甲烷单加氧酶的催化性能和活性中心结构

甲烷单加氧酶是甲烷利用细菌代谢甲烷过程中的重要酶系,它能够催化烷烃羟基化和烯烃环氧化反应;还能催化降解氯代烃类,可用于环境中氯代烃类化合物污染的治理,是具有广泛应用前景的生物催化剂．甲烷单加氧酶是含有μ－氧桥双核铁催化活性中心的蛋白,它的研究对分子氧的活化、化学催化剂的设计具有重要意义．文章介绍了甲烷单加氧酶催化性能和机理的最新研究进展．     

甲烷氧化菌及甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一碳源和能源进行同化和异化代谢的微生物,其关键酶之一是甲烷单加氧酶(MMOs),可以在氧气的作用下催化甲烷等低碳烷烃或烯烃羟基化或环氧化,甲烷氧化菌在自然界碳循环和工业生物技术中具有重要的应用价值.因此,近20年来对于甲烷氧化菌和MMOs的研究一直倍受生物学家的关注.以下从现代生物技术的角度,对近年来国内外在甲烷氧化菌的分类与分布,MMOs的结构与功能、甲烷氧化菌与MMOs的基因工程等方面取得的研究成果进行了总结,全面综述了甲烷氧化菌及MMOs的应用基础研究现状,并对其今后的研究和应用方向提出了展望.     

一个Ⅱ型甲烷氧化菌中甲烷单加氧酶羟基化酶的分离纯化和理化性质

甲烷氧化细菌能够催化甲烷和一系列小分子烃类化合物的羟基化反应,对控制全球变暖起着重要作用,在工业催化和生物除污中具有非凡的潜能。应用层析方法纯化了Ⅱ型甲烷氧化细菌MethylosinustrichosporiumIMV3011中甲烷单加氧酶的羟基化酶,并对其进行了表征。凝胶过滤法测定了该酶分子量为201.3kD;SDS-PAGE表明羟基化酶含有三个亚基(αβγ),分子量分别为58kD、36kD和23kD,比较两种方法证明该羟基化酶是一个同型二聚体构型(αβγ)2,总分子量为234kD。薄层等电聚焦测定该酶的等电点为5.2。酶的比活力为603.6nmol/(min.mg),活力回收为34.3%。HPLC法测定该酶的纯度在95%以上。原子吸收光谱显示每分子羟基化酶中含有3.02个Fe原子。羟基化酶的稳定性pH值为6.2～7.5,稳定性温度为低于35℃。菌株IMV3011的细胞表观构型呈现了长型、稍微弯曲的杆状形态。     

甲基单胞菌Methylomonas sp.GYJ3中甲烷单加氧酶羟基化酶组分的纯化和性质

Methylomonassp．GYJ3菌株中经DEAE-SepharoseCL-6B阴离子交换层析和SephacrylS300凝胶层析分离纯化出甲烷加氧酶羟基化酶组分．经HPLC分析,纯度大于90％,分子量为240kD,纯化倍数为3．9,比活为225nmol环氧丙烷每分钟毫克蛋白．SDS-PAGE表明,羟基化酶由三个亚基组成,亚基分子量为56、43、27kD．ICPAES测定羟基化酶的Fe含量为2.1molFe每摩尔蛋白．HPLC法用于甲烷单加氧酶羟基化酶组分的纯化,纯化的羟基化酶组分比活为541nmol（环氧丙烷）每分钟毫克蛋白,是两步LC法纯化的羟基化酶的两倍,Fe含量为3．78molFe每摩尔蛋白．催化性质研究表明羟基化酶能够被化学还原剂还原为还原态羟基化酶,还原态的羟基化酶单独存在时表现出MMO活性,说明它是MMO活性中心,天然态的羟基化酶单独存在时无MMO活性,加入粗酶液中MMO活性明显增加,说明GYJ3菌中MMO是一个复合酶系．     

一株Ⅱ型甲烷氧化菌中甲烷单加氧酶基因和16S rDNA的分析

[目的]利用分子生物学方法对-株甲烷氧化菌Methylosinus trichosporium IMV 3011中的16S rDNA和溶解性甲烷单加氧酶基因序列进行分析并探索其进化分类地位.[方法]利用基因数据库已有的基因序列信息,设计PCR扩增引物和基因测序引物,对溶解性甲烷单加氧酶基因和16s rDNA进行扩增和测序,并进行溶解性甲烷单加氧酶的6个基因和氨基酸序列与同类菌株的相应序列进行联配分析.[结果]获得了全长为5319 bp甲烷单加氧酶基因序列和长度为1290 bp的16S rDNA序列.该菌株与Methylosinus trichosporium OB3b中相对应基因的同一性是99.0%～82.7%,MMOX氨基酸序列的同一性为99.4%～81.8%,相似性为99.8%～89.2%.基于以上分析表明MMOX组分有很高的序列保守性,特别是在活性中心区域.[结论]菌株IMV3011属于甲基弯菌属,最近似的菌株是Methylosinus trichosporium OB3b.     

