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     

铁钼辅因子

某些固氮生物(如棕色固氮菌)的变种,它们的固氮酶中铁蛋白有催化活性,但由于钼铁蛋白处于不活化状态,所以整个固氮酶不能显示出固氮活性,这种不能固氮的固氮酶可为从野生型固氮菌固氮酶钼铁蛋白中分离得到的物质(或因子)所活化或恢复固氮活性,此种活化因子叫钼铁辅因子。这种钼铁辅因子已从多种固氮生物中分离到,其分子量为1000～3000左右。按钼铁蛋白分子量为270,000计算,其中铝、铁、硫三种原     

光谱技术研究固氮酶铁硫簇的理化特性

Ｎ－甲基甲酰胺碱度是提取高质量固氮酶铁钼辅基的关键因素之一。过量的亚甲蓝能氧化并分解铁铜铺基为含双相铁硫簇和铁硫簇固氮酶铁钼辅基和在紫外可见光谱区中均无特征吸收峰,而在３２０ｎｍ处却呈弱吸收峰,棕色固氮菌固氮酶和该菌的突变菌侏ＵＷ４５固氮酶（缺铁钼辅基）中的非含钼的铁硫簇在紫外可见光谱区３２０ｎｍ和４０５ｎｍ处均含有特征吸收峰．     

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。     

在棕色固氮菌中诱导的硝酸还原酶和固氮酶相互关系的初步研究

0.1MNaNO₃ 可使棕色固氮菌诱导出硝酸还原酶,其粗提物的比活性为21．9 NO₂ 毫微克分子／分钟·毫克蛋白。在诱导硝酸还原酶过程中,诱导的粗提物中固氮酶活性比未诱导的下降更迅速。实验结果表明这是由于在诱导过程中固氮酶铁蛋白失活,而与钼铁蛋白无关。应用相同的方法对缺乏Fe.Mo辅因子的棕色固氮菌突变种Uw₄₅进行诱导,结果出现硝酸还原酶活性,证明硝酸还原酶和固氮酶钼铁蛋白不共享相同的含钼亚基。     

一种纯化棕色固氮菌固氮酶蛋白组分的方法

棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶钼铁蛋白结晶和铁蛋白的纯化国内外虽已有过一系列报导。但是目前仍有些实验室致力于获得高活性和高产率的固氮酶蛋白研究。我们参考Burgess和Mckenna等人的方法,结合我们的具体情况加以修改,在厌氧条件,产率等方面都取得了较为满意的结果,报导如下。     

有催化活性的固氮酶二聚态钼铁蛋白

利用离子交换层析和凝胶过滤,第一次成功地从棕色固氮菌提取液中分离出接近电泳纯的能重组固氮酶活性的二聚态钼铁蛋白。它的分子量约为150,000,每分子含钼约0.5原子。当与铁蛋白重组固氮酶时,表现出相当高的活性。这个结果对固氮酶底物络合中心的结构提供了重要的启示,指出与目前较为流行的双钼多核中心相比,含单钼的多核中心至少同样是不可忽视的可能结构。     

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白两种聚合体的研究

 棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白八聚体相当于两个钼铁蛋白四聚体的聚合体。在细胞生长过程中,胞内钼铁蛋白两种聚合体的相对含量出现规律性变化:在对数期,细胞固氮酶比活力成上升趋势,而钼铁蛋白主要以高活力的四聚体形式存在;在对数期结束至稳定期,细胞固氮酶比活力下降至一个低水平的稳定值,此时的钼铁蛋白基本上为八聚体形态。在细胞固氮生长时,向培养基中加入过量氨可明显地导致钼铁蛋白由四聚体向八聚体的转化。我们推断,生长过程中胞内钼铁蛋白聚合态的变化可能是调节固氮酶活力的一种方式。胞外,钼铁蛋白的两种聚合态可以相互转化。     

