蓝藻Hox氢酶催化产氢的调控

蓝藻是唯一能通过光合作用产生清洁可再生燃料氢气的原核微生物。一些蓝藻具有催化产氢活性的镍-铁Hox氢酶(双向氢酶), 由于其巨大的应用潜力受到广泛的关注。但Hox氢酶在蓝藻产氢过程中调控途径尚不清楚。本文对蓝藻Hox氢酶的结构、生态分布和表达调控的研究进展进行了总结。简单介绍了作者近来对模式蓝藻Synechocystis sp. PCC 6803 hox操纵子中两个未知功能基因ssl2420和sll1225的研究结果。     

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。     

亚心形四爿藻氢酶的稳定性及初步纯化

亚心形四爿藻Tetraselmis subcordiformis是一种具有高产氢能力的海洋绿藻,在厌氧环境中经暗诱导调控,可进行一定时间的连续产氢。氢酶是亚心形四爿藻进行光合产氢的关键酶,本文研究了在厌氧环境中连二亚硫酸钠、β-巯基乙醇和丙三醇等试剂对氢酶的稳定性影响,考察了硫酸铵分级沉淀对氢酶的纯化效果及回收情况。结果表明,连二亚硫酸钠和丙三醇均能对氢酶起到较好的保护作用。60%～70%饱和度硫酸铵沉淀出的蛋白样品比酶活较高,且所含其他蛋白较少,可用于氢酶的进一步纯化。     

产甲烷古菌铁氢酶研究进展

根据活性中心金属原子的不同,氢酶主要分为镍铁、铁铁、铁氢酶三大类。铁氢酶是发现较晚、存在物种单一且结构较为特殊的一类氢酶。目前,铁氢酶仅发现于氢营养型产甲烷古菌中。该酶直接催化氢气异裂,还原产甲烷代谢途径中一碳载体四氢蝶呤的次甲基转化为亚甲基。与其他两类氢酶相比,铁氢酶不含传递电子的铁硫簇和双金属活性中心,在结构组成上有较大的差异。此外,铁氢酶活性中心的吡啶环被高度取代,活性中心铁原子直接与酰基碳成键,这些奇特的活性分子结构预示着氢酶全新的催化机制,以及古菌细胞在合成特殊结构大分子方面的特殊功能。本文总结了从1990年发现这类新型氢酶以来的相关研究,分别从氢酶的生理功能、结构特征、催化机制、成熟过程及应用研究等方面阐述铁氢酶的研究进展。     

镍对荚膜红假单胞菌氢酶和固氮酶活性的促进作用

本文报道了过渡金属镍离子对荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulata)菌株N3氢酶吸氢活性和固氮酶乙炔还原活性的促进作用,当培养基内的镍离子浓度为IμM时,生长菌体的氢酶具有最大的吸氢活性,但镍离子对固氮酶活性的最适浓度为5pjIfo镍离子加入到整体细胞或无细胞提取液中,对氢酶话性无促进作用。镍离子加入到整体细胞中,固氮酶活性也没有被促进。其它一些过渡金属离子,例如Co2+、Cu2+、Zn2+什对氢酶和固氮酶活性均无促进作用。无论有无镍离子存在,螯合试剂。O-phenanthroline 和EDTA 对生长菌体的氢酶和周氮酶的活性均有少量的抑制作用,基于以上试验结果,对Ni2+参与Rps. Capsulata 氢酶蛋白质合成以及有关作用机理进行了讨论。     

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley HB 686)氢酶的存在形式和性质

Anabaena azotica HB 686氢酶有可溶性和膜结合两种存在状态,其中膜结合氢酶占总吸氢活性的67％,是吸氢酶的主要存在形式。在分离过程中,这两种氢酶在DEAE(DE—52)柱上的洗脱行为不同;此外,膜结合氨酶与氢的亲和力和吸氢能力均较强,对低温更敏感。这些差异可能与这两种氨酶的结构与生理功能不同有关。     

绿藻高效制氢影响因素的研究

绿藻作为生物能源的研究和开发具有诱人的发展前景。本文概述了绿藻制氢和产氢途径的研究进展,重点介绍了绿藻高效制氢的影响因素--绿藻[Fe]-氢化酶的研究和绿藻制氢的重要控制参数,同时,对绿藻制氢作为生物能源的开发应用前景进行了展望。     

