光合细菌产氢因子的研究进展

光合细菌在固氮的同时释放氢气。产氢与固氮是同步进行的。固氮酶与氢酶共同影响光合细菌的产氢活性,而外源生理条件又影响着固氮酶与氢酶的活性,其中有机碳阻抑吸氢酶表达,促进产氢;氨则抑制固氮活性而降低产氢量;氧气的存在使固氮酶与氢酶都失活,从而抑制放氢反应的进行。     

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。     

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.       

Amperometry氢电极及其在光合细菌放氢中的应用

近年来,在光合作用,生物固氮研究领域中,人们愈来愈多地开展光合、固氮、放氢机制的研究,它不仅可以提高光合效率,使农作物达到更高的产量,而且可以探索光合生物利用太阳能光解水,获得新的二次能源——氢气的可能。在生物固氮体系中,固氮酶的氢释放,是细胞能量(以ATP或还原剂的形式)的损失,导致固氮效率的降低。因此,研究固氮生物内的氢代谢,减少放氢,提高固氮效率这个问题,引起了许多研究者的兴趣。测定氢的手段有多种,例如;质谱、气相色谱、同位素技术、微量呼吸器和Amperometry氢电极     

棕色固氮菌膜结合态氢酶性质的初步探讨

固氮生物普遍存在着氢酶,氢酶能催化最简单分子,即氢的可逆氧还化原反应。氢酶是生物固氮在能量利用过程中的关键酶。这一过程可以回收因固氮酶催化需ATP的放氢而消耗掉的部分能量。由于它涉及到生物固氨的效率,因此倍受     

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。     

不同固氮能力蓝藻放氢的研究

蓝藻和光合细菌一类光合固氮生物的放氢,由于与能源开发和固氮效率有密切联系而受到研究者的注视。以前我们在结合固氮研究放氢的实验中,不仅观察到蓝藻放氢对光有明显的依赖关系,体现了放氢对光合作     

水稻根际兼性厌氧催娩克氏杆菌和阴沟肠杆菌的固氮与氢代谢

兼性厌氧细菌Enterobacter cloacae菌株E-26和Klebsiella oxytoca菌株NG-13的氢酶与固氮酶同时形成。固氮的最佳碳源为蔗糖、葡萄糖和丙酮酸,此外延胡索酸和苹果酸也能支持固氮。支持固氮的碳源也支持放氢,两者动力学基本一致。40％乙炔预处理后,吸氢活性下跌,放氢量未增加;NH_4~ 抑制固氮酶,但未导致放氢量降低;可能E-26菌株的放氢主要依赖于氢酶。菌株E-26和NG-13的吸氢反应,既能以O_2为电子受体,也能以延胡索酸、硝酸、MB为电子受体。但仅延胡索酸为电子受体时,E-26菌的固氮活性被分子H_2促进,它的氢吸收利用与固氮相偶联;而在CO_2和NH_4~ 代谢与H_2利用之间并无明显相关性,吸氢活性不被CO_2和NH_4~ 促进。     

光合细菌利用太阳能产氢——解决能源危机的新途径

光合细菌是水生的革兰氏阴性的微生物,广泛分布于海洋、河川、湖泊、小溪和水塘中。因它含有细菌叶绿素和类胡萝卜素等光合色素,因此可以利用光能通过光合作用而生长繁殖。光合细菌在进行光合作用的同时,还能够行使固氮功能。光合作用形成的高还原物质和高能量物质,除了供给固氮酶的固氮需要外,也用于支持固氮酶的产氢反应,氢气的吸收则由氢酶执行。大量的研究工作表明,通过捕获光能产生氢气,从而将太阳能转化为稳定的化学能,是光合细菌的一个普遍特征。     

微藻光合作用制氢——能源危机的最终出路?

微藻光合作用制氢是解决能源短缺问题的有效途径.本文介绍了微藻光合作用制氢的机理,包括蓝藻固氮酶和可逆氢酶产氢以及绿藻可逆氢酶产氢的机理.在分析光合制氢限制因素的基础上,指出筛选和构建高效放氢藻株是制氢的有效途径.然后介绍了“直接生物光解”、固氮酶放氢和“间接生物光解”等制氢方式.利用绿藻“间接生物光解”水制氢是一种最有发展潜力的制氢方式.本文最后展望了微藻光合制氢的前景.     

