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。     

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。     

固氮蓝藻高光放氢突变种的筛选和放氢特点

作者以前报道过几种快速生长的固氮蓝藻在某种条件下能好气光放氢,其速度可以达到光合放氧速度的10—15%,但这种活性只有在不积累氢气的流动气相下或在短时间内发生。本文报道用亚硝基胍诱变所得到的Anabaena spp。Strain CA的高光放氢突变种——N9A和18A——的筛选和氢代谢特点。在达生长饱和光照以后,野生型的光放氢活性与光照强度的增加成正相关,而其吸氢活性则与之成负相关,显示高光照强度可能抑制吸氢酶的活性。无论在什么光强下,均测不到两个突变种的吸氢活性,暗示在突变种中,吸氢酶或有关系统受损伤。把细胞固相化在琼脂上,在密闭系统中,高光强下培养50个小时,两个突变种光释放和积累的氢分别为野生型的2倍(N9A)和6倍(18A),后者等于氢占气相(1%CO_2的空气)的1.8%。两个突变种在生长速度、叶绿素含量、乙炔还原活性以及光合放氧方面与野生型无明显不同。当以含50—100nM的镍离子的培养基培养时,野生型的好气净产氢活性完全丢失,其吸氢活性却增加约10倍。培养基中镍离子的存在,对两个突变种的高光放氢活性则毫无影响,而且在此情况下,仍测不出其吸氢活性。实验结果表明,这两个突变种系吸氢酶缺陷型突变种。     

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。     

产酸克雷伯氏菌耐氧产氢及其可溶性氢酶耐氧特性研究

目的：考察产酸克雷伯氏菌（KZebsielaloxytocaHPl）耐氧产氢特性及其可溶性氢酶的氧耐受特性。方法：研究K．oxytocctHPl在不同气相氧浓度条件下利用葡萄糖（1％,m/v）、丙酮酸钠（0．5％,m／v）及甲酸（0．1％,v／v）等底物产氢活性的以及K．oxyto-07,HPl可溶性氢酶在空气及氧饱和溶液中催化产氢活性。结果：K．oxytocaHP1在葡萄糖（1％,m/v）底物中具有较高耐氧产氢活性,6h内在气相氧浓度为5％、10％和21％条件下的氢产量分别为厌氧条件下的20．9％、13．7％、8．3％;K．oxytoca HP1可溶性氢酶在空气中孵育12h后,其活性残余85．4％,在氧饱和溶液中活性损失一半约3h。结论：试验结果提示K．oxytoca HP1具有耐氧产氢特性,其可溶性氢酶具有较高氧耐受性,在氢能源的开发中具有潜在的应用前景。     

大豆—根瘤菌共生固氮氢代谢的研究

检测了四株大豆根瘤菌在不同的大豆品种上形成根瘤的放氢、吸氢、固氮活性及豆血红蛋白的含量;同时测定了植株干物质的积累。结果表明,所有固氮根瘤都放氢,自生条件下Hup~-根瘤菌形成的根瘤仍不具吸氢活性,相对固氮率在0.75左右。而Hup~(?)菌株根瘤的相对固氮率在0.91～1之间。寄主植物对Hup~(?)菌株的吸氢活性有影响。相关分析表明,根瘤的豆血红蛋白与吸氢活性呈负相关。干物质积累与固氮酶活性关系最密切,氢酶活性的影响是次要的。     

不产氧光合细菌Rhodobacter sphaeroides产氢影响因子研究

对不产氧光合细菌球形红细菌Rhodobacter sphaeroides产氢的影响因子进行了初步研究。结果表明,处于不同生长期的球形红细菌接种后的产氢速率略有差异,稳定期的菌株的产氢能力相对较低。苹果酸钠、乳酸钠、丙酮酸钠和葡萄糖都是球形红细菌产氢的良好碳源,这表明球形红细菌具有利用食品工业等高浓度废水为底物产氢的可能性。以葡萄糖和谷氨酸钠为C源和N源产氢时,适宜的葡萄糖浓度在25~50mmol/L之间,谷氨酸钠浓度在2~10mmol/L之间。球形红细菌产氢的适宜pH值在7.0~8.0范围内,酸性环境明显不利于该菌的催化放氢,适宜的温度在30~35℃范围内。光照强度在5000~7000lx之间适合于产氢。球形红细菌的固氮酶活性和放氢活性之间呈正相关性。吸氢酶虽然可在无固氮酶和无放氢活性的状态下独立表达,但多数情况下仍受氢气浓度的调节。以氮气为氮源时,固氮酶活性和放氢活性较低,铵的浓度高于0.5mmol/L时,固氮酶活性完全受到抑制,进而抑制产氢。     