荚膜红假单孢菌膜结合态氢酶生理电子受体性质的研究

对光合细菌荚膜红假单孢菌F菌株的部分纯化膜结合态氢酶进行了分离,此酶虽能催化氢的可逆氧化还原反应,但主要行使吸氢功能,其吸氢活性是放氢活性的100倍左右。在吸氢反应中,对电子载体MB的Km为10．4μm;此氢酶放氢活性的最适pH为7．2,电子载体为MV,阴离子F一、Cl-、Br一、I一和SO24一对放氢活性有不同程度抑制。同时,过渡金属阳离子Fe2+、Cu2+、Hg2+以及极性溶剂Me2SO对其放氢活性也有抑制作用。细胞色素c,作为电子载体可参与氢酶放氧反应;在氢酶存在下,细胞色素c,能被分子氢还原。而在相同测定条件下,Fd支持的氢酶放氢活性却很低,并且很难被氢一氢酶体系所还原。基于这些结果,对氢酶的生理电子受体性质进行了讨论。     

氢化酶结构研究进展

氢化酶是微生物代谢产氢过程中的关键酶,也是目前生物制氢领域的研究热点。本文综述了厌氧发酵产氢微生物中氢化酶的分类及特点,以及[Ni—Fe]、[Fe—Fe]和[Fe—Scluster—free]三种氢化酶晶体结构和活性中心结构;阐述了多种微生物来源的氢化酶结构的研究进展,对几种典型氢化酶的结构及活性中心进行了对比分析,并根据当前研究热点,对氢化酶的研究方向进行了展望。本文阐述的内容信息量丰富且具有一定的实用性,对于氢化酶相关领域研究具有重要的意义。     

氢酶结构及催化机理研究进展

氢酶是一类催化氢的氧化或质子还原的酶,它在微生物产氢过程中扮演着重要角色。根据氢酶所含的金属元素,可分为NiFe_氢酶、Fe-氢酶和不含金属元素的metal_free氢酶。大多数氢酶含有金属原子,它们参与氢酶活性中心和[Fe_S]簇的形成。氢酶的活性中心直接催化氢的氧化与质子的还原,[Fe_S]簇则参与氢酶催化过程中电子的传输。目前已有数种NiFe_氢酶和Fe_氢酶的X射线衍射晶体结构被阐明。根据metal_free氢酶的序列特征,推断其结构与NiFe_氢酶和Fe_氢酶之间存在较大差异。对氢酶活性中心和[Fe_S]簇的深入研究,揭示了氢酶催化反应的机理。     

贵州红壤水稻土淹水培养过程中Fe-氢酶微生物的多样性

【目的】研究水稻土淹水培养过程中Fe-氢酶微生物的多样性,对于揭示Fe-氢酶微生物的群落演替规律和产氢微生物的生化代谢机理具有重要的意义。【方法】采用PCR-变性梯度凝胶电泳和实时定量PCR技术进行基于梭菌属Fe-氢酶基因的多样性和丰度的分析。【结果】水稻土淹水培养过程中Fe-氢酶基因的变性梯度凝胶电泳图谱显示,培养1-5 d时Fe-氢酶基因条带数增加,10 d时Fe-氢酶基因条带数减少,20-40 d时Fe-氢酶基因条带数再次增加并保持稳定,对应的含Fe-氢酶微生物的群落结构随着培养过程的进行发生了显著变化。主成分分析表明,1 d与20 d、5 d与10 d、30 d与40 d的含Fe-氢酶微生物群落结构相似性较高,随着培养时间的增长含Fe-氢酶微生物群落结构趋于稳定。α多样性指数分析显示,1 d和10 d的丰富度指数(R)、Shannon-Weaver指数(H’)、Simpson指数(DS)与其他时间点相比较小,说明这2个时间点的Fe-氢酶多样性低,对应的含Fe-氢酶微生物群落结构较为简单,表明淹水培养过程中微生物的群落结构发生了演替变化。变性梯度凝胶电泳指纹图谱15个Fe-氢酶的优势条带测序后构建的系统发育树表明,培养前期的优势条带与梭菌属的Fe-氢酶关系较近,培养后期出现了非梭菌属的Fe-氢酶。淹水培养过程中Fe-氢酶基因的拷贝数在106/g干土的水平,占细菌的相对比例为1‰–2‰。【结论】水稻土淹水培养过程中发现了4种梭菌属Fe-氢酶和3种非梭菌属Fe-氢酶基因,对应的含Fe-氢酶微生物在培养前期群落结构发生显著演替变化,培养后期趋于稳定。     

含花生根瘤菌吸氢基因重组质粒pZ-55的特性分析

应用含豌豆根瘤菌部分吸氢基因的探针及PCR分析,从花生根瘤菌基因文库中筛选到含有吸氢基因的重组质粒pZ-55。用BamHⅠ、EcoRⅠ和KpnⅠ等内切酶对pZ-55 进行酶切分析,构建了pZ-55的酶切物理图谱。经三亲本杂交分析,pZ-55能互补诱变株Ln-1（Hup     

