ATP功能及固氮酶催化机理

一、引言固氮酶能够催化N_2及其它底物(N~-_3、N_2O,C_2H_2,HCN,RCN,RNC,H~ ,丙二烯、环丙烯)的还原反应,ATP水解反应以及Na_2S_2O_4氧化反应。固氮酶究竟是钼铁蛋白,还是由钼铁蛋白     

固氮作用

<正>棕色固氮菌(Azorobacter。 vinelan dii)的固氮酶含有钼,它在N_2培养下需要钼,但在NH_3培养下不需要钼。本综述中讨论了有关固氮酶中钼的重要性质,特别是Fe一Mo辅因子和Mo辅因子的关系。用突变种和钼对固氮酶的调节研究了     

固氮酶铁钼蛋白的氧敏感性

自然界中含有固氮酶的微生物和蓝绿藻,能够把大气中的N_2转变为可被植物利用的氮。这些固氮生物中,好气性自生固氮菌、豆科植物根瘤菌及某些藻类在有氧环境中能高效率固定N_2。而所有固氮生物体内的固氮酶对O_2都非常敏感,其敏感程度随分离、纯化程度的提高而提高。一些生物能在好气环境中固氮是因在他们的体内存在结构(膜、构象)保护、呼吸保护和保护蛋白、豆血红朊等的作用,所以,固氮酶可避免氧的损伤而完成固氮功能。     

不同底物与固氮酶及其钼铁蛋白相互作用的荧光光谱分析

 本文研究了不同底物(N_2,H_2,N_2O,NaN_3,C_2H_2)对棕色固氮菌固氮酶及其钼铁蛋白荧光光谱的影响。结果表明,上述底物均能络合在钼铁蛋白及固氮酶上,但络合程度不同,从而为固氮酶系统有多个不同的底物络合中心,底物络合中心在钼铁蛋白分子上,铁蛋白对钼铁蛋白有变构作用,提供了光谱学证据。     

钼铁蛋白铁钼辅因子的有机组分对其功能的影响

棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶的钼铁蛋白经邻菲啰啉在厌氧或有氧环境中处理后,变为 P-cluster 单一缺失或 P-cluster 和 FeMoco 同时缺失的失活钼铁蛋白。含柠檬酸盐或高柠檬酸盐的重组液都使这两种失活蛋白能恢复固氮酶重组的 H~ 和 C_2H_2还原活性,活性恢复程度随反映钼铁蛋白中金属原子簇含量变化的圆二色和磁圆二色谱及金属含量的恢复程度的提高而提高,但它们固 N_2能力的恢复程度则不相同:P-cluster 单一缺失的蛋白用两种重组液重组后均可恢复其固 N_2能力,而 P-cluster 和 FeMoco 同时缺失的蛋白,只有用含高柠檬酸盐的重组液重组才恢复其固 N_2能力,表明含不同有机组分的重组液所组装的 P-cluster 均与天然状态相同,只有含高柠檬酸盐的重组液所组装的 FeMoco 才与天然状态相同,从而证明高柠檬酸盐是 FeMoco 的必需的有机组分。     

第二种固氮酶系统的确证与研究进展

生物固氮是由固氮微生物中的固氮酶系统催化的。棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)是一种自生固氮菌。许多研究表明:它含有人们所熟知的固氮酶系统。此系统由固氮酶(一种含Fe和Mo的蛋白)和固氮酶还原酶(一种含Fe蛋白)组成。固氮酶是一种分子量约245000的四亚基蛋白。它含有分子量约61000的α、β两种不同的亚基各两个,并含有4个4Fe-4S原子簇和2分子FeMo辅因子。固氮酶还原酶是一个分     

固氮酶的研究进展

固氮酶将N2还原为NH3的过程是自然界实现氮循环的重要环节。固氮酶是由γ2型二聚体组成的Fe蛋白和α2β2异四聚体组成的MoFe蛋白组成。固氮酶催化的机制包括铁蛋白的氧还循环和钼铁蛋白的氧还循环两部分。Klebsiella pneumoniae的nif基因簇由20个基因组成,构成了8个转录单位,总长度24206bp,其操控机制是多水平、多层次的调控过程。同时综述了固氮酶的多样性,目前已经发现的有钼铁固氮酶、钒铁固氮酶、铁铁固氮酶以及在Strpomyces thermoauophicus内存在的与已知的三种固氮酶体系明显不同的固氮体系。     

