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嗜酸硫杆菌属中高电位铁硫蛋白的表达纯化表征与直接电化学研究

嗜酸硫杆菌属中高电位铁硫蛋白的表达纯化表征与直接电化学研究

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作者：漆盈中南大学

学位级别：硕士

高电位铁硫蛋白(Hi PIPs)家族是一类具有较高氧化还原电位的含有[FeS]簇的小分子量铁硫蛋白,它们在冶金微生物铁硫代谢中发挥重要作用。目前对嗜酸硫杆菌属中Hi PIPs的研究仅限于A.ferrooxidans,对该属应用价值较高菌种中Hi PIPs的研究... 详细信息

高电位铁硫蛋白(Hi PIPs)家族是一类具有较高氧化还原电位的含有[FeS]簇的小分子量铁硫蛋白,它们在冶金微生物铁硫代谢中发挥重要作用。目前对嗜酸硫杆菌属中Hi PIPs的研究仅限于A.ferrooxidans,对该属应用价值较高菌种中Hi PIPs的研究尚未开始,已开展的Hi PIPs的研究也不全面。蛋白直接电化学是获得Hi PIPs氧还电势最直接的手段,但实现蛋白直接电子转移(DET)存在挑战,有效的电化学方法仍待探索。本文对嗜酸硫杆菌属不同菌种中的Hi PIPs展开了相关研究。A.ferrivorans和A.ferrooxidans中亚铁氧化酶都具有Hi PIPs的光谱特征。通过准一级动力学模型首次计算出Iro-FV与Iro-AF的氧化亚铁速率,结果表明Iro-FV氧化亚铁能力更强。通过对多种电极与修饰剂的探索,建立起以4,6-二甲基-2-巯基嘧啶(DMMP)修饰金电极的方法,成功测得Iro-FV和Iro-AF的氧还电势(E)分别为435 m V和427 m V,进一步通过分子动力学(MD)阐述了DET机制。Hip-FV与Hip-AF的Tm表明在[FeS]簇的存在下热稳定性均高于非冶金蛋白。使用DMMP/Au电极首次测得Hip-FV和Hip-AF的E分别为513.5 m V和534 m V。Hip在电极上的反应是一个表面控制的准可逆过程,两者的Ks分别为0.537 s和0.620 s,表明电极修饰后Hip的[FeS]中心能在DMMP/Au电极上产生良好的电化学响应。对嗜酸硫杆菌属中唯一耐热的A.caldus中的两个Hi PIP(Hi PIP1和Hi PIP2)蛋白光谱与顺磁性研究证实两者属于Hi PIPs家族。Hi PIP的Tm分别为80.87℃和85.77℃,均显著高于中温与低温冶金菌中的Hi PIPs。通过最佳修饰剂2-巯基嘧啶(MP)修饰金电极后成功测定了Hi PIP的E分别为304.5 m V与400.5 m V,根据两者电位差异可推测其在电子传递链中有不同的分布顺序。最后通过生物信息学分析和多样性分析比较了不同菌种中的Hi PIPs从基因到蛋白层面的特性异同,阐述了其发育与进化关系。本文研究结果丰富了Hi PIPs家族蛋白在极端酸性环境下的多样性功能特性信息。将为解析复杂传递链中多种酶的电子传递分布顺序提供参考,为揭示生物浸矿的机理奠定基础。图44幅,表9个,参考文献147篇

关键词：高电位铁硫蛋白亚铁氧化酶嗜酸硫杆菌蛋白质直接电化学生物信息学分子模拟

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