electron bridge to transfer electrons to the catalyst. In the case of II a homogeneous reduction of the substrate occurs presumably after the cluster reduction at the surface and with III the catalytic reduction proceeds only under the action of sodium amalgam; no thiophenol cocatalytic action is observed. Relevance to N₂ enzymatic reduction is discussed.     

毛萼田菁茎瘤豆血红蛋白含量与固氮活性的关系

在个体瘤发育的不同阶段和植株生长的不同时期,以及在不同的光照条件下,分别测定茎瘤的固氨活性和豆血红蛋白含量。结果表明,毛萼田菁茎瘤的固氨活性和豆血红蛋白含量呈正相关,豆血红蛋白在茎瘤的共生固氮中起着重要的作用。     

拟南芥PKA催化亚基基因的克隆、原核表达及其催化活性的鉴定

蛋白质的磷酸化与脱磷酸化是生物体内存在的一种普遍的调节方式，几乎参与所有的生命活动过程。利用Blast2.0分析拟南芥基因组序列发现存在一个与动物蛋白激酶cDNA同源性的序列。在GenBank中比较发现它与动物的依赖cAMP的蛋白激酶（PKA）的催化亚基（C亚基）有相似的特征序列。提取拟南芥（Arabidopsis thaliana (L.)Heynh.)的总ＲＮＡ，通过ＲＴ－ＰＣＲ克隆得到这一cDNA片段，经序列测定证实它具有完整的阅读框架，将其克隆至pET30a原核表达载体，结果表明在大肠杆菌（E.coli)BL21(DE3)中该表达质粒在IPTG诱导下表达产生大量带寡聚组氨酸标记的重组蛋白，该蛋白在37℃表达时主要以包含体形式存在，而在22℃表达时主要以可溶性蛋白形式存在，经过与组氨酸结合金属螯合树脂亲和柱层析纯化后，得到纯化的目的蛋白，其纯度达到87%以上。活性鉴定表明其具有依赖于cAMP的蛋白激酶活性。而加入PKA的抑制剂（H-8）后，其活性显著下降。从而证实它确实是拟南芥的PKA催化亚基。Western blot结果显示它几乎不受ABA，NaCl等逆境的诱导。     

拟南芥PKA催化亚基基因的克隆、原核表达及其催化活性的鉴定

蛋白质的磷酸化与脱磷酸化是生物体内存在的一种普遍的调节方式,几乎参与所有的生命活动过程.利用Blast 2.0分析拟南芥基因组序列发现存在一个与动物蛋白激酶cDNA同源性的序列,在GenBank中比较发现它与动物的依赖cAMP的蛋白激酶(PKA)的催化亚基(C亚基)有相似的特征序列.提取拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)的总RNA,通过RT-PCR克隆得到这一cDNA片段,经序列测定证实它具有完整的阅读框架,将其克隆至pET30a原核表达载体,结果表明在大肠杆菌(E. coli) BL21 (DE3)中该表达质粒在IPTG诱导下表达产生大量带寡聚组氨酸标记的重组蛋白, 该蛋白在37 ℃表达时主要以包含体形式存在, 而在22 ℃表达时主要以可溶性蛋白形式存在.经过与组氨酸结合金属螯合树脂亲和柱层析纯化后, 得到纯化的目的蛋白, 其纯度达到87%以上.活性鉴定表明其具有依赖于cAMP的蛋白激酶活性,而加入PKA的抑制剂(H-8)后,其活性显著下降.从而证实它确实是拟南芥的PKA催化亚基.Western blot结果显示它几乎不受ABA、NaCl等逆境的诱导.     

台湾相思结瘤固氮与吸氢酶活性研究

台湾相思的根系具有多年生的根瘤,根瘤初发生时球状,以后发育成分叉瘤和扇状瘤。根瘤固氮活性因苗龄、成熟度不同而有明显差异。环境条件影响结瘤及固氮活性。15℃时结瘤受到明显抑制,固氮作用最适温度条件是25～30℃。光照不足降低根瘤固氮活性。短期轻度干旱不影响根瘤固氮活性,但持续干旱使固氮活性明显下降。pH4.5～8.5条件能正常结瘤,pH5.5时结瘤最好。根瘤固氮作用时不释放H_2,具有较高的吸氢酶活性,在固氮反应系统中加入5％的H_2,能提高根瘤固氮活性。     

