...文報導厭氧菌中兩個催化磺酸丙二醇降解的新自由基酶及其生化通路

2021-01-22 天津大學新聞網

本站訊（通訊員 武杉）國際著名學術期刊《美國科學院院報》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）6月22日在線發表了題為《兩種自由基依賴的有機硫化物磺酸丙二醇的厭氧降解機制》（Two radical-dependent mechanisms for anaerobic degradation of the globally abundant organosulfur compound dihydroxypropanesulfonate）的論文。這是天津大學藥學院張雁教授、尉遲之光副教授研究團隊與美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）趙惠民教授及其領導的新加坡科學與工程研究所（A*STAR）研究團隊長期合作，對有機磺酸化合物在厭氧環境下依賴自由基酶催化降解途徑深入研究的又一重大成果。

根據文章報導，該合作團隊發現並表徵了兩個未知的甘氨酸自由基酶，並根據其所催化反應，分別命名為磺酸丙二醇裂解酶（HpsG）和磺酸丙二醇脫水酶（HpfG）。文章深入研究了這兩個酶的催化機理和結構功能關係，並進一步研究了其所在的生化通路及生理功能。該團隊還通過序列相似性網絡分析和催化部位的關鍵胺基酸信息等生物信息學手段，找到了自然界中含有這些酶的厭氧菌的種類以及這些菌在地球上的分布。其中硫還原菌存在於人體腸道中，經新發現的代謝通路產生亞硫酸作為無氧呼吸作用的終端電子受體，從而產生硫化氫，過量硫化氫可引起結腸癌等疾病，因而這項研究成果與人類健康密切相關。

磺酸丙二醇是地球上最豐富的含硫化合物之一，是6-脫氧-6-磺基葡萄糖（sulfoquinovose,SQ）磺基糖酵解的產物。磺基糖酵解是德國科學家David Schleheck課題組2014年在Nature期刊上報導的一條有別於人們熟知的糖酵解的生化通路。地球上所有植物、苔蘚、藻類和大多數光合細菌葉綠體類囊體膜都含有SQ糖，因此其全球年產量非常驚人，約為10,000,000,000噸。磺酸丙二醇除了作為磺基糖酵解的產物外，其本身在海洋浮遊生物如佔全球初級生產總量20％的硅藻中含量也極其豐富。硅藻可以在海洋表面聚集成衛星上都清晰可見的足球場大小的球，並與細菌共生，最終裂解後沉入海洋底部。由於地球上磺酸丙二醇的高產以及廣泛分布，加上含有此次發現的新酶新代謝通路的菌有的為存在於海洋深處的環境菌，也有的為海洋及陸地動物的腸道菌，因此該項研究發現對於了解生物地理化學硫循環有著重要意義。此外，海洋底部的硫還原菌，對於海洋油氣田開採過程的脫硫化也具有重要的意義。該文共同第一作者為天津大學博士生劉佳翼和新加坡科學與工程研究Yifeng Wei博士。