甲基单胞菌Methylomonas sp.GYJ3中甲烷单加氧酶还原酶组分的纯化和性质

Ｍｅｔｙｌｏｍｏｎａｓｓｐ．ＧＹＪ３菌的甲烷单加氧酶（ＭＭＯ）粗酶提取液经ＤＥＡＥ－ＳｅｐｈａｒｏｓｅＣＬ－６Ｂ阴离子交换层析、ＳｅｐｈａｄｅｘＧ－１００凝胶过滤层析和ＤＥＡＥ－ＴＳＫｇｅｌＨＰＬＣ分离纯化出ＭＭＯ还原酶组分．经ＨＰＬＣ分析,纯度大于９５％,纯化倍数为４．４,加入至ＭＭＯ羟基化酶和调节蛋白Ｂ的体系中表现比活为２２８ｎｍｏｌ环氧丙烷每分钟毫克蛋白．ＳＤＳ－ＰＡＧＥ电泳表明还原酶由一种亚基组成,分子量４２ｋＤ．ＩＣＰ－ＡＥＳ测定还原酶的Ｆｅ含量为１．８３ｍｏｌＦｅ每ｍｏｌ蛋白．ＵＶ－Ｖｉｓ光谱表明还原酶除２８０ｎｍ蛋白质特征峰外在４６０ｎｍ有最大吸收峰,且Ａ２８０ｎｍ／Ａ４６０ｎｍ为２．５０,与其它黄素一铁硫蛋白相似,推测还原酶可能含一个ＦＡＤ辅基和Ｆｅ２Ｓ２中心．在厌氧条件下,还原酶能够和ＮＡＤＨ作用,ＵＶ－Ｖｉｓ光谱分析表明还原酶４６０ｎｍ处特征吸收峰消失,说明在ＭＭＯ催化过程中还原酶接受ＮＡＤＨ的电子．ＤＥＡＥ－ＳｅｐｈａｒｏｓｅＣＬ－６Ｂ阴离子交换层析分离出调节蛋白Ｂ,部分纯化的调节蛋白Ｂ的分子量大约在２０ｋＤ,它能够提高ＭＭＯ比活性４０倍,ＭＭＯ还原酶和调节蛋白Ｂ单独存在时不具有ＭＭＯ     

甲烷氧化细菌氧化活性影响因素的研究

分别对土壤含水量、温度、施肥措施、土壤中CO_2和O_2含量等几个影响甲烷氧化细菌氧化活性的因素作一综述,分析其原因,为今后进一步研究奠定基础。     

微生物介导的甲烷厌氧氧化过程及其影响因子研究进展

温室气体甲烷减排是全球变化领域的研究热点,甲烷厌氧氧化(anaerobic methane oxidation,AOM)过程是一个以前被忽视的甲烷汇,在调控全球甲烷收支平衡及减缓温室效应等方面扮演着十分重要的角色。AOM微生物以甲烷为唯一电子供体,与硫酸盐(SO42-)、亚硝酸盐(NO2-)/硝酸盐(NO3-)、金属离子(Fe3+、Mn4+、Cr6+)等结合完成氧化还原过程,该过程是耦合碳、氮、硫循环的关键环节。本文系统整理分析了不同AOM类型、发生机理、相关功能微生物类群(ANME-1、ANME-2、ANME-3、NC10、MBG-D)及影响AOM过程的关键调控因子的最新研究进展。结果发现,目前80%以上研究都集中在对最常见电子受体类型(SO42-/NO3-/NO2-/Fe3+/Mn4+)的AOM相关过程,而忽视了潜在的新型电子受体(AQDS/HAs O42-/Cr6+/ClO4-等)的耦合作用过程和相对应的微生物类型及作用机理。对未来AOM研究方向提出展望,以期为研究甲烷厌氧氧化菌在不同生态系统中的生态分布及减缓全球温室气体排放提供新的思路。     

