锰超氧化物歧化酶的催化原理与酶活性调节机制

锰超氧化物歧化酶(MnSOD)催化两分子超氧自由基歧化为分子氧和过氧化氢。超氧自由基被Mn~(3+)SOD氧化成分子氧的反应以扩散的方式进行。超氧自由基被Mn~(2+)SOD还原为过氧化氢的反应以快循环和慢循环两条途径平行进行。在慢循环途径中,Mn~(2+)SOD与超氧自由基形成产物抑制复合物,然后该复合物被质子化而缓慢释放出过氧化氢。在快循环途径中,超氧自由基直接被Mn~(2+)SOD转化为产物过氧化氢,快速循环有利于酶的复活与周转。本文提出温度是调节锰超氧化物歧化酶进入慢速或者快速循环催化途径的关键因素。随着在生理温度范围内的温度升高,慢速循环成为整个催化反应的主流,因而生理范围内的温度升高反而抑制该酶的活性。锰超氧化物歧化酶的双相酶促动力学特性可以用该酶保守活性中心的温度依赖性配位模型进行合理化解释。当温度降低时,1个水分子(或者OH~-)接近Mn、甚至与Mn形成配位键,从而干扰超氧自由基与Mn形成配位键而避免形成产物抑制。因此在低温下该酶促反应主要在快循环通路中进行。最后阐述了几种化学修饰模式对该酶的调节,说明锰超氧化物歧化酶受到多种形式的快速调节(变构调节与化学修饰)。这些快速调节直接改变酶的活化状态,进而调节细胞中超氧自由基和过氧化氢的平衡与流量,为揭示锰超氧化物歧化酶和超氧自由基的生理作用提供新理论。

生物炭-锰氧化物复合材料对红壤吸附铜特性的影响

锰氧化物作为改性材料应用于制造复合材料一直是环境领域的研究热点,锰氧化物改性的复合材料在水处理、空气清新剂等领域应用广泛。但目前,将生物炭-锰氧化物复合材料作为吸附材料改变土壤对铜吸持能力的研究还不多见。采用等温平衡吸附法,测定生物炭-锰氧化物复合材料对红壤吸附铜的能力影响,并应用Freundlich方程Cs=KfCen分析红壤对铜的吸附特征。结果表明:不同用量的生物炭-锰氧化物复合材料加入后,均会明显提高红壤对铜的吸附量。添加0.5%、1.0%、2.0%和4.0%生物炭-锰氧化物复合材料的红壤处理,其铜的吸附量较未添加处理分别增加了63.1%、130%,310%和509%。Freundlich吸附方程能较好的描述不同用量生物炭-锰氧化物复合材料影响红壤对铜的吸附特征。添加0.5%、1.0%、2.0%和4.0%炭-锰材料处理的分配系数(Kf值)分别为0.176、0.286、0.653和0.800。生物炭-锰氧化物复合材料用量为4.0%时,分配系数(Kf值)较对照红壤提高了5倍,生物炭-锰氧化物复合材料加入红壤后对红壤pH值影响不大,对CEC(阳离子交换量)有较大的影响;生物炭-锰氧化物复合材料用量为4.0%时,CEC为5.59 cmol·kg-1,较对照增加了14.1%,温度升高,有利于提高红壤对铜的吸附能力。生物炭-锰氧化物复合材料加入红壤后,红壤在1034.63、537.22、471.45 cm-1处有吸收峰出现,红壤表面-OH、Mg-O、Si-O等活性官能团数量明显增加。生物炭-锰氧化物复合材料增加红壤对铜的吸附机制可能是红壤表面Mg-O、Si-O等官能团与铜形成了Mg-O-Cu-、Si-O-Cu-络合物,提高了红壤对铜的吸持能力。从土壤化学与土壤修复的角度出发,生物炭-锰氧化物复合材料可用于铜污染红壤修复。

自然水体生物膜中铁、锰氧化物的形态分析

利用逐级提取法分析了向海湿地水环境培养的生物膜上铁、锰氧化物的形态,结果表明,不同类型水环境培养的生物膜上铁氧化物的存在形态以铁锰氧化物结合态为主,而锰氧化物的存在形态以有机质结合态为主,生物膜上铁、锰氧化物的存在形态是膜上铁氧化物吸附镉、锰氧化物吸附铅相对吸附能力存在较大差异的原因.