色赤杨光合作用与根瘤氮代谢的关系

在放线菌结瘤植物(Actinorhizal plants)与放线菌Frankia的共生体系中,固氮酶(N_2ase)活性与所提供的光合产物的量密切相关。通过在同一天的不同对间内,对同株色赤杨光合作用和根瘤中的N_2ase比活、NH_4~ 含量、还原糖含量以及总氮量的变化所做的同步测定结果表明,N_2ase比活的最高峰迟后于光合强度的最高峰;在根瘤内部,NH_4~ 含量和还原糖含量都与N_2ase比活呈负相关,而总氮量则与N_2ase比活呈正相关。本文对这一现象进行了讨论,并且推测还原糖作为光合作用产物的衍生物,直接影响根瘤的固氮作用,它不仅为N.2ase提供固氮所需的能量,而且为固氮产物NH_4~ 提供受体。     

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     

低温对氯化钠胁迫下蓝藻固氮活性的影响

低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制,营养液中氯化钠浓度增高时,抑制程度更甚.能源受限(暗处理和加抑制剂时的光合受抑,N_2和Ar的厌氧下呼吸代谢受阻)和氧下固氮酶受到伤害时,低温处理使氯化钠对蓝藻固氮的抑制进一步加剧.在能源和还原剂供应,合成固氨酶蛋白的物质基础(如CO_2和N_2的加合).光合作用正常进行的条件得到改善和保证,以及供应CO_2、外源蔗糖和氮氧加合时,低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制程度明显变小.     

低温对氯化钠胁迫下蓝藻固氮活性的影响

低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制,营养液中氯化钠浓度增高时,抑制程度更甚.能源受限(暗处理和加抑制剂时的光合受抑,N_2和Ar的厌氧下呼吸代谢受阻)和氧下固氮酶受到伤害时,低温处理使氯化钠对蓝藻固氮的抑制进一步加剧.在能源和还原剂供应,合成固氨酶蛋白的物质基础(如CO_2和N_2的加合).光合作用正常进行的条件得到改善和保证,以及供应CO_2、外源蔗糖和氮氧加合时,低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制程度明显变小.     

海洋N2O的排放及其关键微生物过程作用机制研究进展

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的温室效应气体,同时也是造成平流层臭氧损耗的主要化合物。海洋是大气中N_2O的重要排放源,海洋中的N_2O产生和释放主要由微生物的代谢过程介导。本文对海洋N_2O的释放通量、海水N_2O的分布特征、环境影响因素以及海洋N_2O产生的微生物调控机制等几个方面的最新研究进展进行综述,并结合低氧与N_2O产生的关系以及近岸海域低氧区的扩大等科学问题,对河口近岸生态系统N_2O的释放通量以及其关键微生物过程进行展望。     

固氮酶钼铁蛋白的拆卸与组装研究的进展

由钼铁(MoFe)蛋白和铁(Fe)蛋白组成的固氮酶可还原N_2、C_2H_2等不饱和的小分子。由还原剂提供的电子经Fe蛋白传递给MoFe蛋白,在MoFe蛋白的活性中心进行多种底物还原。由两种不同亚基组成四聚体(α_2β_2)的MoFe蛋白,每分子含有2个Mo原子、30个左右的Fe原子及数目与Fe原子大致相同的酸不稳定性硫(S~*)原子,由它们组成2个M簇(FeMoco)、3—4个P簇(P-cluster)及1—2个S(2Fe)簇。FeMoco     

Mo-s结构在含钼酶中的作用——含钼酶模型研究

微量元素钼,在许多氧化还原酶的活性中,起很重要的作用。目前已知有固氮酶、NADH脱氢酶、硝酸还原酶、亚硫酸氧化酶、醛氧化酶、黄嘌呤脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等七种含钼酶,它们的共同特点是分子量大,底物专一性差,转换率低。除了酶蛋白以外,还含有其它辅基成分,每分子含1—2个钼原子,金属铁或细胞色素b和黄素。 Schrauzer的钼一半胱氨酸络合物(图1),能够模拟固氮酶的许多功能,我们曾利用它作为固氮酶模型,探讨固氮酶反应中ATP和Fe-S原子簇的作用,初步认为Mo-SH结构参与固氮酶的活性中心,Fe-S原子簇与电子     

