发现一种异常蛋白质在地球氮循环中起重要作用

时间：2022-01-05 13:58:03来源：

Kartal和他的同事用来在实验室中生长斯图加特犬细胞的一种生物反应器。厌氧氨氧化细菌充满了含血红素的蛋白质，包括执行厌氧氨氧化过程关键反应的酶，使细胞明显呈红色。

不来梅的科学家发现一种不寻常的蛋白质在地球的氮循环中起着重要的作用。新型含血红素的细胞色素参与了厌氧氨氧化过程，该过程负责在大气中产生一半的二氧化氮，并且在调节温室气体中起重要作用。

氮是生命的重要组成部分。例如，生产蛋白质是必需的。

不莱梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所微生物生理学小组负责人Boran Kartal研究了氮循环微生物，这些微生物控制着这一重要资源的生物利用度。

氮循环中特别有趣的部分是厌氧氨氧化工艺，是厌氧铵氧化的简称。在此，亚硝酸盐或一氧化氮和铵直接转化为二氮气。

现在，卡尔塔尔（Kartal）和他的同事发现了一种与厌氧氨氧化过程有关的蛋白质，可能会有些意外。他们的结果发表在《生物化学杂志》（Journal of Biological Chemistry）十一月号上。

到现在为止太罕见了

该蛋白质是一种含血红素的细胞色素，参与了铵和一氧化氮向肼的转化。血红蛋白在生命中具有深远的功能，例如我们血液中的血红蛋白携带氧气。血红素的结构通常类似于蜘蛛网，中间有一个铁原子。在整个生命树中，我们可以从通常由五个氨基酸形成的模式中识别出蜘蛛网在何处与蛋白质的其余部分结合， Kartal解释说。“令人惊讶的是，我们发现的蛋白质具有非常不寻常且出乎意料的结构。它仅由四个氨基酸形成这种模式，因此迄今为止在研究中仍被忽略。”

厌氧铵是厌氧铵氧化的缩写，是氮循环中全球重要的微生物过程。它发生在许多自然和人为的环境中。在此过程中，亚硝酸盐和铵离子直接转化为二氮以及水和硝酸盐。

Anammox负责海洋中产生的N2气体的大约一半。因此，它从海洋中去除了大量生物可利用的氮。这样，其他生物便无法再利用这种氮素。这样，厌氧氨氧化可以控制海洋的初级生产力。

厌氧氨氧化工艺在废水处理中也很重要。借助厌氧氨氧化细菌去除氮化合物比传统方法便宜得多，并且减少了温室气体CO2的排放。

减少气候活性气体

新蛋白是一个非常令人兴奋和相关的过程的中心。如卡塔尔（Kartal）先前所显示，厌氧氨氧化细菌仅从亚硝酸盐或一氧化氮（NO）和铵中产生大气中的氮（N2）。

与许多微生物不同，它们不会将一氧化氮转化为温室气体一氧化二氮（N2O）。因此，每个转化为N2而不是N2O的NO分子都比增加气候变化的分子少一个。厌氧氨氧化细菌减少了可用于生产N2O的NO的量，因此减少了释放的温室气体的量。

令人惊讶的常见模式

考虑到这种相关性，Kartal和他的同事进行了数据库搜索，以调查具有新发现模式的蛋白质在自然界中的分布情况。“值得注意的是，这种模式非常普遍，”卡尔塔尔（Kartal）说。具有四氨基酸模式的蛋白质存在于整个细菌和古细菌域的多种微生物中。Kartal继续说道：“在许多不同种类的微生物中都发现了这种微生物，例如以甲烷为生命的甲烷营养菌和金属降解剂。”

具有四个氨基酸模式的蛋白质的全部潜力尚未完全开发。“在厌氧氨氧化细菌中，它是在传递电子的蛋白质中发现的。”Kartal说：“在其他生物中，这种模式可能为其所含的蛋白质赋予特殊的特性。这肯定是需要进一步研究的东西。”

参考：Christina Ferousi，Simon Lindhoud，Frauke Baymann，Eric R.Hster，Joachim Reimann和Boran Kartal的“在多血红素细胞色素中发现功能性，收缩的血红素结合基序”，2019年10月3日，生物化学杂志。DOI：
10.1074 / jbc.RA119.010568