铁、锰氧化物在自然水体生物膜上的分布

The distribution of Fe and Mn oxides in surface coatings developed in natural waters in Jilin province of China has been investigated. The results indicate that the amounts of iron oxides and manganese oxides differ significantly with the former being much higher and there is a correlative relationship between contents of Fe and Mn oxides and depths at which surface coatings were collected. The same phenumenon was also observed between contents of Fe and Mn oxides and developing period of surface coatings.

Pb,Cu和Zn在自然水体生物膜中铁/锰氧化物等组分上的富集规律

用选择性萃取法萃取天然基质采集的生物膜中的铁/锰氧化物,考察生物膜上铁/锰氧化物对水体中Pb,Cu及Zn的富集作用.结果表明,锰氧化物对生物膜富集Pb起主要作用,而铁氧化物和除铁/锰氧化物以外的以有机质为主的其它组分的作用很小;膜上其它组分对Cu的富集贡献较大,锰氧化物的贡献与铁氧化物的接近;锰氧化物对Zn的富集贡献最大,铁氧化物和其它组分的贡献比较接近.锰氧化物对Pb,Cu及Zn的富集能力分别高于铁氧化物的富集能力,铁氧化物和锰氧化物对3种金属富集能力的大小顺序分别是Zn>Cu>Pb和Zn>Pb≥Cu.

自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物的萃取分离

采用选择性萃取分离技术对自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物进行萃取分离研究,考察该技术的适用性.参考人工培养生物膜的萃取方法,分别用NH2OH·HCl和Na2S2O4为萃取剂选择性萃取生物膜上的锰氧化物和铁、锰氧化物.实验中分别依次只改变萃取剂浓度、萃取液酸度或萃取时间,保持其它两个因素不变,分别考察这三个因素对萃取效果的影响,从中选出对铁、锰氧化物萃取率高而对有机质影响小的条件为最佳条件.用选定的最佳条件对不同时间和地点采集的生物膜进行萃取,发现对目的组分的萃取率可达70.8%～94.6%,而对非目的组分的影响很小(3.3%～11.0%),满足萃取分离的要求.这说明选择性萃取技术可以广泛应用于自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物的萃取分离.

实验室制备的铁、锰氧化物与自然水体生物膜中相应组分吸附铅、镉特征比较

用实验室制备的无定形铁、锰氧化物吸附铅、镉,结果表明:实验室制备的无定形铁氧化物与自然水体生物膜中的铁氧化物吸附铅的能力接近,锰氧化物能够较好地模拟自然水体中生物膜中的锰氧化物吸附镉的行为.

锰氧化菌及其生物锰氧化物在环境污染修复中的应用研究进展

目前,重金属和有毒有机污染物的环境污染受到社会广泛的关注。已有的研究表明,环境中广泛存在的锰氧化菌能修复环境中的Mn(Ⅱ)污染及生产锰氧化物(简称生物锰氧化物);生物锰氧化物较化学合成氧化锰矿物结晶弱,粒径小,Mn价态高,结构中八面体空穴多,比表面积大,具有比化学合成锰氧化物更强的吸附、氧化和光还原溶解特性;生物锰氧化物能吸附Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Co(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)等多种重金属,氧化Co(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)、U(Ⅳ)、Ce(Ⅲ)等低价重金属离子,降解乙炔基雌二醇等有机污染物,是具有广泛应用前景的环境材料。

水温对自然水体生物膜上铁、锰氧化物形成过程的影响

利用自然水体培养的生物膜进行膜上铁、锰氧化物含量变化的分析。结果表明,用于培养生物膜的水体温度对膜上铁、锰氧化物的形成影响很大,并与膜上铁、锰氧化物的含量呈显著的线性关系。

自然水体生物膜上铁、锰氧化物生长速率的研究

通过对南湖水体培养的生物膜上铁、锰氧化物生长速率的研究发现 ,生物膜上铁、锰氧化物的生长过程均属于一级动力学反应 ,可以用双常数速率方程、Elovich方程、抛物线扩散方程及指数函数方程进行描述 ,生物膜上铁氧化物的生长速率远远大于锰氧化物的生长速率 ,锰氧化物的生长速率随水深的增加而降低 。