氮沉降对温带森林土壤甲烷氧化菌的影响

大量研究显示氮沉降影响森林甲烷吸收量,但其中的微生物驱动机制仍缺乏研究。基于长白山典型温带森林长期氮沉降模拟实验平台样地,采用定量PCR和克隆测序技术,研究了长期施加不同形态氮((NH_4)_2SO_4、NH_4Cl和KNO_3)处理下森林土壤甲烷氧化菌的数量和群落组成随季节变化的特征。结果表明,夏季,森林土壤甲烷氧化菌pmo A基因丰度在不同施氮处理之间无显著性差异(每克干土1.54×10~6-3.20×10~6拷贝数);秋季,pmo A基因丰度在施加NH_4Cl和(NH_4)_2SO_4处理小区(每克干土1.93×10~5-7.6×10~5拷贝数)与对照(每克干土(4.03×10~6±1.2×10~6)拷贝数)相比有所降低,尤其在(NH_4)_2SO_4处理小区(每克干土(4.61×10~5±2.61×10~5)拷贝数)显著降低;无论夏季还是秋季,施加不同形态氮处理土壤甲烷氧化菌均以Type I型为主(相对丰度在70.6%-85.4%之间),并以Methylobacter-group(Type I)为优势类群,占Type I型的55.1%-91.7%;Methylobacter-group(Type I)的相对丰度在夏季不同形态氮处理土壤样品中无显著差异,但秋季样品中在施加(NH_4)_2SO_4(52.7%±6.5%)和NH_4Cl(56.1%±8.9%)的处理显著低于对照土壤(77.0%±2.9%),Methylococcus-group(Type I)的相对丰度则在(NH_4)_2SO_4和NH_4Cl处理土壤呈增加的趋势。这些结果表明铵态氮肥添加对温带森林土壤甲烷氧化菌的生长具有抑制作用并导致其群落结构发生改变,受夏季温度和水分的影响,这种抑制作用在秋季表现更明显,而NO_3~--N添加对土壤甲烷氧化菌的群落组成和丰度无显著影响。这些结果解释了以往观测到的施铵态氮肥显著降低秋季温带林地土壤甲烷净吸收量,而在夏季无显著影响的观测结果,解释了长期氮沉降影响森林土壤甲烷吸收的微生物机制。     

1-甲基环丙烯对台湾青枣采后生理效应的影响

研究了台湾青枣(Ziziphus mauritiana Lam．cv．Liuxiang)在25℃下贮藏期间1-甲基环丙稀(1-MCP)处理对果实品质和一些生理指标的影响。结果表明：250μgL^-1的1-MCP有效抑制了果实腐烂和褐变。在25℃下贮藏12d,对照和处理的好果率分别为12．5％和92．5％。果实经1-MCP处理后,乙烯合成受到显著抑制,乙烯高峰出现延迟,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性提高,从而减缓了丙二醛(MDA)的积累和细胞膜透性的升高。     

甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化细菌在转化甲烷制造新型燃料、单细胞蛋白和新功能酶生产、污水处理等方面有着潜在的应用前景,因此,甲烷单加氧酶作为其代谢过程中重要的酶系也受到人们的广泛关注。我们简要综述了近年来对甲烷单加氧酶的性质、结构、催化机理等方面的研究,特别是对颗粒性甲皖单加氧酶的相关性质进行了详细的阐述。     

Epoxypropane biosynthesis by Methylomonas sp. GYJ3: batch and continuous studies

Methylomonas sp. GYJ3 is a methanotrophic bacterium containing methane monooxygenase (MMO), which catalyses the epoxidation of propene to epoxypropane. In this study, the cell suspension of Methylomonas sp. GYJ3 has been used for epoxypropane biosynthesis from propene. When propene is epoxidized, the product epoxypropane is not further metabolized and accumulates extracellularly. Unfortunately, continuous production of epoxypropane is usually difficult due to exhaustion of reductant and the accumulation of toxic products. Hence, in order to address these problems, batch experiments were performed to explore the possibility of producing epoxypropane by a co-oxidation process. Methane was chosen as the most suitable electron-donating co-substrate since it did not result in molecular toxicity and provided abundant reductant for epoxidation. It was found that the maximum production of epoxypropane occurred in an atmosphere of 30% methane. Batch experiments also indicated that continuous removal of product was necessary to overcome the inhibition of epoxypropane. In continuous experiments, optimum mixed gaseous substrates were continuously circulated through the stirred tank bioreactor to remove product from the cell suspension. Initial epoxypropane productivity was 268 mol/day. The bioreactor has been allowed to operate continuously for 12 days without obvious loss of epoxypropane productivity, and more than 96% of initial MMO activity was retained.     

Methylomonas rapida sp. nov., a novel species of fast-growing,carotenoid-producing obligate methanotrophs with high biotechnological potential