含花生根瘤菌吸氢基因重组质粒pZ—55的特性分析

应用含豌豆根瘤菌部分吸氢基因的探讨及ＰＣＲ分析,从花生根瘤菌基因文库中筛选到含有吸氢基因的重组质粒ｐＺ－５５。用ＢａｍＨⅠ、ＥｃｏＲⅠ和ＫｐｎⅠ等内切酶对ｐＺ－５５进行酶切分析,构建了ｐＺ－５５的酶切物理图谱。经三亲本杂交分析,ｐＺ－５５能互补诱变株Ｌｎ－１（Ｈｕｐ＾－）,获得在自生条件下表达吸氢活性。     

粪产碱菌A—15氢酶的初步探讨

1931年Stephenson及其同事从异养菌中发现氢酶以来,国内外科学家们均在好气微生物和厌气微生物的氢酶方面做了大量的工作。鉴于氢酶在固氮过程中可能起节能作用,这与固氮活力有重要关系。本文就微需氧固氮的稻根联合固氮菌粪产碱菌A—15(AlcaligenesfaecalisA—15)氢酶进行了一些研究。     

应用免疫和质谱法对亚心形扁藻氢酶蛋白进行亚细胞定位和分类

亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)是新发现的一株产氢海洋单细胞绿藻,经过胁迫调控可实现一定时间的持续产氢。氢酶是亚心形扁藻在胁迫条件下进行光合产氢的一个关键酶。但到目前为止,亚心形扁藻氢酶相关信息仍不清楚。利用蛋白合成抑制剂氯霉素和放线菌酮对亚心形扁藻氢酶活性进行考察,同时利用免疫印迹技术和免疫胶体金电镜对亚心形扁藻氢酶蛋白进行亚细胞定位分析。结果表明:亚心形扁藻氢酶蛋白可能由胞浆内合成,在叶绿体行使功能。采用免疫共沉淀技术富集亚心形扁藻细胞氢酶蛋白,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对免疫共沉淀复合物进行分离,从胶中切取目的蛋白条带,胶内酶解后进行基质辅助激光解吸飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)分析,得到相应的肽指纹图谱,通过搜索数据库检索初步断定亚心形扁藻氢酶蛋白为铁氢酶。     

微生物产氢机理的研究进展

微生物可以利用工业废弃物产生氢气,其产氢机理可以分成两种:光合产氢和发酵产氢。前者利用光能,后者利用代谢过程中产生的电子,分解有机物产氢。氢酶是产氢过程中的关键酶,催化氢的氧化或质子的还原。氢酶主要有[NiFe]氢酶和[Fe]氢酶两种,具有不同的结构,但催化机理是相似的。本文主要综述产氢微生物的种类、微生物产氢代谢途径和关键酶催化机理,并展望微生物产氢研究的发展方向。     

高等植物氢化酶活性研究进展

氢化酶作为一种可催化氢气氧化与质子还原的金属酶,在生物体的氢代谢过程中发挥着关键作用。已有研究表明,氢气干预可对植物的生长发育和抗逆性产生积极影响,同时一些高等植物的内源性产氢现象也已得到证实,然而关于催化内源性产氢的氢化酶目前了解较少。虽然已有多项研究表明,叶绿体可能是高等植物产氢的关键部位,但是鉴于多种植物在种子萌发时仍然可以产氢,而种子萌发过程中叶绿体还没有生成,加上氢化酶在进化上与线粒体复合物Ⅰ具有同源性,在对氢化酶研究现状进行概述的基础上,提出了高等植物线粒体具有氢化酶活性的猜想,并总结了线粒体存在氢化酶活性的初步实验证据,以期为后续线粒体与氢化酶的关系研究提供参考依据。     

氢化酶重组表达研究进展

氢化酶催化最简单的氧化还原反应,但蛋白结构却非常复杂,对其蛋白结构和催化功能的研究牵动着生物制氢、光电产氢催化剂及氢能源电池等相关绿色能源产业的发展。氢化酶通常可逆地催化质子还原产氢的反应,对氧化还原电位非常敏感,催化活性中心易于被氧化失活,活性蛋白的分离提纯十分不易,使得对其催化机制的认识推进缓慢。为了获取更多的氢化酶活性蛋白,许多研究团队先后对氢化酶开展了大量的同源或异源重组表达研究,就这类研究工作进行了扼要的总结和分析。     

右旋糖酐酶研究进展

右旋糖酐酶是一种将高分子右旋糖酐催化降解为低分子量多糖的水解酶。该酶及其催化产物在医药、食品、化工等工业领域具有重要的应用价值与广泛的工业用途,因此近年来国内外对右旋糖酐酶的研究逐渐增多。结合文献记载及本实验室研究成果,对右旋糖酐酶的研究进展及其工业应用进行综述,并对当前有关该酶研究的热点和重点、国内右旋糖酐酶研究存在的问题以及未来的研究趋势提出了见解。     

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。