棕色固氮菌固氮酶钼铁蛋白的分子量及钼铁硫含量

在固氮酶钼铁蛋白的结构和功能的研究中,钼铁蛋白的分子量及钼、铁、硫含量是重要的数据,但目前国外文献报道的数值差别较大。为此,我们以重结晶的钼铁蛋白为材料,测定了棕色固氮菌(林土23号菌株)固氮酶钢铁蛋白的分子量和钼、铁、硫含量。     

钼铁蛋白类晶体的电子显微观察

等和等曾用电子显微镜研究固氮酶钼铁蛋白的结构,认为钼铁蛋白是由四个球状的亚基组成。1974年,Stasny等通过电子显微镜观察,确定钼铁蛋白分子由四个类似球状的亚基组成,排列成90×90×40的直角平行六面体。同年我们也观察到由钼铁蛋白分子井然有序地排列成的类晶体,并对其分子构型作了研究。     

ATP与MoFe_3S_4~*原子簇的络合

多数研究报道指出,单独的钼铁蛋白不结合MgATP。但也有些研究者对此持不同的看法,认为钼铁蛋白也能结合MgATPC。钼铁蛋白的活性中心是由Mo、Fe、S组成的原子簇。研究ATP与MoFe_3S_4~*的络合,不仅有助于对固氮酶反应中MgATP驱动     

[(C_2H_5)_4N]_2[Fe_2(SCH_2CH_2S)_4]的合成及其晶体结构和分子结构

许多铁硫蛋白的活性中心都是铁硫原子簇化合物。如植物铁氧还蛋白,皮质铁氧还蛋白和假单孢氧还蛋白的活心位置是Fe_2S_2原子簇化合物。固氮酶的铁蛋白活性中心是Fe_4S_4原子簇化合物。固氮酶的钼铁蛋白中,除Mo—Fe—S原子簇、Fe_4S_4原子簇外,还有Fe_2S_2原子簇等等。铁硫原子簇化合物的主要特点是容易发生氧化还原反应,因而能传递电子。它们在生物体中所起的正是活化和传递电子的作用。所以,铁硫原子簇化合物的合成、结构和性质研究具有重要的仿生意义。     

产酸克氏杆菌(Klebsiella oxytoca)钼铁蛋白α-423~(Ile)位点的突变导致固氮酶催化活性降低

基于前期对固氮酶催化过程中存在两条电子传递通路的推论,探索从与P原子簇共价相连的β-93Cys出发至FeMoco之间重要的氨基酸位点.通过分析固氮酶钼铁蛋白的结构,利用体外定点突变和基因替代技术,将产酸克氏杆菌(Klebsiella oxytoca)固氮酶β-102Asn,α-431Lys和α-423Ile位点分别替换为β-102Ala,α-431His和α-423Pro,获得Nβ102A,Kα431H和Iα423P突变株.3个突变对细菌固氮生长有不同程度的影响,其中Iα423P突变株几乎无固氮生长,细胞乙炔还原活性显著下降;在42 L发酵罐中培养,其细胞最高固氮酶活性仅为野生型菌株的1/6;qRT-PCR检测发现此突变株nifD基因4倍的上调表达.分离纯化Iα423P钼铁蛋白,其最高C2H2和H+还原水平分别为野生型的13%和21%.根据以上研究结果推论,突变固氮酶的催化活性显著降低,或与直接打破α-423Ile与高柠檬酸长臂之间的氢键有关,推测α-423Ile是固氮酶催化底物还原过程中,电子经高柠檬酸长臂进入活性中心Mo位的入口氨基酸.     

