氢营养型产甲烷代谢途径研究进展

产甲烷古菌是一类极端厌氧的古菌域微生物,可以利用CO2、甲醇、乙酸等简单化合物产甲烷并获得能量。目前能够培养的氢营养型(CO2/H2)产甲烷古菌的种类较多,而且在三类产甲烷代谢类型中,氢营养型产甲烷途径的产能效率最高,并具有多种模式的特殊能量利用系统。近年来,随着质谱、光谱和晶体技术的发展与运用,人们对产甲烷代谢途径的研究进一步深入,尤其是对氢营养型产甲烷途径的生化机制有了新的认识,揭示了产甲烷古菌在能量极限条件下独特、高效的能量利用模式。本文从能量储存、代谢途径、蛋白功能与催化机制等方面概述产甲烷古菌利用CO2/H2产甲烷的详细过程,并对产甲烷古菌代谢途径的研究方向与技术发展进行展望。

甲基-辅酶M还原酶结构、功能及催化机制研究进展

产甲烷古菌是目前发现唯一能产生甲烷气体的微生物,也是自然界中生物甲烷的主要贡献者。甲基-辅酶M还原酶(Methyl-coenzyme M reductase,Mcr)负责产甲烷代谢中最后一步甲烷的生成与甲烷氧化代谢中第一步甲烷的激活反应。该酶的基因高度保守,被广泛应用于古菌的鉴定与系统发育研究。其特殊的辅因子F430及催化碳氢(C-H)键裂解的酶学机制也一直备受关注。近年来,在高分辨率蛋白结构和反应过渡态结构方面的重要突破有效地推动了Mcr结构与功能的研究。特别是最新发现的激活非甲烷烷烃厌氧降解的类甲基-辅酶M还原酶(Mcr-like),引起了众多研究者对该类酶激活惰性烷烃分子机制的浓厚兴趣。因此,文中概述了Mcr结构、功能及催化机制的最新研究进展,包括新发现的Mcr-like的研究情况,并展望了Mcr/Mcr-like酶在烷烃厌氧氧化及温室气体控制方面的未来研究方向。

产甲烷古菌铁氢酶研究进展

根据活性中心金属原子的不同,氢酶主要分为镍铁、铁铁、铁氢酶三大类。铁氢酶是发现较晚、存在物种单一且结构较为特殊的一类氢酶。目前,铁氢酶仅发现于氢营养型产甲烷古菌中。该酶直接催化氢气异裂,还原产甲烷代谢途径中一碳载体四氢蝶呤的次甲基转化为亚甲基。与其他两类氢酶相比,铁氢酶不含传递电子的铁硫簇和双金属活性中心,在结构组成上有较大的差异。此外,铁氢酶活性中心的吡啶环被高度取代,活性中心铁原子直接与酰基碳成键,这些奇特的活性分子结构预示着氢酶全新的催化机制,以及古菌细胞在合成特殊结构大分子方面的特殊功能。本文总结了从1990年发现这类新型氢酶以来的相关研究,分别从氢酶的生理功能、结构特征、催化机制、成熟过程及应用研究等方面阐述铁氢酶的研究进展。