与锰过氧化物酶相关的硫酸盐浆的生物漂白

介绍了白腐菌在KP浆生物漂白中起作用的木质素降解体系,概述了锰过氧化物酶(MnP)的性质及其催化反应。并通过实例介绍了产MnP的白腐菌及其所产MnP对KP浆的漂白效果及其在生物漂白体系中的影响因素。

锰过氧化物酶的生物信息学分析

用生物信息学的分析方法,系统地研究了锰过氧化物酶的核苷酸序列和蛋白质氨基酸序列,用DAMBE软件计算了基因长度、碱基组成、GC含量,蛋白质长度、氨基酸组成,找出了基因和蛋白质的相似片段,并分别绘制了每种同工酶的基因序列和蛋白质序列的系统进化树。

一色齿毛菌锰过氧化物酶2基因克隆及生物信息学分析

锰过氧化物酶(manganese peroxidase,Mn P)是由一系列同功酶组成的木质素降解酶。我们前期工作克隆了一色齿毛菌(Cerrena unicolor)Mn P1基因序列。在此基础上,本研究采用简并PCR、染色体步移和RACE等技术对C.unicolor mnp2基因(Cu-mnp2)序列进行克隆。同时,采用生物信息学软件对Cu-mnp2的基因结构、Cu-Mn P2的蛋白质结构及多物种Mn Ps蛋白质序列的系统进化关系进行分析。克隆得到3 053 bp的Cu-mnp2 DNA序列(Gen Bank:JX270806.1)和1 429 bp的Cu-mnp2 c DNA序列(Gen Bank:JQ782580.1)。序列分析结果显示,Cu-mnp2 DNA序列包含14个外显子和13个内含子,启动子区域包含TATA-BOX、SP1和AP1等作用元件;Cu-mnp2 c DNA序列包含71 bp的5'UTR、230 bp的3'UTR以及1 128 bp的开放阅读框(ORF)。Cu-mnp2 ORF序列的BLAST比对结果表明,Cu-mnp2与Trametes versicolor FP-101664 SS1 mnp序列覆盖度为53%,序列相似性为65%;与Heterobasidion irregulare mnp、C.unicolor mnp1等c DNA序列都有较高的序列相似性。Cu-mnp2的ORF编码(Gen Bank:AFK91530.1)由340个氨基酸残基组成的多肽链(CuMn P2)。Cu-Mn P2蛋白质序列的BLAST比对和蛋白质三维结构均显示,Cu-Mn P2包含Mn2+、Ga2+、血红素及芳香底物结合位点。对包含Cu-Mn P1、Cu-Mn P2蛋白质序列在内的多物种Mn Ps蛋白质序列的系统发育分析表明,多物种的Mn Ps分为两大类群,分别为包含4个二硫键的短Mn Ps和包含5个二硫键的长Mn Ps。其中,Cu-Mn P1与Cu-Mn P2均属于短Mn Ps,Cu-Mn P2与Trametes versicolor Mr P的蛋白质序列亲缘关系最近。通过Cu-mnp2基因的克隆和序列分析,对继续研究C.uniclor的Mn P同工酶基因结构和功能奠定基础。

选择性萃取方法在生物膜上铁、锰氧化物分离中的应用(英文)

A novel selective extraction method on the extraction of Fe and Mn oxides in natural surface coatings (biofilms and associated minerals) was applied to different sets of surface coatings. The results showed that NH 2OH·HCl could extract almost all of the Mn oxides from the surface coatings selectively without significant effect on Fe oxides for all the surface coatings studied. Na 2S 2O 4 can remove Mn oxides more effectively and can remove most of Fe oxides for most surface coatings. The development time and the development environment have little effect on the extraction of Mn oxides. Fe oxides extracted using Na 2S 2O 4 were affected by the characters of the aquatic system to a certain extent.

利用赖氨酸芽孢杆菌产生的生物锰氧化物吸附和回收金离子

研究了1株从锰污染的土壤中分离的细菌M14,初步鉴定其为赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus sp.)。该菌在生长过程中可以将Mn(Ⅱ)氧化成不溶于水的以Mn(Ⅳ)为主的生物锰氧化物。再利用这种生物锰氧化物去吸附和解析溶液中的金离子,从而达到了贵重金属回收再利用的目的。该菌保藏于中国典型培养物保藏中心,其保藏号为CCTCC NO:M2012084。本研究结果在净化和回收采矿等废水方面具有良好的应用前景。