原子簇络合物亡(C_2H_5)_4N]_3[Mo_2FeS_8O_2]的合成、结构和性质研究

一、前言化学模拟生物固氮的根本目的是要彻底改革现行合成氨工业催化剂,其关键在于弄清固氮酶的结构与功能。铁钼辅基(简称:FeMo—co)的成功分离使固氮酶活性中心的研究进入了一个新阶段。用外延X-射线吸收精细结构方法(简称EXAFS)对钼铁蛋白和铁钼辅基中     

棕色固氮菌固氮酶对基质还原的抑制作用

为探索生物固氮机理,国际上对各种来源固氮酶催化基质还原的抑制试验早有不少报道,然而不论是经典抑制剂还是几种成对基质之间的抑制类型,国外不同实验室得到的结果很不相同;作为我国固氮研究常用菌株的棕色固氮菌(NO.230),其固氮酶对基质还原的抑制作用和有关参数,国内至今尚未见报道;因此我们在前文基质还原的动力学基础上,选择几项典型的抑制试验进行系统测试,颇有必要。     

{[Et_4N]_3[Mo_2FeS_6(SCH_2CH_2S)_2}_4·CH_3CN簇合物的合成、结构和性质研究

利用EXAFS光谱分析、钼铁蛋白、钼铁辅因子与钼铁硫多核模拟物比较,其钼的周围具有相似的笼型结构,从而推测固氮酶的活性中心,很可能是一类钼铁硫原子簇化合物。因此模拟固氮酶的活性中心——钼铁硫簇合物的合成、结构和性质研究将引起人们极大兴趣。本文报道{[Et_4N]_3[Mo_2FeS_6(SCH_2CH_2S)_3]}_4·CH_3CN簇合物的合成、结构和性质研究。     

钼铁硫簇合物{(C_2H_5)_4N}_3{[(SCH_2CH_2S)MoS_3]_2Fe}的合成、结构和催化性质的研究

几年来,固氮酶研究不断取得新的进展,从钼铁蛋白中分离出铁钼辅基(简称:FeMo—Co),大多数生物学家认为FeMo—Co是固氮活性中心,利用EXAFS光谱分析确定钼铁蛋白和FeMo—Co中钼的微环境,提出了固氮酶活性中心模型。这些研究促进了钼铁硫原子簇化学发展,因此有关模拟固氮酶活性中心——钼铁硫原子簇化合物的研究引起人们极大的兴趣。本文报道{(C_2H_5)_4N}_3{[(SCH_2CH_2S)MoS_3]_2Fe}原子簇化合物的合成、结构和性质研究。     

一个模拟固氮酶某些性状的无机催化剂

固氮酶是一个含金属钼和铁的蛋白质。在催化还原分子氮及其他底物的过程中,是钼还是铁,或者钼和铁同时与底物首先络合,是迄今尚未阐明的问题。在第二次全国化学模拟生物固氮交流会上,我们曾报道二氯四呲啶铁在溶液中催化还原叠氮化物为氨的活性受外加钼酸钠的促进。进一步的实验表     

紫云英根瘤菌nifH基因的结构及其上游区重复顺序的存在

在自然界有为数众多的原核生物具有固定分子氮的能力。这个过程是由固氮酶复合物即组分Ⅰ(钼铁蛋白)和组分Ⅱ(铁蛋白)催化进行的。编码组分Ⅰ的基因称nifD、nifK,编码组分Ⅱ的基因称nifH。以肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumonioe)nifHDK作为探针与不同来源的自生或共生固氮菌的DNA杂交试验表明固氮酶结构基因具较高的同源性。     

棕色固氮菌产生的钼配位化合物

在固氮酶的酶促反应中,过渡金属钼在活性部位起着重要作用.但是,钼在固氮酶中的功能及其配位化学迄今尚未彻底阐明.为探索其作用,曾用模型化合物和从固氮酶中提取低分子量的钼肽或钼辅因子来进行研究.本工作是用棕色固氮菌所产生的钼配位化合物     

N2和H+在固氮酶活性中心金属原子簇中还原位点的分析

目前研究表明, 固氮酶的生理底物氮气(N₂)和质子(H⁺)在钼铁蛋白中的铁钼辅因子(FeMo-co)上被还原, 但其确切的还原位点尚未确定. 对比分析了棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii, Av)野生型(WT)与5种突变株(包括FeMo-co附近2个保守氨基酸α-191^Gln和α-195^His单突变菌株(Qα191K和Hα195Q)、FeMo-co上钼原子相连的高柠檬酸突变株(nifV^−)以及α-191^Gln和α-195^His与高柠檬酸的双突变菌株(Qa191K/nifV ^− 和Hα195Q/nifV^−))固氮酶催化还原N₂和H⁺活性的变化, 结果表明, N2在靠近FeMo-co中心硫原子(S2B)的Fe2和Fe6上络合和还原, FeMo-co上的钼原子是H+还原的位点. 结合生物信息学分析结果显示, [8Fe7S]和FeMo-co之间可能存在两条平行的电子传递通路.     