H2O2对棕色固氮菌钼铁蛋白的损伤

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白经Ｈ２Ｏ２作用后,钼铁蛋白的Ｍｏ和Ｆｅ原子含量,乙炔还原少在性,摩尔消光系数和α－螺旋度地匀显著降低,蛋白质肽链也许发生部分断一。本和纱中存在过氧化物酶。可避免Ｈ２Ｏ２对钼铁蛋白的损伤作用,表明Ｈ２Ｏ２对钼欠蛋白的金属原子簇和蛋白质结构均有明显的损伤作用,而过氧化物酶可保护固氮酶不受Ｈ２Ｏ２的破坏。     

固氮蓝藻与棕色固氮菌固氮酶组分的交叉互补功能

本文报告了藻菌之间固氮酶组分的交叉互补试验。初步结果证明：固氮蓝藻(Anabaena azotica水生686)的钼铁蛋白与棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)的铁蛋白之间存在着明显的互补功能。但这种蓝藻的铁蛋白在非细胞形态下很不稳定,易于失活。本实验为不同生理类型和不同进化程度的固氮生物之间固氮酶组分的交叉互补研究提供了新的资料。     

固氮蓝藻与棕色固氮菌固氮酶组分的交叉互补功能

本文报告了藻菌之间固氮酶组分的交叉互补试验。初步结果证明:固氮蓝藻(Anabacnaazotica水生686)的钼铁蛋白与棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)的铁蛋白之间存在着明显的互补功能。但这种蓝藻的铁蛋白在非细胞形态下很不稳定,易于失活。本实验为不同生理类型和不同进化程度的固氮生物之间固氮酶组分的交叉互补研究提供了新的资料。       

用酒石酸解离棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白获得的含钼铁组分

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白结晶,经处理先后出现一个与福林试剂呈颜色反应的洗脱峰Ⅰ和一个与茚三酮试剂呈颜色反应的洗脱峰Ⅱ。洗脱峰Ⅰ、Ⅱ均含有钼和铁。钼和铁的洗脱峰位基本上与蛋白或肽的洗脱峰位相符合。 两个洗脱峰中的成分都能激活棕色固氮菌突变株UW45无细胞抽出物的非活性组分Ⅰ,比活分别为17.8和6.8毫微克分子乙烯/分/毫微克原子钼,并能在硼氢化钾存在下自身催化还原乙炔,比活分别为16.9和50.9毫微克分子乙烯/分/毫微克原子钼。 峰Ⅰ与峰Ⅱ的组成不同,峰Ⅰ是一种组分,峰Ⅱ是两种组分的混合物。峰Ⅰ组分是不同于固氮酶钼铢蛋白的一种蛋白质。洗脱峰Ⅰ组分的分子量是5000道尔顿,洗脱峰Ⅱ两种组分的分子量分别是2100和1850道尔顿。经测定,峰Ⅰ组分和峰Ⅱ中分子量为2100道尔顿的组分含有钼、铁。因此,通过酒石酸处理可以从上清液中得到两种含钼铁的组分。这两种组分的红外吸收光谱也是明显不同的。 酒石酸处理后的沉淀再用N-甲基甲酰胺抽提获得的组分,具有恢复棕色固氮菌突变株UW45乙炔还原活性的能力。经纸层析鉴定,与Shah法制备的铁钼辅因子相类似。     

光谱技术研究固氮酶铁硫簇的理化特性

Ｎ－甲基甲酰胺碱度是提取高质量固氮酶铁钼辅基的关键因素之一。过量的亚甲蓝能氧化并分解铁钼铺基为含双钼铁硫簇［Ｍｏ２Ｆｅ＾２＋Ｆｅ５＾３＋Ｓ６］＾－和铁硫簇（［Ｆｅ＾２＋Ｆｅ５＾３＋Ｓ６］＾－。固氮酶铁钼铺基和［Ｍｏ２Ｆｅ＾２＋Ｆｅ５＾３＋Ｓ６］＾－在紫外可见光谱区中均无特征吸收峰,而［Ｆｅ＾２＋Ｆｅ５＾３＋Ｓ６］＾－在３２０ｎｍ处却呈弱吸收峰。棕色固氮菌固氮酶和该菌的突变菌株ＵＷ４５固氮酶（缺铁钼     