锰氧化物改性生物炭对水中四环素的强化吸附

以MnCl2为改性剂,制备锰氧化物改性生物炭(MBC),用于强化生物炭对水中四环素的吸附。采用比表面积法(BET)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)等手段表征其微观结构,并通过单因素试验研究改性前后生物炭对四环素的吸附行为和影响因素。结果表明,Langmuir模型计算的MBC最大吸附量为736 mg·g^-1,较原始生物炭提高了15倍。吸附符合准二级动力学模型,受物理化学过程控制,是一个自发的吸热过程。溶液pH、二价阳离子对吸附影响较大,而一价阳离子和共存腐植酸对吸附影响微弱。MBC吸附水中四环素主要是通过氢键作用、静电作用及锰与四环素之间的配位作用,吸附效果较BC显著提高,且环境适应能力更强,对去除水环境中的抗生素具有较好的应用前景。

生物炭-锰氧化物复合材料吸附铕(Ⅲ)的性能研究

以玉米秸秆为原料,制备了锰氧化物改性的复合材料.利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)以及X射线衍射(XRD)等对材料进行表征.考察了溶液pH、反应温度、吸附时间等对吸附铕的影响.结果表明:溶液pH显著影响生物炭-锰氧化物复合材料对铕(Ⅲ)的吸附,最佳条件为pH=8,吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir模型,表明吸附过程为单分子层吸附,且以化学吸附为主.该复合材料的最大理论吸附量为68.31 mg·g^(-1).

生物锰氧化物对4种重金属的吸附特性研究

通过培养锰氧化细菌Sphingopyxis sp.4-15,制备生物锰氧化物,研究了生物锰氧化物的结构性质及其在不同影响因素下对4种重金属Cu、Zn、Cr和As的吸附特性。结果表明该生物锰氧化物中含有MnO_(2)、Mn_(3)O_(4)和MnO等晶体锰氧化物,包裹在菌体细胞表面呈现出规则的花球状。其锰主要以高价态的Mn^(4+)和Mn^(3+)形式存在,平均孔径为35.56 nm,比表面积为41.49 m^(2)/g。锰氧化物对重金属的吸附过程受pH值影响,最适pH值为4~6;离子强度对吸附过程干扰较小;升高温度有利于其对Cu和Zn的吸附,而对As的吸附产生抑制;锰氧化物对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、As(Ⅲ)的吸附在反应360 min时可达到平衡,对Cr(Ⅲ)的吸附在反应5 min内达到平衡;在4种重金属最大初始浓度下,生物锰氧化物对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、As(Ⅲ)的吸附量依次为:70.184、15.140、9.141、0.089 mg/g,具有较大的重金属吸附容量。

生物炭载铁锰氧化物催化H2O2氧化含油废水

以猪粪生物炭(PB)为载体,采用浸渍法分别负栽铁/锰氧化物制备生物炭催化剂,将催化剂与双氧水联合处理含油废水,考察了制备时负载物含量、催化剂用量、双氧水量和溶液p H等因素对处理含油废水的影响。采用X射线衍射、扫描电铣、比表面积和傅里叶红外光谱对催化剂进行表征。结果表明,生物炭催化剂催化H2O2氧化含油废水的效果比单独使用催化剂和单独使用H2O2好,载铁催化剂(Fe2O3/PB)催化氧化含油废水的性能优于载锰催化剂(MnOx/PB),当Fe2O3/PB用量为1 g/L、双氧水用量为0.6 mL/L、反应时间5 h、反应温度30℃的优化条件下,含油废水COD去除率达到99.32%。

生物炭/锰氧化物复合材料对苯甲酸的吸附研究

以香蕉皮为原料,通过浸渍-焙烧的方法制备了生物炭/锰氧化物复合材料。研究了生物炭/锰氧化物复合材料吸附去除苯甲酸的工艺条件以及吸附等温线、动力学以及热力学过程。结果表明,在温度为25℃、溶液pH=4.0、苯甲酸底液质量浓度为100 mg/L、吸附剂投加量为2 g/L的条件下,生物炭/锰氧化物复合吸附剂对苯甲酸的去除率为94.76%。此外,生物炭/锰氧化物复合吸附剂对苯甲酸的等温吸附过程服从Langmuir模型,饱和吸附量为68.213 mg/g;吸附动力学过程服从准二级动力学方程;吸附热力学研究表明,该吸附过程能自发进行。