接近固氮酶的钼-胰岛素模型

象棕色固氮菌(Azotobacter vine-landii)这类细菌的固氮酶,如何固定大气中的氮为氨,是令人感兴趣的问题.美国加州大学舒劳策(N.Schrauzer)博士的研究指出钼是唯一的催化部位. 固氮酶含钼、铁和硫.包括这三种元素的原子簇曾被认为是氮还     

面向固氮酶铁钼辅基加氢模式的柠檬酸钼研究

柠檬酸钼配合物的光谱和结构研究,为固氮酶铁钼辅基中的高柠檬酸和柠檬酸突变种的配位性质提供了重要的信息.本文利用水热法,用钼酸铵、柠檬酸(H_4cit)、α,α,α-三联吡啶(tpy)和盐酸肼在酸性条件下分离得到了两个不同价态的双核柠檬酸钼配合物[Mo_2~(IV)O(Hcit)_2(tpy)_2]·3H_2O(1)和(H_2tpy)_2[Mo_2~(VI)O_5(Hcit)_2]·7.5H_2O(2).通过元素分析、红外光谱、紫外光谱、核磁共振、电子顺磁共振、键价计算和X射线单晶衍射等手段对这两个配合物进行了表征.单晶结构分析表明,1和2中的柠檬酸配体通过α-烷氧基、α-羧基和β-羧基与钼三齿螯合,另一个游离的β-羧酸基团与周围的水分子形成氢键.核磁碳谱表明2在溶液中发生了解离.对1、2和已报道的柠檬酸钼配合物的键长进行统计分析显示,端氧的反位效应、羟基质子化效应和金属钼的价态是影响键长的主要因素.其中,Mo-O(α-烷氧基/α-羧基)键长与金属钼的价态呈现一定的线性关系.线性拟合计算得到的Mo(III)-O(α-羧基)键长与钼铁蛋白结构中Mo(III)-高柠檬酸和柠檬酸的配位键长接近,而计算的Mo(III)-O(α-烷氧基)键长远小于蛋白中的键长,但质子化作用下的Mo-O(α-羟基)键长与之接近.由此进一步支持固氮酶铁钼辅基中的高柠檬酸和柠檬酸通过α-羧基和未去质子的α-羟基与钼配位.该加氢配位模式对于研究高柠檬酸和柠檬酸在固氮和CO还原反应中的加氢作用具有重要意义.     

肺炎克氏杆菌固氮酶双突变株的构建及其对底物还原的特性

通过定点突变及基因替代技术, 将肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae, Kp)野生型菌株的固氮酶钼铁蛋白α亚基中铁钼辅因子(FeMoco)周围多肽链的Glnα190和Hisα194分别置换为Lys和Gln, 并构建成2个单突变株,命名为Kp-Qα190K和Kp-Hα194Q. 将上述2个突变分别引入Kp-nifV突变株(与FeMoco相连接的高柠檬酸被柠檬酸置换)获得另外2个双突变株, 命名为Kp-Qα190K-nifV^−和Kp-Hα194Q-nifV^−. 对上述4种突变株进行诱导培养和细胞的固氮酶活性分析表明, 4种突变株都失去了固氮活性, 乙炔(C₂H₂)还原活性也大幅度降低, Kp-Qα190K单突变株的乙炔还原活性比Kp-Hα194Q单突变株下降得多; Kp-Qα190K-nifV^−双突变株几乎完全丧失了活性, 而Kp-Hα194Q-nifV^−野生型菌株10%的乙炔还原活性. 突变株将氘代乙炔(C₂D₂)还原成氘代乙烯(C₂D₂H₂)的情况是: Kp-Qα190K和Kp-Hα194Q-nifV^−突变株的C₂D₂还原产物中, 反式-1,2-二氘代乙烯比例比Kp野生型增加了1倍, 表明固氮酶催化加氢的立体构型选择性降低. 以上结果表明, 固氮酶活性中心周围多肽环境中Glna190残基, 及与FeMoco相连的高柠檬酸, 可能直接参与质子和/或电子向活性中心FeMoco的传递. 推测Glna190和与FeMoco的Mo原子相连的高柠檬酸, 在质子和/或电子通过Mo位进入FeMoco起关键作用. 这种双突变株所产生的固氮酶, 有利于在体外研究固氮酶的催化机制, 可以通过分析用于还原底物的电子和质子进入活性中心FeMoco的位点, 推测出底物在活性中心中的络合和还原的部位.     

