腺苷酸化合物与固氮酶组分结合的化学模拟

固氮酶是由钼铁蛋白和铁蛋白组成的复合物,它们的活性中心分别由钼铁硫原子簇和Fe_4S_4原子簇所组成。MgATP除了与铁蛋白结合外,是否还能与钼铁蛋白结合,长期以来由于存在着相互矛盾的实验结果,而未能定论。     

对与缺失铁钼辅基的固氮酶钼铁蛋白重组的原子簇的结构要求

棕色固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ）钼铁蛋白与邻菲口罗啉和Ｏ２ 保温并经凝胶柱层析后,成为部分缺失Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ和ＦｅＭｏｃｏ 的失活蛋白。由３ 个－ ＯＣＨ３－ 连结于Ｍｏ原子间的２ 个１Ｍｏ∶３Ｆｅ∶４Ｓ结构单位组成的原子簇与４Ｆｅ∶４Ｓ原子簇的混合液,以及由ＫＭｎＯ４、高柠檬酸铁、Ｎａ２Ｓ和二硫苏糖醇组成的重组液均可使这种失活蛋白明显恢复Ｃ２Ｈ２ 还原活性,但都不能使可被ＦｅＭｏｃｏ 激活的ｎｉｆＥ和ｎｉｆＨ 基因缺失突变种及ＵＷ ４５的Ａｐｏ－ＭｏＦｅ 蛋白得到激活。表明,不能合成ＦｅＭｏｃｏ 的固氮菌突变种蛋白只能与具有ＦｅＭｏｃｏ相似或基本相似结构的原子簇进行体外重组,而部分缺失金属原子簇的钼铁蛋白能与具有一定结构和组成的原子簇进行体外重组,变为具有催化氮还原能力的各种固氮酶组分蛋白。     

N2和NH4^＋培养下粪产碱菌固氮酶钼铁蛋白的合成及其特性

应用柱层析和制备电泳分别将N_2和 NH_4~ 培养的粪产碱菌固氮酶钼铁蛋白(Af 1和Af 1)分离并纯化,两者理化性质十分相似。分子量分别为226 kD和 222 kD;α亚基和β亚基分子量分别为57 kD和60 kD;氨基酸种类相同,总残基数分别为1790和1750;每分子Af 1和Af 1均含有2个原子Mo和32个原子 Fe;金属原子簇的氧化还原当量数为6。Af 1的比活性为 1477 nmolC_2H_4 mg~(-1)protein min~(-1),Af 1无活性;分子结构两者有差异。     

尿素对钼铁蛋白的活性和金属原子簇稳定性的影响

当尿素浓度高于０．５ ｍ ｏＬ／Ｌ时,棕色固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ）固氮酶钼铁蛋白的乙炔还原活性呈指数下降;而经厌氧缓冲系统稀释并保温后,又可得到明显恢复。尿素对邻菲口罗啉从还原的或部分缺失Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ 的ＭｏＦｅ 蛋白中螯合金属原子簇的Ｆｅ 原子均有较大的促进作用。还原ＭｏＦｅ 蛋白在尿素梯度凝胶电泳中的迁移率：在０～１．５ ｍ ｏｌ／Ｌ内,无明显变化;在１．５～５．０ ｍ ｏｌ／Ｌ内,线性变小;在５．０～８．０ ｍ ｏｌ／Ｌ内,则呈平缓状态。结果表明：（１）尿素对不同状态的ＭｏＦｅ 蛋白金属原子簇的影响程度不尽相同,而对蛋白质的变构作用是尿素影响ＭｏＦｅ 蛋白的活性和金属原子簇稳定性的主要原因;（２）ＭｏＦｅ 蛋白的构象与金属原子簇密切相关;（３）ＭｏＦｅ 蛋白在变性过程中,活性下降可能先于分子整体构象的变化     

棕色固氮菌钼铁蛋白的金属原子簇与其构象的关系

棕色固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ）固氮酶钼铁蛋白的紫外ＣＤ谱在２０５—２３５ ｎｍ 出现由峰位分别为２０８ 和２２２ ｎｍ 的双负峰组成的负槽;经邻菲口罗啉在厌氧或有氧环境中处理后,在２２２ ｎｍ 的负峰随该蛋白中Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ 和ＦｅＭｏｃｏ 含量的降低而减少。在分别由Ｎａ２ＭｏＯ４、Ｎａ２Ｓ、二硫苏糖醇和高柠檬酸铁或柠檬酸铁组成的重组液重组后,上述两种处理蛋白在２２２ ｎｍ 的负峰又随其Ｐ－ｃｌｕｓｔｅｒ和ＦｅＭｏｃｏ含量的恢复而恢复。表明,钼铁蛋白的金属原子簇与蛋白质构象间存在明显的相关性     

高度缺失金属原子簇的钼铁蛋白的制备及其重组

棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白与邻菲罗啉厌氧保温时,尿素可使钼铁蛋白丢失的Ｆｅ原子数目显著增加,在有过量Ｎａ２Ｓ２Ｏ４存在时,每个蛋白分子失去的Ｆｅ原子数猛然增至２６－２８个,经Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ－２５柱层析得到的蛋白已失去８５％的乙炔还原活性,而蛋白回收率仍可达６０％。与含Ｍｏ重组液重组后,这种失活蛋白的紫外－可见圆二色谱、凝胶电泳图谱和乙炔还少在性均有所恢复,结果表明,尿素可使厌氧钼铁蛋白的ＦｅＭ