汞离子对木瓜蛋白酶结构的影响及抑制机理的研究

通过荧光光谱、紫外光谱、傅里叶红外光谱(FTIR)和远紫外圆二色光谱(Far-UV CD)对重金属Hg²⁺作用下木瓜蛋白酶的结构变化进行了定性定量的表征,探索Hg²⁺对木瓜蛋白酶变性的抑制机理。结果表明:Hg²⁺是木瓜蛋白酶的强抑制剂,10^－4mol/L的HgCl₂可使木瓜蛋白酶丧失90%的活性;随着金属Hg²⁺浓度的增加,蛋白质所处的微环境和二级结构发生了明显的改变,(α螺旋＋β折叠)结构总量减少,无规则卷曲含量增多,酶的二级结构由规则有序转向无序。     

Site-specific mutadenesis in Enterobacter agglomerans: construction of nifB mutants and analysis of the gene's structure and function

A novel technique was developed which may be generally well suited to the site-specific construction of mutations in Enterobacter agglomerans. The method is based on the observation that E. agglomerans can be cured of a plasmid of the incompatibility group IncQ by cultivation on citrate-containing medium. To test the applicability of this technique, we inserted a kanamycin cassette into the cloned nifB gene, transferred it into E. agglomerans, and selected for recombinants in which the wild-type nifB was replaced by the mutated gene by growing transformants on citrate medium with kanamycin. The nifB ^– mutants with the kanamycin cassette inserted in either orientation showed sequence of nifb. A typical ⁵⁴-dependent promoter and a consensus NifA binding site were found upstream of nifB. Activation of this promoter by both heterologous and homologous NifA proteins was observed in vivo. The predicted amino acid sequence of the NifB protein showed strong similarity to the NifB sequences of other diazotrophic bacteria. The typical clustering of cysteine residues at the N-terminal end indicates its involvement in Fe-Mo cofactor biosynthesis.     

有机溶剂对缢蛏碱性磷酸酯酶分子构象和催化活力的影响

本文初步研究了三种有机溶剂甲醇、二甲基甲酰胺、二氧六环对缢蛏碱性磷酸酯酶(ALP)分子构象和催化活力的影响。发现在有机溶剂作用下,ALP的荧光发射光谱、紫外差光谱、园二色光谱都发生了显著的变化,而酶经甲醇、二甲基甲酰胺预处理后酶活力提高,经二氧六环预处理后活力下降,但当测活体系中有三种有机溶剂存在时,酶的活力却被大大抑制。     

Role of cofactors B (TBCB) and E (TBCE) in tubulin heterodimer dissociation

Tubulin folding cofactors B (TBCB) and E (TBCE) are alpha-tubulin binding proteins that, together with Arl2 and cofactors D (TBCD), A (TBCA or p14) and C (TBCC), participate in tubulin biogenesis. TBCD and TBCE have also been implicated in microtubule dynamics through regulation of tubulin heterodimer dissociation. Understanding the in vivo function of these proteins will shed light on the Kenny-Caffey/Sanjad-Sakati syndrome, an important human disorder associated with TBCE. Here we show that, when overexpressed, TBCB depolymerizes microtubules. We found that this function is based on the ability of TBCB to form a binary complex with TBCE that greatly enhances the efficiency of this cofactor to dissociate tubulin in vivo and in vitro. We also show that TBCE, TBCB and alpha-tubulin form a ternary complex after heterodimer dissociation, whereas the free beta-tubulin subunit is recovered by TBCA. These complexes might serve to escort alpha-tubulin towards degradation or recycling, depending on the cell requirements.     

Common thiolation mechanism in the biosynthesis of tRNA thiouridine and sulphur‐containing cofactors

2‐Thioribothymidine (s²T), a modified uridine, is found at position 54 in transfer RNAs (tRNAs) from several thermophiles; s²T stabilizes the L‐shaped structure of tRNA and is essential for growth at higher temperatures. Here, we identified an ATPase (tRNA‐two‐thiouridine C, TtuC) required for the 2‐thiolation of s²T in Thermus thermophilus and examined in vitro s²T formation by TtuC and previously identified s²T‐biosynthetic proteins (TtuA, TtuB, and cysteine desulphurases). The C‐terminal glycine of TtuB is first activated as an acyl‐adenylate by TtuC and then thiocarboxylated by cysteine desulphurases. The sulphur atom of thiocarboxylated TtuB is transferred to tRNA by TtuA. In a ttuC mutant of T. thermophilus, not only s²T, but also molybdenum cofactor and thiamin were not synthesized, suggesting that TtuC is shared among these biosynthetic pathways. Furthermore, we found that a TtuB—TtuC thioester was formed in vitro, which was similar to the ubiquitin‐E1 thioester, a key intermediate in the ubiquitin system. The results are discussed in relation to the mechanism and evolution of the eukaryotic ubiquitin system.