光合细菌Rhodopseudomoaos capsulata固氮酶合成的光促诱导

紫色非硫光合细菌是兼性厌氧及兼性光合生长的细菌,利用这一可塑的生长特性,研究了光对Rhodopseudomonas capsulata的固氮酶合成的影响,结果表明:1.暗生长的无固氮活性的静止细胞一经照光其固氮酶即以高速率形成,一旦光照中断,固氮酶的合成也立即中止,氯霉素的抑制试验表明,这种光促诱导的固氮酶出现是酶蛋白的重新合成,而不是预先形成的系统在光下的激活。2.外源性电子供体如苹果酸、分子氢等对光促诱导的固氨酶合成有促进作用。3.固氮酶合成与细菌光合器的形成是彼此独立的,在黑暗中细菌光合膜可以形成,而固氮酶却不能形成。4.暗处好氧生长的光合细菌在同一光强下诱导固氮酶,细菌叶绿素含量高的菌体,其固氮酶合成的速率也高。5.固氮酶的诱导合成可被电子传递抑制剂或磷酸化解联剂完全抑制。基于上述结果,对光合细菌固氮酶的光促合成的可能机理作了讨论。     

固氮微生物的氢酶与固氮作用

本世纪三十年代初期,Stevenson和Stickland给细菌中能活化H_2的酶命名为“氢酶”。四十年代初,Wilson等人首次指出棕色固氮菌具有氢酶。五十年代中期Hock发现了豆科植物根瘤放H_2,自生固氮菌在固氮过程中放H_2。十年以后,Dixon指出两株豌豆根瘤菌形成不放H_2的根瘤,其类菌体中含有吸H_2酶(H_2-uptake hydrogenase),吸H_2酶参与固氮酶作用所释放H_2的再循环。从理论上计算,固氮酶每还原一克分子N_2,要消耗35克分子ATP,其中7克分子ATP用于还原质子(H~+)为H_2。这个数字说明固氮微     

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     

光合放氢与氢气能源

光合作用所吸收的日光能,首先贮存于ATP和NADPH_2两种称为同化力之中,然后除了用于CO_2还原外,在某些光合生物中还可用于还原H_2O或有机物分子中,并以分子态氢的形式释放出来,后者就是某些植物(主要是藻类)和细菌的光合放氢作用。现在已知,几乎所有的光合细菌都可以放氢,50%以上的藻类在一定条件下也可以放氢。如蓝绿藻既能进行光合固氮,又能进行光合放氢。这不仅说明了光     

浑球红假单胞菌在暗处发酵生长时的固氮酶、吸氢酶以及放氢机制的研究

光合细菌浑球红假单胞菌(Rhodopesudomonas sphaeroides)能在黑暗厌氧条件下生长。首次发现发酵生长的浑球红假单胞菌有固氮酶和吸氧酶的活性。试验比较了在光营养、黑暗厌氧呼吸和好氧呼吸生长方式下该菌的放氢作用,认为黑暗厌氧呼吸过程中的放氢是氢酶催化的放氢。     

四唑（Tetrazolium）对固氮鱼腥藻固氮和氢代谢的影响

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley)细胞能还原无色的TTC和NBT分别成为红色或蓝色的甲zan(formazan)沉淀。异形胞还原TTC的速率高于营养细胞。前异形胞及异形胞附近的营养细胞对NBT的还原作用最强。而异形胞对NBT不起还原作用。无论在异形胞形成红色甲zan或在营养细胞形成蓝色甲zan后都抑制固氮酶活性。NBT甲zan对固氮酶活性的抑制作用大于TTC甲zan,因为NBT氧化还原电位低于TTC。TTC和NBT两者都明显地抑制固氮鱼腥藻完整细胞的放氢。因鱼腥藻的放氢是由固氮酶催化的结果。四唑抑制放氢推想是由于它截取了固氮酶催化系统中的电子的缘故。固氮微生物(包括蓝色细菌和根瘤菌)对四唑还原与吸氢酶之间有无相关是一个争论的问题。一些学者认为分离豆科植物体的一些根瘤菌株培养于含有TTC的琼脂培养基,如还原,便可证明这些根瘤菌株能氧化氢;换言之,应用TTC的还原可作为一些根瘤菌的菌落具有吸氢酶的验证。相反,我们发现固氮鱼腥藻还原TTC和NBT之后,都没有影响吸氢的能力。因此,我们推想固氮鱼腥藻对四唑之还原与吸氢酶是没有直接的关系。     