固氮酶钼铁蛋白铁钼辅因子的抽提研究进展

固氮酶由两种铁硫蛋白(钼铁蛋白和铁蛋白)组成。由还原剂提供电子经铁(Fe)蛋白传递给钼铁(MoFe)蛋白,在MoFe蛋白的活性中心部位进行N_2、C_2H_2等多种底物的还原[10,11,20]。MoFe蛋白中的Mo、Fe原子和酸不稳定性硫原子(S~*)组成2个M簇(FeM-oco)、3—4个P簇(P-cluster)及1—2个S(2Fe)簇。在底物还原过程中,这些原子簇都可能参与电子的传递。铁钼辅因子(FeMoco)已被认为是络合和还原底物的重要部位。因此,要阐明MoFe蛋白的作用机理就得研究FeMoco的结构和功     

植物的共生固氮体系

氮是植物生命活动中不可缺少的重要元素之一。大气中的氮尽管为79％,但这种游离氮只有少数固氮细菌和蓝藻才能吸收利用,绿色植物却不能直接利用。这些细菌、蓝藻把大气中的游离氮固定转化为含氮化合物,成为植物所能吸收的氮,就称为生物固氮作用。固氮生物之所以能催化还原N2成NH3,是由于它含有固氮酶。固氮酶是一种结构复杂、功能特异的酶,由铁蛋白和钼铁蛋白组成。     

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。     

Na_2MoO_4KBH_4系统模拟固氮酶催化反应的研究

本文报导了以Na_2MoO_4-KBH_4系统模拟固氮酶催化反应的研究工作。钼酸钠是一种最简单的钼的无机化合物。在硼氢化钾存在的情况下,钼酸钠就能催化乙炔还原为乙烯的反应。以反应初速度计,其比活达4.1moleC_2H_4/分·mole Mo,约为固氮酶活性的1%。米氏常数为0.77大气压、2.78×10~(-2)M。表观活化能为6.5千卡/克分子。处于活性状态的钼不是单核的,而可能是双核的。虽然乙炔还原的产物除乙烯外还有乙烷生成,但乙烯不能作为反应底物被还原。乙炔还原为乙烯和乙炔还原为乙烷的反应二者不相关。它们是由不同的活性钼络合物所催化。以20种不同的可作为钼的配位体的有机化合物对Na_2MoO_4-KBH_4系统乙炔还原催化反应的影响在相同条件下进行比较,可以看到一些有趣的规律。α、α′-二巯基己二酸-Na_2MoO_4-KBH_4系统的催化活性最高。二巯基乙烷-Na_2MoO_4-KBH_4系统只表现催化乙炔还原为乙烯的活性,反应产物中只有乙烯而没有乙烷或其他产物生成。象固氮酶一样,Na_2MoO_4-KBH_4系统还具有催化乙腈还原的活性。在相同条件下用钨代替钼,无论Na_2WO_4-KBH_4系统还是半胱氨酸-Na_2MoO_4-KBH_4系统都不表现催化乙炔还原为乙烯的活性。解释了含钨的固氮酶无反应活性的原因。同时还解释了在含钨的固氮酶及其他含钨的“钼”酶中钨不能与相应的蛋白有效地结合这一现象。本文还就Na_2MoO_4-KBH_4固氮酶模型系统的作用,反应规律,以及配位体和不同配位基团的作用等进行了讨论,并对当前通过模型系统来研究固氮酶的结构与功能的工作中的一些问题提出了作者的看法。     

MSX对光合细菌GOGAT缺失突变株(Nif~-)固氮酶的诱导

浑球红假单胞菌的谷氨酸合成酶突变株的培养物缺乏固氮活性,在加入谷氨酰胺合成酶抑制剂MSX后,固氮酶得以表达。MSX加入后对突变株的氮源多效缺陷无恢复作用,说明氮源多效缺陷与固氮酶不合成分属遗传和生理两种水平的改变。当野生型菌株的培养物中加入MSF后,固氮酶表达延迟,谷氨酰胺的加入加剧这一延迟效应。