固氮蓝藻与棕色固氮菌固氮酶组分的交叉互补功能

本文报告了藻菌之间固氮酶组分的交叉互补试验。初步结果证明:固氮蓝藻(Anabacnaazotica水生686)的钼铁蛋白与棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)的铁蛋白之间存在着明显的互补功能。但这种蓝藻的铁蛋白在非细胞形态下很不稳定,易于失活。本实验为不同生理类型和不同进化程度的固氮生物之间固氮酶组分的交叉互补研究提供了新的资料。       

棕色固氮菌突变种UW45的固氮酶钼铁蛋白（NifB-Av1）结晶

经两次DE52和Sephacryl s一300柱层析,从棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变利UW45粗提液(37 677mg蛋白)中纯化得到628 mg的NifB^-Av1。经考马斯亮蓝R-250染色的SDS凝胶电泳分析表明,该蛋白基本达到SDS凝胶电泳纯,组成它的亚单位的种类与Av1(α和β亚单位)相似。NifB^-Av1不能与NifB^-Av2重组成具放氢活性的固氮酶,但可使与其保温重组的FeMoco显出高活性。在合适条件下,NifB^-Av1可在结晶溶液中析出棕色短斜四棱柱晶体,目前所得最大晶体的二维边长均为0．1mm。能否出现晶体以及出晶时间、晶体数目、大小、质量和形状等,与沉淀剂溶液各组分的种类和浓度、结晶方法、实验操作等因素密切相关。初步结果表明,所得晶体为NifB^-AV1单晶。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

棕色固氮菌中固氮酶与过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的相关性研究

通过对棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)沈-230菌株在不同时间培养下,菌的生长、繁殖与固氮酶(N2ase)、过氧化物酶(PER)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活力变化研究,发现棕色固氮菌中PER、CAT、SOD的活力水平与N2ase活性变化有密切的相天性。在对数生长期,N2ase活性随生长时间的延长而增加,同时CAT、PER和SOD酶的活性也相应增加。对数期之后,N2ase活力稍有下降,其它酶的活力亦有相应的变化。在研究酶活力变化的同时,研究了同工酶谱的变化。该变化亦有很强的规律性。根据研究结果,提出并讨论了棕色固氮菌中固氮酶的舫氧保护机制。     

棕色固氮菌突变种UW45的固氮酶钼铁蛋白(NifB-Av1)结晶

经两次DE52和Sephacryl S-300柱层析,从棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW45粗提液(37 677 mg蛋白)中纯化得到628 mg的NifB-Av1.经考马斯亮蓝R-250染色的SDS凝胶电泳分析表明,该蛋白基本达到SDS凝胶电泳纯,组成它的亚单位的种类与Av1(α和β亚单位)相似.NifB-Av1不能与NifB-Av2重组成具放氢活性的固氮酶,但可使与其保温重组的FeMoco显出高活性.在合适条件下,NifB-Av1可在结晶溶液中析出棕色短斜四棱柱晶体,目前所得最大晶体的二维边长均为0.1 mm.能否出现晶体以及出晶时间、晶体数目、大小、质量和形状等,与沉淀剂溶液各组分的种类和浓度、结晶方法、实验操作等因素密切相关.初步结果表明,所得晶体为NifB-Av1单晶.     

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白的几种化学修饰方法

用对氯汞苯甲酸或二巯基双二硝基苯甲酸修饰巯基。用三硝基苯磺酸、重氮四唑和焦碳酸二乙酯分别修饰氨基、酚式羟基和眯唑基。在一定范围内,被修饰钼铁蛋白在特征波长吸收值的上升和重组活性的下降与修饰剂用量的增加和时间的延长相一致,超过该范围后则光吸收和活性都保持不变。由于无氧凝胶过滤去除多余的修饰剂时未加连二亚硫酸钠,甚至正常钼铁蛋白的重组活性下降了24.2％,修饰后的铝铁蛋白活性下降范围为23.4～41.4％不等。     

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nif H的棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种DJ54中,分离纯化出部分纯的缺失FeMoco的钼铁蛋白(△nifH Av1).用相同纯化方法分别从DJ35和UW45突变种中纯化的△nifE Av1和NifB- Av1的纯度明显高于△nifH Av1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.△nifH Av1与NifB- Av1一样,晶体形成所需的时间比△nifE Av1的长.而它结晶所需的沉淀剂和缓冲液最适浓度则与△nifE Av1的相同.SDS-PAGE鉴定表明,结晶的△nifH Av1与OP Av1的组成相似.这表明,在△nifH Av1溶液中形成的晶体可能就是该蛋白质的晶体.     

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(ΔnifE Av1).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0.12 mm和0.13 mm.     

钼,铁,硫化合物激活曝氧的棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白的研究

曝氧后,棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶钼铁蛋白的催化活性和圆二色信号都显著降低,而吸收光谱则显著增加。与钼、铁、硫化合物和二硫苏糖醇组成的重组溶液保温后,曝氢蛋白的圆二色信号和吸收光谱几乎完全恢复至天然状态的同时,乙炔还原活性也得到了显著的恢复,表明重组溶液可使曝氧蛋白中的 P-cluster和其它活性部位都得到了不同程度的修复。     

异形胞与蓝藻的固氮

一些丝状蓝藻具有异形胞,它们是由丝状体中的营养细胞转化而来的,异形胞能够直接固定大气中的Ｎ２（分子态）,形成可为植物利用的氮素化合物,具异形胞的丝状蓝藻在保持自然界中的氮素循环,增加土壤肥力,提高农作物产量等方面均有重要意义。     

含锰固氮酶组分Ⅰ蛋白的纯化和特性

棕色固氮菌（Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3能在无Mo的无氨培养基中固氮生长,低浓度的Mn对UW3突变种生长有促进作用,从在Mn中生长的UW3菌体中分离得到的部分纯固氮酶组分Ⅰ蛋白含量有Mn和Fe原子（Fe/Mo/Mn为10．41：0．19：1．00）并有OP MoFe蛋白一半的还原乙炔和质子的活性。这种蛋白的吸收光谱和圆二色谱与MoFe蛋白存在明显的差异,含Mn蛋白的亚基分子量都与MoFe蛋白的α亚基相近。初步结果表明,这种含Mn蛋白可胡是一种固氮酶组分Ⅰ蛋白。     

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。     

棕色固氮菌nifZ与固氮酶钼铁蛋白P—cluster合成的关系

与野生型固氮菌（OP）MoFe蛋白相比,缺失nifZ的棕色固氮菌（AzotobactervinelandiiLipann）突变种的△nifZMoFe蛋白对乙炔的还原活性和Fe／Mo比值都显著降低。在相同实验条件下从这两种MoFe蛋白中抽提出的FeMoco在催化活性和金属组成方面都很相似,而这两种蛋白的圆二色（CD）谱则有显著差异,除在540－750nm外,△nifZMoFe蛋白在可见光区域380－540nm的△ε明显降低并在430nm附近处出现一个奇特的尖负峰;而在紫外区域的208nm和222nm负峰的高度却明显增加。△nifZMoFe蛋白可在合适浓度的PEG8000和MgCl2溶液中结晶出来,而晶体大小和出现沉淀多少与上述CD谱的负峰有关。这表明：棕色固氮菌nifZ与MoFe蛋白P-cluster的合成有关,并由此影响蛋白质的构象、稳定性和结晶过程。