棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii230)中氢酶与固氮酶关系的探讨

自Stephensen和Stickland发现氢酶之后,氢酶已在许多类型的微生物中被发现。然而固氮菌中氢酶的存在却引起了生物固氮工作者的普遍重视。Wilson及其同事对自生固氮菌中氢酶的性质作了一系列的报导。其中最有意义的发现是氢酶参与氧的吸收(尽管高浓度的氧能抑制氢酶)。Hyndman等发现氢酶参与氧化磷酸化的作用。Cixon报导氢酶可能有三种功能:(1)通过氢的被氧化除氧;(2)解除氢对固氮的抑制作用;(3)作为再循环的部分补充由于     

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。     

不同固氮条件下蓝藻氢酶活性的研究

一般认为仅是原核生物才具有的氢酶,在一系列的光合和非光合固氮生物中也相继被发现。它在这些生物机体中执行着除固氮酶和可逆性氢酶(reversible hydrogenase)放氢以外的催化氢代谢的功能,并能回收固氮酶放氢中失去的氢,提高固氮效率,从而和     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

紫云英根瘤菌109菌株氢酶诱导表达

根瘤菌自生培养物的吸收分子氢系统,不但可以在自养或异养的固体培养基上表达,而且也可以在异养的液相培养基中表达。其表达受碳水化合物、氧和分子氢浓度诸环境因子调节。诱导氢酶须用指数后期的培养物进行;所有试验过的可利用的碳水化合物均可阻抑氢酶表达;而20m mol/L的KNO_3和NH_4Cl对氢酶表达也有阻抑作用。正交组合试验指出紫云英根瘤菌的高吸氢活性是在40％N_2,14％H_2,4％O_2以及4.2％CO_2的气相条件下表达。Ar取代H_2后,无吸氢活性;氢酶表达后,移去H_2,则表达停止。氧浓度稍高阻抑氢酶表达;氯霉素的阻抑表达效应与氧阻抑类似。     

磷酸缓冲液对丁酸梭菌A69酶活力及产氢量的影响

分别在不同浓度pH7.0的磷酸缓冲液中培养Clostridium butyricum A69,随着磷酸盐缓冲液浓度的增高,培养过程中pH值下降减慢,放氢氢酶较长时间地维持在较高的酶活水平上。而吸氢氢酶活力基本保持不变,因而导致氢气产量有较大幅度的提高。在10mmol和70mmol磷酸盐缓冲液中,最终氢气产量几乎相差一倍,说明控制溶液的pH能大幅度地提高氢气产量。     

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。     

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。     

细菌氢酶的结构和催化功能

早在本世纪初就发现多种生物体,主要是细菌和藻类具有释放和利用分子氢的能力,但是参与分子氢反应的酶的本质,直到30年代才得到证实。通常用下面的反应式表示: H_2+氧化态MV2H~++还原态MV 1931年Stevenson和Stickland命名具有此催化活性的酶为氢酶。自1974年Chen和Mortenson在巴氏梭     

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。     

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.     

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。     

聚球藻PCC 7942氢酶的分离纯化及特性研究

报道了室温、空气环境下聚球藻Synechococcus sp.PCC7942氢酶的分离纯化.经过超声破碎、超速离心、离子交换层析、疏水层析及凝胶层析等步骤,氢酶被纯化了218倍,得率为6.5%,比活为1.46U·mg^-1蛋白.纯化氢酶的SDS-PAGE图显示五条蛋白带,分子量约为83kDa,60kDa,47kDa,30kDa和27kDa.该氢酶为可溶性的双向氢酶,其催化放氢的最佳电子供体为还原态的甲基紫精,最适温度50℃,最适pH8.0.     

多变鱼腥藻可逆氢酶的诱导及其特性

在NH4^+或在无氮培养条件下,对多变鱼腥藻的营养细胞照光并通过N3气24小时,均可诱导出可逆氢酶,照光和厌氧是在多变鱼腥藻营养胞中诱导出可逆氢酶的必要条件。－－在NH4^+或无氮两种培养条件下所诱导出的可逆氢酶的性质基本相同。（1）当提供还原甲基紫精做它的电子供体时,它们能够放氢;当提供苄基紫精做它的电子受体时,它们都可以吸氢。（2）它们都是热稳定的,并对O2都是不敏感的。（3）它们的放氢活性的最适pH相同,为pH7－7．5。（4）在NH4^+和无氮培养条件下,所诱导的可逆氢酶的Km值（对于放氢）分别为300umol/l和295umol/l,大致相同,如此高的Km值表示它们在细胞中的代谢功能可能是放氢。（5）CO抑制它们的放氢活性,而C2H2对它们的放氢活性没有影响,在NH4^+培养条件下,从从变鱼腥藻营养细胞所诱导出的可逆氢酶的放氢活性可达1530nmol H2/mg. 干重．小时。它比在无氮培养条件下所诱导的可逆氢酶的放氢活性高3－5倍,以上实验结果表明,多变鱼腥藻在无氮培养条件下,异形胞的出现影响营养细胞中可逆氢酶的合成和活性的调节。