固氮酶金属原子簇对其结构和功能的影响

一、 △nifZ MoFe蛋白的纯化、特性及晶体生长 从缺失nifZ的棕色因氮菌突变种DJ194中，经离子交换层析和凝胶过滤提纯得到△nifZ MoFe蛋白，其纯度可达SDS凝胶电泳纯。它的Fe、Mo含量分别为野生型OP MoFe蛋白的56.6%和75.0%左右;C_2H_2、H~+还原活性和△H_2均只有OP MoFe蛋白的14.6%、21.7%和21.7%;其可见吸收光谱、CD及AR谱都与OP MoFe蛋白有较大差异，其中，可以反应P-cluster氧还状态和含量的ε_(450nm)、ε_(700nm)及△ε_(450nm)均要比OP MoFe蛋白低;由紫外CD谱反映的△nifZ MoFe蛋白的构象也与OP MoFe蛋白有所不同。由此我们推测，nifZ可能与固氮酶MoFe蛋白中P-cluster的合成或组装有关。为进一步阐明△nifZ MoFe蛋白的结构和功能特性，我们对△nifZ MoFe蛋白的晶体生长进行了研究，通过对沉淀剂浓度、缓冲体系和pH、蛋白浓度以及温度等条件的不断优化组合，目前我们已获得棕色短斜四棱柱形△nifZ MoFe蛋白的最大晶体为0.15 * 0.09mm。 二、 MoFe(C,O)与含Mo、Mn和Cr重组液重组的比较研究 MoFe(R)经O_2和o-phen共同处理后，成为部分缺失FeMoco和P-cluster的不全蛋白(MoFe(C,O))，其C_2H_2还原活性降至MoFe(R)的40%左右，将其分别与含Mo、Cr和Mn的重组液进行保温重组，其C_2H_2还原活性及光谱学特征都得到明显恢复。通过对不同重组液及与MoFe(C,O)形成的重组蛋白的比较，我们认为：1)MoFe(R)中的Fe和Mo原子可能是逐步被鳌合除去的，且不同蛋白中的Fe和Mo原子的缺失程度不同，因而MoFe(C,O)会以多种状态存在;2)在重组液配制过程中，发生的一系列颜色变化及沉淀反应与其是否具有重组激活能力具有相关性，重组液中可能已合成一些简单的含M(M=Mo或Cr或Mn或V)的铁硫化物，但不可能形成完整的金属原子簇;3)含M(M=Mo或Cr或Mn)的重组液均能使MoFe(C,O)中遭到破坏的FeMoco和P-cluster及其连接部分得以重新组装和修复，进而恢复其底物还原活性和光谱学特征。 三、 含锰固氮酶的初步探索 棕色固氮菌突变种UW_3(nifH~-)不能在含钼的培养中固氮生长，但能在含MnSO_4的无氮培养基中固氮生长。用含MnSO_4的无钼无氮培养基培养该突变种从中纯化得到的固氮酶组分1蛋白，其C_2H_2及H~+还原活性约相当于MoFe(R)的20%左右，Mn元素含量测定表明，其中已经含有Mn元素，Fe/Mn比值比OP MoFe蛋白中的Fe/Mo低。这些结果表明：UW_3突变种在该种条件下可能已表达了不同于已发现的三种固氮酶的新的固氮酶组分1蛋白，并且其中含有Mn元素。