铁钼辅因子激活氧钝化钼铁蛋白的初步研究

棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶钼铁蛋白氧钝化后,未断裂出任何含钼、铁原子的断片。用有机溶剂从钼铁蛋白中提取得到的铁钼辅因子(FeMoCo)可以激活被氧钝化了的钼铁蛋白,使其还原乙炔能力得到部分或完全恢复。这种激活作用的效率随着钼铁蛋白氧钝化程度的加深而降低。初步结果表明,氧钝化的钼铁蛋白中最先受到损伤的可能是 FeMoCo。如果氧钝化程度进一步加剧,其它部分也可能受到损伤。     

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白中含钼铁活性小分子组分的解离

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白结晶,经酒石酸解离后得到一个含钢铁小分子组分,与棕色固氮菌突变株uw_(45)无细胞提取液的重组比活为6.8nM Mo natom~(-1) min~(-1)。它是由二种物质组成的混合物,其分子量分别为2100和1850道尔顿,分子量为2100道尔顿的成分含钼铁。酒石酸处理后的沉淀,再用N—甲基甲酰胺抽提得到的含钼铁组分具有恢复突变株uw_(45)乙炔还原活性的能力。经纸层析鉴定与用Shah法制备的铁钼辅因子相类似。由于Shah和Smith法制备的两种铁钼辅因子还原乙炔和氰化钾的比活不同,而且分子量也有大小,说明这两种铁钼辅因子结构可能不尽相同。     

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     

Mo-Fe-S模型化合物模拟甲基紫精-硝酸还原酶促反应的研究

对黄嘌呤氧化酶中甲基紫精-硝酸(MVH-NO_3~-)还原酶促反应所必须的活性组分研究表明:具有 MVH-NO_3~-还原活性的含钼因子与固氮酶铁铝辅因子(FeMo-Co)相类似,除 Mo 外还有 Fe 和 S 的参加。卢嘉锡蔡启瑞根据固氮酶钼活性位置的结构和功能,分别提出了具有独特见解的“福州模型”和“厦门模型”。它们都是含有 Mo、Fe、S 的原子簇化合物。根据该模型合成出的模型化合物与棕色固氮菌缺钼铁辅基的突变种 UW45的粗提物互补,显示了它们的乙炔还原乙烯和固氮的活性。本文报道用这些模型化合     

棕色固氮菌钼铁蛋白结晶及一些物理化学性质

获得了棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白的针状结晶,大小为2-2.5×25-65微米,成晶所要求的条件不是很严格的。SDS 电泳和氨基酸分析结果表明,钼铁蛋白分子量为250,000。只观察到一种类型亚单位。其中酸性氨基酸占优势。分子氧使针状晶体演变为发状晶丝,晶丝又密集成束。晶束可保存较长时间。氧使钼铁蛋白在电泳时形成高聚合态。       

钼,铁,硫化合物激活曝氧的棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白的研究

曝氧后,棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)固氮酶钼铁蛋白的催化活性和圆二色信号都显著降低,而吸收光谱则显著增加。与钼、铁、硫化合物和二硫苏糖醇组成的重组溶液保温后,曝氢蛋白的圆二色信号和吸收光谱几乎完全恢复至天然状态的同时,乙炔还原活性也得到了显著的恢复,表明重组溶液可使曝氧蛋白中的 P-cluster和其它活性部位都得到了不同程度的修复。     

铁氰化钾氧化固氮酶钼铁蛋白与铁、钼、硫化合物重组的研究

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白经铁氰化钾氧化后变为“漂白蛋白”,其活性损失约75％,同时释放出80％的钼和50％左右的铁。与铁、钼、硫重组溶液重组,金属组成和乙炔还原活性均得到明显恢复。穆斯鲍尔(M／issbauer)谱表明,重组溶液中的Fe、Mo、S已形成FeMc6原于簇的类似物,“重组蛋白”的M6ssbauer谱和天然MoFe蛋白相似。