不同桥连原子的半胱氨酸钼络合物对乙炔催化还原活性的研究

Schrauzer的钼-半胱氨酸体系,是固氮酶模拟物中研究得最深入的体系之一,最近,又发展成为钼-胰岛素体系,选择性有了进一步提高。关于这一体系的配位体结构和活性关系的研究已作了一些工作,其中,最重要的一点是硫的配位,即与钼相连接的配位基团必须带有—SH基才有活性。但关于桥连原子对活性的影响,则尚未见有报道。     

缺失nifZ棕色固氮菌突变株(DJ194)钼铁蛋白的金属原子簇的组成与分布

经DEAE 52, Q-Sepharose和Sephacryl S-200柱的厌氧层析, 从缺失nifZ基因的棕色固氮菌突变株(DJ194)中纯化得到固氮酶钼铁蛋白(ΔnifZ Av1). 厌氧天然电泳后的Western blotting和SDS-变性凝胶电泳显示, ΔnifZ Av1的电泳迁移率、分子量和亚基组成等与野生种钼铁蛋白(OP Av1)相似; 而且ΔnifZ Av1的Mo含量、EPR信号(g ≈ 4.3, 3.65和2.01)及660 nm附近的圆二色摩尔消光系数(Δε)也都与OP Av1较相似, 表明ΔnifZ Av1除具有α₂β₂四聚体结构组成外, 还含有与OP Av1数量相当的、具有3/2自旋态的还原FeMoco. 然而, ΔnifZ Av1的Fe含量和对底物 (C₂H₂, H⁺和N₂)的还原活性都较低, 分别约为OP Av1的74%和46%~50%, 而反映P-cluster状况的450 nm附近的Δε也明显低于OP Av1, 说明ΔnifZ Av1与OP Av1的差别在于P-cluster, 而不在于FeMoco, 而且是在于ΔnifZ Av1中P-cluster数目的减少(约50%), 而其组成或氧还状态并未改变. 据此推测ΔnifZ Av1(DJ194)的结构为: 一个αβ亚基对含有一个FeMoco和一个P-cluster, 而另一个αβ亚基对只含FeMoco, 无P-cluster. 由于nifZ基因的缺失只造成了钼铁蛋白中2个P-cluster中的一个不能组装, 因此推测P-cluster的组装可能不是受单一基因产物的影响并由此提出了NifZ的可能作用机理.     

固氮酶Fe中心模型化合物的合成、结构和催化活性的研究

1981年,忻新泉等人,从配位化学的角度出发,提出了固氮酶双中心作用机制。认为在固氮酶中Fe原子是吸附活化底物的中心,它与由Mo—Fe—S簇化合构成的还原中心协同作用完成底物的还原过程。为了论证Fe是吸附活化中心,我们合成了含有铁硫的原子簇化合物,作为模拟体系,并进行了催化活性的研究。本文报道新型[(C_2H_5)_4N]_4[Fe_6S_9(SCH_2CH_2OH)Cl]簇合物的合成、结构和催化活性的研究。     

Bi-Mo/SiO_2催化剂活性中心性质的研究

一、反应过程的性质和研究的方法 铋和钼的混合氧化物是低级烯烃氧化过程中(如丁烯氧化脱氢制丁二烯、丙烯氨氧化制丙烯腈)比较广泛采用的催化剂。 丁烯氧化脱氢生成丁二烯的催化反应过程,我国和国外都已进行了研究。这一过程的性质目前比较一致的看法是属于氧化-还原机理,即在反应过程中,由于催化剂的晶格氧参与反应而被反应物还原,而气相中的