气候因子对三种豆科树种固氮的影响

研究了气候因子对台湾相思(Acacia confusa)、大叶相思(A．awriculaeformis)和南岭黄檀(Dalbergia balansae)根瘤固氮酶和吸氢酶活性的影响。3种树木根瘤均具有吸氢酶活性,外源H：可提高固氮酶活性,表明吸氢酶有助于固氮效率的提高。3树种根瘤的固氮活性有明显季节变化,夏秋活性较高,早春及冬季活性较低。离体根瘤固氮和吸H2活性表达的最适温度为25—30℃。光照强度及土壤湿度均显著影响根瘤固氮和吸H2活性。     

螺藻旋Spirulina platensis整体细胞放氢特性的研究

螺旋藻Spirulina platensis具有氢酶。由氢酶催化的放H_2活性受到培养基中硝酸盐的抑制。这是由于氢酶与硝酸还原酶之间存在还原能力的竞争。以脲素取代硝酸盐可以部分地解除其抑制作用。放H_2活性随着暗中时间的延长而成倍加强。在氮气或氩气中比在空气中的放氢活性分别高出244％和287％。氧气抑制放H_2活性,约5％O_2达到半抑制浓度。CO对,放H_2的半抑制浓度为2％。当光照强度大于2000lx时完全抑制放H_2活性。光合放氧与放氢的矛盾可以通过光、暗交替处理,由暗中的耗氧呼吸以加协调。     

固氮螺菌氢代谢与固氮作用的关系I.固氮螺菌放氢现象与吸氢能力的研究

本文研究了固氮螺菌(Azosptrillum brastlense)的放氢现象和吸氢酶活性以及与固氮作用的关系。测定了57株固氮螺菌的放氢现象及其固氮酶活性,其中不放氢41株,微放氢14株,其放氢量为2·63—31.00n mol C2H4／ml菌液·小时。放氢量较多的2株R38{和R256A都是从水稻根表上分离获得,其放氢量分别为185.75n mol H2／ml 菌液·小时和547．00 moIH2／ml 菌液·小时。测定了53株螺菌的吸氢酶活性,它们均具有吸氢能力,其吸氢量各异,0-63-27·38n mol H2／ml菌液。小时。生长在含有NH4CI培养基上的固氮螺菌既没有固氮能力,也不产氢。在无氮培养基上所产生的氢是固氮过程中放出的氢。实验结果指出,C2H2抑制氢酶的活性。当吸氢的菌株与放氢菌株混合培养时,其固氮酶活性比单株纯培养高,有氢存在时,固氮酶活性比不加氢时高。     

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley HB686)的固氮和放氢作用

固氮鱼腥藻(水生686)整体水平在光照下同时有释氢和放氧的现象。氢的释放量与乙炔还原活性有平行的关系。在暗期,释氢量极少。 固氮鱼腥藻在光照下具有较强的吸氢作用,这是由于氢酶有吸氢的特性。我们看到H_2和O_2的浓度对氢酶的活性有一定的影响。氢酶催化分子氢和分子氧的反应的Km值分别为1.6mM和0.5mM。 分子氢能明显地支持乙炔还原作用,当以空气为气相的反应体系中含有10％分子氢时,大大地提高乙炔还原的活性。 铵离子不仅抑制乙炔还原,而且对释氢作用也有明显的抑制。随着铵离子浓度的增加抑制作用愈为显著。当铵离子浓度达到10mM时,乙炔还原和释氢都几乎全被抑制。说明放氢与固氮酶的活性有密切的联系。 DCMU(2×10~(-5)M)对乙炔还原活性和释氢的抑制约20％,DNP(5×10~(-4)M)表现出更强烈的抑制。     

光合细菌Chromatium vinosum可溶性氢酶的FTIR谱的研究

光合细菌Chromatium vinosum含有一种可溶性氢酶和一种膜结合态氢酶。氧化态可溶性氢酶在红外光谱区（1860－2140cm^-1）有四个特征吸收峰（2103．7,2086．2,2054．8和1962．5cm^-1）。其中1962．5cm^－1处吸收带的位置与已知的NiFe一氢酶活性中心－CO基团所产生的吸收带位置相近;另外三条吸收带的位置与已知的NiFe一氢酶活性中心－CN基团所产生的吸收带的位置相近。以2,6－二氯酚靛酚（DPIP）氧化可溶性氢酶时,四条吸收谱带的位置基本上没有发生变化。可溶性氢酶被Na2S2O4充分还原时,－CO基团的吸收带移至1946．8cm^-1,而－CN基团的三条吸收带中的两条分别移至2076．8cm^-1和2093．1cm^-1处,另一条则消失了。还原态可溶性氢酶与CO反应后,其红外光谱显示七条吸收带,在－CO基团红外光谱区和－CN基团红外光谱区各产生了两条新的吸收带。研究表明,Cuinosum可溶性氢酶的活性中心的结构类似于其它已知的NiFe－氢酶,但与活性中心金属原子相连的可能包括三个－CN基团和一个－CO基团,结合可溶性氢酶的FPR谱特征,推测C.vinosum可溶性氢酶活性中心的结构可能为Ni(CN)Fe(CN)2(CO).     