荚膜红假单胞菌的基因转移子

紫色非硫细菌(Athiorhodaceae)可以在光照条件上厌氧生长,也可以在暗处好氧生长或厌氧生长。在光照条件下,它们可以行光合自养生长,也可以行光合异养生长。大多数光合细菌还能固氮,利用大气中的氮为生长的唯一氮源,同时能由固氮酶催化放氢。因此这类微生物在光合作用、固氮作用和生物力能学等     

四唑(Tetrazolium)对固氮鱼腥藻固氮和氢代谢的影响

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley)细胞能还原无色的TTC和NBT分别成为红色或蓝色的甲(月朁)(formazan)沉淀。异形胞还原TTC的速率高于营养细胞。前异形胞及异形胞附近的营养细胞对NBT的还原作用最强。而异形胞对NBT不起还原作用。无论在异形胞形成红色甲(月朁)或在营养细胞形成蓝色甲(月朁)后都抑制固氮酶活性。NBT甲(月朁)对固氮酶活性的抑制作用大于TTC甲(月朁),因为NBT氧化还原电位低于TTC。 TTC和NBT两者都明显地抑制固氮鱼腥藻完整细胞的放氢。因鱼腥藻的放氢是由固氮酶催化的结果。四唑抑制放氢推想是由于它截取了固氮酶催化系统中的电子的缘故。固氮微生物(包括蓝色细菌和根瘤菌)对四唑还原与吸氢酶之间有无相关是一个争论的问题。一些学者认为分离豆科植物体的一些根瘤菌株培养于含有TTC的琼脂培养基,如还原,便可证明这些根瘤菌株能氧化氢;换言之,应用TTC的还原可作为一些根瘤菌的菌落具有吸氢酶的验证。相反,我们发现固氮鱼腥藻还原TTC和NBT之后,都没有影响吸氢的能力。因此,我们推想固氮鱼腥藻对四唑之还原与吸氢酶是没有直接的关系。     

不产氧光合细菌Rhodobacter sphaeroides产氢影响因子研究

对不产氧光合细菌球形红细菌Rhodobacter sphaeroides产氢的影响因子进行了初步研究。结果表明,处于不同生长期的球形红细菌接种后的产氢速率略有差异,稳定期的菌株的产氢能力相对较低。苹果酸钠、乳酸钠、丙酮酸钠和葡萄糖都是球形红细菌产氢的良好碳源,这表明球形红细菌具有利用食品工业等高浓度废水为底物产氢的可能性。以葡萄糖和谷氨酸钠为C源和N源产氢时,适宜的葡萄糖浓度在25~50mmol/L之间,谷氨酸钠浓度在2~10mmol/L之间。球形红细菌产氢的适宜pH值在7.0~8.0范围内,酸性环境明显不利于该菌的催化放氢,适宜的温度在30~35℃范围内。光照强度在5000~7000lx之间适合于产氢。球形红细菌的固氮酶活性和放氢活性之间呈正相关性。吸氢酶虽然可在无固氮酶和无放氢活性的状态下独立表达,但多数情况下仍受氢气浓度的调节。以氮气为氮源时,固氮酶活性和放氢活性较低,铵的浓度高于0.5mmol/L时,固氮酶活性完全受到抑制,进而抑制产氢。     

光合细菌光合产氢的研究进展

光合细菌 (Photosyntheticbacteria ,PSB)光合产氢的研究是国内外普遍关注的热点问题。就PSB光合产氢的机理、条件及光合细菌生态应用等方面进行综述 ,并着重论述了光合细菌产氢过程中两种主要的酶—固氮酶和氢酶以及影响酶活性的因素。