固氮酶铬铁蛋白和锰铁蛋白大单晶的培养

用液 /液扩散法 ,从分别含Cr和Mn的无氨培养基中生长的固氮菌 (AzotobactervinelandiiLipmann)突变种UW3 中纯化出的CrFe蛋白和MnFe蛋白 ,在合适的结晶条件下生长出深棕色大单晶 (最大晶体的尺寸分别为 0 .2 0mm× 0 .2 0mm× 0 .0 7mm和 0 .18mm× 0 .18mm× 0 .0 5mm)。PEG、MgCl2 和NaCl的浓度对这两种蛋白的出晶时间、晶核数目、晶体大小和形状都有明显影响。结果表明 ,用此结晶法有利于CrFe蛋白和MnFe蛋白生长出可供X_射线衍射分析的大单晶。     

固氮酶锰铁蛋白的晶体生长

从以Mn代钼的固氮培养基中固氮生长的固氮菌（Azotobacter vinelandii Lipmann）突变种UW3中分离纯化的MnFe蛋白,在一定的结晶条件下,可从溶液中析出深棕色的短斜四棱柱晶体。Tris和Hepes缓冲液、NaCl、MgCl2和PEG的浓度及结晶方法等,对该蛋白的出晶率、晶核数目、晶体大小和质量均有明显的影响,PEG浓度的改变还可使该蛋白晶体的晶型发生变化。MnFe蛋白结晶所需的上述化合物的最适浓度与缺失nifZ固氮菌突变种△nifZ MoFe需的最适浓度有所不同。ＳＤＳ凝胶电泳表明,晶体溶解的蛋白与结晶前的MnFe蛋白基本相同。结果表明：该晶体为MnFe蛋白的晶体。     

固氮酶铬铁蛋白的晶体生长

在合适的结晶条件下 ,从含Cr无氨培养基中生长的固氮菌 (AzotobactervinelandiiLipmann)突变种UW3 中纯化出的CrFe蛋白可从溶液中析出深棕色斜四棱柱晶体 ,晶体最大的两条对角线长度分别可达 0 .2 5mm和 0 .12mm。PEG 80 0 0、MgCl2 、NaCl、Tris和Hepes缓冲液的浓度及结晶方法等对该蛋白的出晶率、晶核数目、晶体大小和质量都有明显影响。CrFe蛋白结晶所需的上述化合物的最适浓度与在Mn中生长的固氮菌突变种UW3 的MnFe蛋白和缺失nifZ固氮菌突变种的ΔnifZMoFe蛋白结晶所需的最适浓度有所不同。结果表明 ,该蛋白晶体可能为CrFe蛋白的晶体     

固氮酶铬铁蛋白的晶体生长

在合适的结晶条件下,从含Cr无氨培养基中生长的固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3中纯化出的CrFe蛋白可从溶液中析出深棕色斜四棱柱晶体,晶体最大的两条对角线长度分别可达0.25 mm和0.12 mm.PEG 8000、MgCl2、NaCl、Tris 和Hepes 缓冲液的浓度及结晶方法等对该蛋白的出晶率、晶核数目、晶体大小和质量都有明显影响.CrFe蛋白结晶所需的上述化合物的最适浓度与在Mn中生长的固氮菌突变种UW3的MnFe蛋白和缺失nifZ固氮菌突变种的ΔnifZ MoFe蛋白结晶所需的最适浓度有所不同.结果表明,该蛋白晶体可能为CrFe蛋白的晶体.     

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。     

含铬固氮酶组分I蛋白的纯化和特性

在含Mo固氮培养基中不能生长而在无Mo条件下可固氮生长的固氮菌（Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3,能在无Mo而含Cr的无氮培养基中生长。从菌体中分离得到的部分纯固氮酶组分I蛋白含有Cr和Fe原子（Fe/Mo/Cr为11.60:0.41:1.00),并能表达相当于棕色固氮菌野生型固氮菌MoFe蛋白对乙炔和质子还原的70％的活性。与从Mn中生长的UW3菌体中所提取纯化的MnFe蛋白不同,这种含铬蛋白与MoFe蛋白（α2β2)一样,是由两种亚基组成的四聚体。初步结果表明,这种含Cr蛋白可能是一种固氮酶组分I蛋白。     

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.     