南岭黄檀根瘤固氮酶和吸氢酶活性研究

测定不同环境条件下南岭黄檀根瘤固氮酶和吸氢酶活性。结果表明,南岭黄檀根瘤具有吸氢酶活性,外源Ｈ＿２可提高固氮酶活性（２５％）,表明吸氢酶有助于提高固氮效率。低浓度的硝酸盐（２０ｍｇ。１￣＿（－１）不影响根瘤固氮酶和吸氢酶活性,但浓度达４０ｍｇ·ｌ￣（－１）时有抑制作用,而铵盐在上述浓度下均表现抑制作用。离体根瘤固氮酶和吸氢酶活性表达的最适温度为２５℃,过高或过低均有抑制作用。土壤含水量及光照强度均明显影响其固氮酶和吸氢酶活性。     

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     

蓝藻Anabaena7120的固氮活力及其和光合作用的关系

蓝藻Anabaena 7120经用Ar+CO_2、空气和Ar处理后,固氮活性有明显不同。Ar+CO_2处理的活性比空气处理的高出数倍,而Ar处理的则比空气中的低很多。以上三种处理的Anabaena 7120固氮对不同生理条件反应不一样,固氮活性高者对CO和O_2的敏感程度小些、受到CO_2和N_2的抑制程度也轻。但是分子氢对三者固氮作用的支持效用相同,并且也是和氢酶活动有联系。弱光下固氮活力低的蓝藻固氮活性下降得更大些。光合抑制剂和结合态氮对固氮活力高的蓝藻固氮活性的抑制显著比固氮活力低者小。三者的放氢和放氧能力也不同,固氮活力高者放氧高而放氢量小些,低固氮活力的蓝藻正好相反。     

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。     

NaCl胁迫下大麦根系液泡膜H+-ATP酶活性受ATP和焦磷酸含量的调节

选用两个耐盐性强弱不同的大麦(Hordeumvulgare L.)品种,研究了NaCl胁迫下其幼苗根中ATP和焦磷酸(PPi)含量的变化以及PPi对液泡膜H -ATP酶活性的影响.结果表明:在含NaCl 200mmol/L的1/2 Hoagland溶液中处理2 d,耐盐品种(滩引2号)根中液泡膜H -ATP酶活性增加,然后逐渐下降,而H -PPi酶活性在NaCl处理9 d中'直下降.盐敏感品种(科品7号)在NaCl胁迫下根中H -ATP酶和H -PPi酶活性都下降(图1).与对照相比较,NaCl胁迫下耐盐品种根中ATP含量2 d时增加,4 d后下降;盐敏感品种根中ATP积累受NaCl胁迫的抑制(图2).NaCl胁迫下,两品种的PPi含量皆略有增加(图3).PPi对液泡膜H -ATP酶活性有竞争性抑制作用(图4).结果表明:ATP积累是NaCl胁迫下液泡膜H -ATP酶活性增加的原因之一,NaCl胁迫下大麦品种根中ATP含量下降和PPi对液泡膜H -ATP酶的抑制使该酶活性下降.     

含吸氢酶基因（hup）嵌合质粒的构建和吸氢酶活性在阴沟肠杆菌中的表达

以质粒ｐＲＫ４０４为载体亚克隆含大豆根瘤菌吸氢酶结构基因（ｈｕｐ）的片段,构建成嵌合质粒ｐＨＲ１１、ｐＨＲ４和ｐＨＲ１０。通过三亲本杂交将这些嵌合质粒导入无吸氢活性的Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ２４１菌株（Ｈｕｐ－）,均获得Ｈｕｐ＋的接合子。利用启动子检测质粒ｐＭＰ２２０证明,在ｈｕｐ对结构基因上游１．２ｋｂ内存在ｈｕｐ启动基因片段。以ｐＲＫ２０１３为助质粒可将ｐＨＲ１１导入Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｃｌｏａｃａｅ和Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａｏｘｙｔｏｃａ等土壤固氮菌株。本文以接合子Ｅ．ｃｌｏａｃａｅＥＨ１１１３为例,通过对基因组ＤＮＡＳｏｕｔｈｅｒｎ杂交分析证明,嵌合质粒ｐＨＲ１１在ＥＨ１１１３中稳定贮存和复制。Ｈ２诱导接合子ＥＨ１１１３吸氢酶活性高表达,吸氢活性与放氢活性比值约为对照的两倍。当以延胡索酸为电子受体时,吸氢酶的吸氢作用支持菌株固氮酶活性的提高。     

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。     

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。