The genus Methylomonas accommodates strictly aerobic, obligate methanotrophs, with their sole carbon and energy sources restricted to methane and methanol. These bacteria inhabit oxic-anoxic interfaces of various freshwater habitats and have attracted considerable attention as potential producers of a single-cell protein. Here, we characterize two fast-growing representatives of this genus, strains 12 and MP1^T, which are phylogenetically distinct from the currently described Methylomonas species (94.0–97.3 % 16S rRNA gene sequence similarity). Strains 12 and MP1^T were isolated from freshwater sediments collected in Moscow and Krasnodar regions, respectively. Cells of these strains are Gram-negative, red-pigmented, highly motile thick rods that contain a type I intracytoplasmic membrane system and possess a particulate methane monooxygenase (pMMO) enzyme. These bacteria grow between 8 and 45 °C (optimum 35 °C) in a relatively narrow pH range of 5.5–7.3 (optimum pH 6.6–7.2). Major carotenoids synthesized by these methanotrophs are 4,4′-diaplycopene-4,4′-dioic acid, 1,1′-dihydroxy-3,4-didehydrolycopene and 4,4′-diaplycopenoic acid. High biomass yield, of up to 3.26 g CDW/l, is obtained during continuous cultivation of MP1^T on natural gas in a bioreactor at a dilution rate of 0.22 h^?1. The complete genome sequence of strain MP1^T is 4.59 Mb in size; the DNA G + C content is 52.8 mol%. The genome encodes four rRNA operons, one pMMO operon and 4,216 proteins. The genome sequence displays 82–85 % average nucleotide identity to those of earlier described Methylomonas species. We propose to classify these bacteria as representing a novel species of the genus Methylomonas, M. rapida sp. nov., with the type strain MP1^T (=KCTC 92586^T = VKM B-3663^T).     

Methane Monooxygenase Biotransformations: Highly Stereoselective Hydroxylation of 3-Methylcyclohexene by Methane Monooxygenase: Steric and Electronic Effects on Product Distribution

Cell extracts containing soluble methane monooxygenase from Methylococcus capsulatus, Methylosinus sporium and Methylosinus trichosporium converted 3-methylcyclohexene to predominantly cis-4-methylcyclohex-2-enol, contrary to an earlier suggestion of rearrangement products. In the case of M. capsulatus extracts, this comprised 90% of the total products. The product mixture was consistent with predictions based on chemical reactivity of the substrate, steric effects in the substrate and products and enzymic constraints operating in concert.     

水-有机溶剂两相体系中甲基单孢菌Z201细胞催化丙烯环氧化的初步研究

Laabe于1987年提出了生物催化剂工程(Biocatalyst engineering)和介质工程(Medium engineering)的概念^[1]。有机相生物催化中溶剂的选择也是介质工程的内容之一。纯酶在有机相中的催化作用已有大量报道^[2],但对完整细胞研究甚步。本文以甲基单胞菌(Methylomonas Z201)完整细胞为生物催化剂．丙烯环氧化为指标反应．研究有机溶剂对活性的影响并对催化活性——溶剂疏水性进行了相关性分析。研究了水一十六烷两相体系中十六烷含量和搅拌速度对丙烯环氧化速度的影响和细胞的操作稳定性。     

水-有机溶剂两相体系中甲基单胞菌Z201催化丙烯环氧化的初步研究

Lanne于1987年提出了生物催化剂工程（Biocatalyst engimeering）和介质工程（Medium enineering）的概念^[1].有机相生物催化中溶剂的选择也是介质工程的内容之一。纯酶在有机相中的催化作用已有大量报道^[2],但对完整细胞研究甚少。本文以甲基单胞菌（Methylomonos）Z201完整细胞为生物催化剂,丙烯环氧化为指标反应,研究有机溶剂对活性的影响并对催化活性-溶剂疏水性进行了相关性分析。研究了水-十六烷两相体系中十六烷含量和搅拦速度对丙烯环氧化速度的影响和细胞的操作稳定性。     

白蚁排泄甲烷的生态环境效应

白蚁是食木昆虫,群体大,个体数量多,分布面广,是一种危害性很大的昆虫。其食料多为含纤维素的物品,如房屋建筑、公路桥梁、农水设施、木材、农林作物,甚至布匹、纸张等均可遭到蛀蚀,已引起人们广泛重视。白蚁排泄甲烷对生态环境的影响,也逐渐引起各国科学家的关注。     

土壤有机质和外源有机物对甲烷产生的影响

对土壤有机质含量及组分、外源有机物和根系分泌对甲烷产生的影响作了综述。土壤产甲烷量和甲烷排放量随有机质含量增加而提高,与土壤中易矿化有机碳或沸水浸提有机碳含量呈显著相关。外源有机碳加入促进了土壤排放甲,刺激效果与外源有机碳的用量和组成有关。还原力强的有机物如纤维素和半纤维素较还原力弱的有机物如类脂和多糖能够产生更多的甲烷。甲醇、甲基化氨基酸等无其它微生物竞争利用的有机物能被产甲烷菌更多地转化成甲烷。植物根系分泌物也促进甲烷的产生,促进作用大小与植物种类及分泌物的数量和质量有关。外源有机物通过3种方式促进土壤甲烷产生;提高土壤的甲烷底物供应量,降低土壤氧化还原电位,刺激土壤原有有机碳的转化。