含铬固氮酶组分Ⅰ蛋白的纯化和特性

在含Mo固氮培养基中不能生长而在无Mo条件下可固氮生长的固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3, 能在无Mo而含Cr的无氮培养基中生长.从菌体中分离得到的部分纯固氮酶组分Ⅰ蛋白含有Cr和Fe 原子(Fe/Mo/Cr为11.60∶0.41∶1.00),并能表达相当于棕色固氮菌野生型固氮菌MoFe蛋白对乙炔和质子还原的70%的活性.与从Mn中生长的UW3菌体中所提取纯化的MnFe蛋白不同,这种含铬蛋白与MoFe蛋白(α2β2)一样,是由两种亚基组成的四聚体.初步结果表明,这种含Cr蛋白可能是一种固氮酶组分Ⅰ蛋白.     

锰对部分缺失金属原子簇的固氮酶钼铁蛋白的重组作用

棕色固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ）固氮酶钼铁蛋白经邻菲口罗啉和Ｏ２ 处理后,变为部分缺失Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ和ＦｅＭｏｃｏ 的失活蛋白,经与由ＫＭｎＯ４、高柠檬酸铁、Ｎａ２Ｓ和二硫苏糖醇组成的重组液保温后,重组蛋白的吸收光谱和对Ｃ２Ｈ２、Ｈ＋ 和Ｎ２ 的还原活性都恢复至与还原钼铁蛋白相似的状态,而它的α－螺旋度和在３８０—５５０ ｎｍ 、６２０—６７０ ｎｍ 的ＣＤ谱虽有明显的恢复,但仍与还原钼铁蛋白有所不同。表明：（１）重组蛋白液既含有在缺失金属原子簇的ＭｏＦｅ蛋白与含Ｍｎ 重组液重组过程中可能组装的ＭｎＦｅ 蛋白,又含有在邻菲口罗啉和Ｏ２ 处理后金属原子簇仍旧完整的ＭｏＦｅ蛋白;（２）ＭｎＦｅ蛋白和ＭｏＦｅ蛋白在固氮能力上可能是相似的,而在结构上却可能略有差异     

固氮酶CrFe蛋白和MnFe蛋白的空间晶体生长

从分别牛长于含Mn和Cr培养基中的棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3分离纯化出MnFe和CrFe蛋白。为适应包括固氮酶在内的氧敏感蛋白的空间晶体生长的要求,应用简易而适用的厌氧加样装置代替固氮酶实验室所用的笨重厌氧箱(dry box),在地面进行厌氧加样。在充满氮气的简便有机玻璃箱内厌氧加样的所有样品中,分别用液／液扩散法和汽相扩散的坐滴法都可在一周内使MnFe和CrFe蛋白在宇宙飞船上从溶液中结晶出来。在所用的数种蛋白沉淀剂中,飞船上形成的所有晶体都为单品,而地面上在多数沉淀剂中都生成大量挛晶。在相同沉淀剂中用液／液扩散法,飞船上生成CrFe蛋白的最大晶体比地面生成的最大晶体大1倍。而在相同沉淀剂中用汽相扩散的坐滴法,飞船上生成的MnFe蛋白最大晶体却没有地面生成的最大晶体大。这种差异也许是由不同结晶方法而不是不同蛋白所引起的。     

固氮酶CrFe蛋白和MnFe蛋白的空间晶体生长

从分别生长于含Mn和Cr培养基中的棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3分离纯化出MnFo和CrFe蛋白.为适应包括固氮酶在内的氧敏感蛋白的空间晶体生长的要求,应用简易而适用的厌氧加样装置代替固氮酶实验室所用的笨重厌氧箱(dry box),在地面进行厌氧加样.在充满氮气的简便有机玻璃箱内厌氧加样的所有样品中,分别用液/液扩散法和汽相扩散的坐滴法都可在一周内使MnFe和CrFe蛋白在宇宙飞船上从溶液中结晶出来.在所用的数种蛋白沉淀剂中,飞船上形成的所有晶体都为单晶,而地面上在多数沉淀剂中部生成大量孪晶.在相同沉淀剂中用液/液扩散法,飞船上生成CrFe蛋白的最大晶体比地面生成的最大晶体大1倍.而在相同沉淀剂中用汽相扩散的坐滴法,飞船上生成的MnFe蛋白最大晶体却没有地面生成的最大晶体大.这种差异也许是由不同结晶方法而不是不同蛋白所引起的.     

Growth of the Crystals of Nitrogenase MnFe Protein (in English)

Under a suitable condition of crystallization, dark brown short rhombohedron crystals could be obtained from nitrogenase MnFe protein purified from a mutant UW3 of Azotobacter vinelandii Lipmann grown in Mn-containing but Mo- and NH3-free medium. The possibility of crystallization, and number,size and quality of crystals were obviously dependent on concentrations of NaCl,MgCl2, PEG 8000,Tris and Hepes buffer and on methods for crystallization. PEG concentration affected on the shape of the crystals.The optimal concentrations of the chemicals for crystallization of MnFe protein were slightly different from those for crystallization of ΔnifZ MoFe protein from a nifZ deleted strain of Azotobacter vinelandii .　SDS-PAGE showed that the protein from the dissolved crystals was almost the same as MnFe protein before crystallization, indicating that the crystal was formed from MnFe protein.     

棕色固氮菌突变种UW3部分提纯的固氮酶CrFe蛋白溶液中残存细菌铁蛋白的晶体生长及鉴定

从无钼、无氨而含铬的固氮培养基中生长的棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3中纯化得到了部分纯的CrFe蛋白.在试图培养CrFe蛋白大晶体时发现,棕色晶体和砖红色晶体可同时或单独出现.SDS-PAGE和厌氧天然PAGE皆表明,棕色晶体主要由与固氮酶钼铁蛋白(Av1)类似大小的亚基(～60 kD)组成,而砖红色晶体则由～20kD亚基组成.免疫分析表明只有～60kD的亚基可与固氮酶钼铁蛋白的抗体反应,而～20kD亚基则无这种反应.在部分纯的CrFe蛋白溶液中,～20 kD的总蛋白含量远低于～60 kD蛋白的含量,表明由这种小亚基组成的蛋白只是CrFe蛋白溶液中的一种污染蛋白.用3,5-二氨基苯甲酸染色的天然电泳表明,形成砖红色和棕色晶体的蛋白是迁移率不同的两种含铁蛋白.质谱分析表明砖红色晶体蛋白为棕色固氮菌的细菌铁蛋白.分辨率为2.34 A的X射线衍射结果也表明,砖红色晶体属于H3空间群,晶胞参数为a=124.965A,b=124.965A和c=287.406 A.即将发表的三维结构解析表明,此砖红色晶体确为24聚体的细菌铁蛋白.     

棕色固氮菌突变种UW3部分提纯的固氮酶CrFe蛋白溶液中残存细菌铁蛋白的晶体生长及鉴定

从无钼、无氨而含铬的固氮培养基中生长的棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种UW3中纯化得到了部分纯的CrFe蛋白。在试图培养CrFe蛋白大晶体时发现,棕色晶体和砖红色晶体可同时或单独出现。SDS-PAGE和厌氧天然PAGE皆表明,棕色晶体主要由与固氮酶钼铁蛋白(Av1)类似大小的亚基(～60kD)组成,而砖红色晶体则由～20kD亚基组成。免疫分析表明只有～60kD的亚基可与固氮酶钼铁蛋白的抗体反应,而～20kD亚基则无这种反应。在部分纯的CrFe蛋白溶液中,～20 kD的总蛋白含量远低于～60 kD蛋白的含量,表明由这种小亚基组成的蛋白只是CrFe蛋白溶液中的一种污染蛋白。用3,5-二氨基苯甲酸染色的天然电泳表明,形成砖红色和棕色晶体的蛋白是迁移率不同的两种含铁蛋白。质谱分析表明砖红色晶体蛋白为棕色固氮菌的细菌铁蛋白。分辨率为2.34的X射线衍射结果也表明,砖红色晶体属于H3空间群,晶胞参数为a=124.965,b=124.965和c=287.406。即将发表的三维结构解析表明,此砖红色晶体确为24聚体的细菌铁蛋白。     

Purification and Characteristics of Mn-containing Nitrogenase Component

A mutant UW3, which is unable to fix N2 in the presence of Mo (Nif-) but undergo phenotypic reversal to Nif+ under Mo deficiency, was able to grow in Mo- and NH3-deficient medium containing Mn, and the growth was accelerated by Mn at low concentration. A partly purified nitrogenase component Ⅰ protein separated from UW3 grown in the Mn-containing medium was shown to contain Fe and Mn atoms (ratio of Fe/Mo/Mn: 10.41/0.19/1.00) with C2H2- and H+-reducing activity which almost equal to half of that of MoFe protein purified from wild-type mutant of Azotobacter vinelandii Lipmann. This protein was obviously different from MoFe protein in both absorption spectrum and circular dichroism, and the molecular weight of subunits in Mn-containing protein was close to that of α subunit in MoFe protein. The preliminary results indicated that the protein containing Mn might be a nitrogenase component Ⅰprotein.