文章連結：https://www.pnas.org/content/early/2020/06/19/2003434117。

（編輯 焦德芳 陳錚傑）

相關焦點

  • Science∣RiPPs中酪氨酸殘基經自由基SAM酶催化的酪胺切除反應
    2018年2月，蘇黎世聯邦理工學院微生物研究所的Jörn Piel 教授團隊在Science雜誌刊文闡述了一種新穎的自由基SAM酶，催化了RiPPs中酪氨酸殘基的酪胺部分的淨切除，從而在肽鏈中引入了一個α-酮基-β-胺基酸，利用該酶催化底物的寬泛性，作者合成了一系列的類似物。
  • 共存條件下揮發性有機物的生物降解及其對生物降解性的影響
    我們還總結了各種VOC在好氧和厭氧條件下的生物降解的基本信息，以及參與VOC降解途徑的微生物。然後結合具體實例討論了多個VOCs之間的相互作用。在多個VOCs共存的條件下，VOC的生物降解可能受到其他化合物的限制、增強和/或不受影響。共代謝可能促進其他VOCs的降解。相反，共存的VOCs及其副產物的毒性、分解代謝的抑制或VOC降解酶之間的競爭會造成限制。
  • 「生物酶」的降解真相:降解劑是不是渾水摸魚?
    由於酶具有專一性的特點，PET降解酶也是專門用來降解PET的，它的生化作用很明確，就是破壞PET中的化學鍵，將其還原為對環境影響很小的對苯二甲酸和乙二醇。當將這種全生物降解PS塑料在厭氧條件中或者進行填埋後，其中的穀氨酸組合物和生物酶能夠吸引土壤中的微生物附著於該材料。當材料周圍的微生物達到一定數量時，周圍的ph值會受微生物影響，將周圍的氧轉化為二氧化碳和水。
  • 水解酸化生化處理詳解
    微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。酸化是一類典型的發酵過程，微生物的代謝產物主要是各種有機酸。從機理上講，水解和酸化是厭氧消化過程的兩個階段，但不同的工藝水解酸化的處理目的不同。
  • [論文薦讀]單寧的抗氧化調控機制及其在肉品中的應用
    清除活性氧在機體代謝及肉品氧化過程中會產生大量清除活性氧（reactive oxygen species，ROS），因其含不成對電子而具有較強的氧化反應活性，單寧可通過提供氫或電子增強其穩定性。國內外對單寧的自由基清除作用已有較多報導。
  • 國外化工廢水厭氧生物處理技術的新進展
    在義大利波羅尼亞召開 的第五屆國際厭氧消化會議上 , 曾將這一領域 的研究作為 一 個討論專題 , 這 展示 了國外厭氧處理技術在化工廢水處理中應用 的新進展 。本文根 據有關文獻 , 對難生物降解物的厭氧降解 、化工廢水厭氧處理 , 以及化工廢水厭氧處理毒性問題作一綜述 。
  • 出水不達標,有機物降解能力差?可以看看這篇文章!
    根據各類微生物所適應的溫度範圍，微生物可分為高溫性（嗜熱菌）、中溫性、常溫性和低溫性（嗜冷菌）四類。微生物的全部生長過程都取決於化學反應，而這些反應速率都受溫度的影響。在最低生長溫度和最適溫度範圍內，若反應溫度升高，則反應速率增快，微生物增長速率也隨之增加，處理效果相應提高。
  • 水解酸化在A2O工藝中的作用!
    水解酸化工藝根據產甲烷菌與水解產酸菌生長速度不同，將厭氧處理控制在反應時間較短的厭氧處理第一和第二階段，即在大量水解細菌、酸化菌作用下將不溶性有機物水解為溶解性有機物，將難生物降解的大分子物質轉化為易生物降解的小分子物質的過程，從而改善廢水的可生化性，為後續處理奠定良好基礎。       水解是指有機物進入微生物細胞前、在胞外進行的生物化學反應。
  • 《生物技術通報》「漆酶(2018-2019)」文章精選
    摘要：漆酶是一種含銅的多酚氧化酶,其催化效率高,作用底物範圍廣,在工業中具有廣闊應用前景。交聯酶聚集體(CLEAs)是一種無需載體、無需酶純化、製備簡單、成本低的新型固定化酶方法,通常具有較高的穩定性,可實現酶的重複利用。對交聯酶聚體製備過程中影響酶活性的相關因素以及其改進策略進行了分析,並對交聯漆酶聚集體在汙染物降解等方面的應用進行了總結,旨在為進一步的研究和應用奠定基礎。
  • 厭氧反應器的16個技術問答
    在厭氧汙泥培養初期，由於CO2產量大而甲烷產量少，也會出現泡沫，隨著甲烷菌的培養成熟，CO2產量減少，泡沫一般也會逐漸消失。進水中含有蛋白質是產生泡沫的一個原因，而微生物本身新陳代謝過程中產生的一些中間產物也會降低水的表面張力而生成氣泡。厭氧生物處理過程中大量產氣會產生類似好氧處理的曝氣作用而形成氣泡問題，負荷突然升高所帶來的產氣量突然增加也可能出現泡沫問題。
  • 科普:缺氧、厭氧、好氧一目了然
    高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發酵(或酸化)階段、產乙酸階段和產甲烷階段。1.水解階段水解可定義為複雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。2.發酵（或酸化）階段發酵可定義為有機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機物被轉化為以揮發性脂肪酸為主的末端產物，因此這一過程也稱為酸化。
  • 厭氧生物處理機理研究厭氧反應四個階段
    但由於總體反應式基於莫諾方程的厭氧處理受到低濃度廢水Ks的限制，所以厭氧在處理低濃度廢水方面沒有太大的空間，可最近的一些報導和試驗表明，厭氧如果提供合適的外部條件，在處理低濃度廢水方面仍然有非常高的處理效果。我們可以根據厭氧反應的原理加以動力學方程推導出厭氧生物處理低濃度廢水尤其在處理生活汙水方面的合適條件。
  • 全面分析:缺氧、厭氧、好氧
    缺氧池---有水解反應，在脫氮工藝中，其pH值升高。在脫氮工藝中，主要起反硝化去除硝態氮的作用，同時去除部分BOD。也有水解反應提高可生化性的作用。水解酸化池內部可以不設曝氣裝置，控制停留時間再水解、酸化階段，不出現厭氧產氣階段，前兩個階段的COD去除率不是很高，因為他的目的只是將大分子的變成小分子有機物，一般去除率在20%左右，產氣階段的COD去除率一般在40%左右，但這是產生的硫化氫氣體要進行除臭處理，且達到產氣階段的停留時間要較前兩階段長，也就是要出現厭氧狀態。
  • 汙水處理之缺氧、厭氧、好氧的工藝流程分析
    厭氧生物處理是在厭氧條件下，形成了厭氧微生物所需要的營養條件和環境條件，利用這類微生物分解廢水中的有機物並產生甲烷和二氧化碳的過程。高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發酵(或酸化)階段、產乙酸階段和產甲烷階段。（1）水解階段水解可定義為複雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。
  • 芬頓法(Fenton)處理難降解汙水原理及案例分析
    北極星水處理網訊:芬頓的實質是二價鐵離子和雙氧水之間的鏈反應催化生成羥基自由基。羥基自由基具有較強的氧化能力，其氧化電位僅次於氟，高達2.80V。另外, 羥基自由基具有很高的電負性或親電性，其電子親和能高達 569.3kJ，具有很強的加成反應特性，因而 Fenton試劑可無選擇氧化水中的大多數有機物，特別適用於生物難降解或一般化學氧化難以湊效的有機廢水的氧化處理。
  • 【催化】意料之外的催化活性:硼自由基讓氮化硼活潑起來
    不同形貌的氮化硼（如納米片、納米管）已經成功地應用於催化一些重要的工業過程，如乙炔氫氯化和丙烷脫氫反應等。根據這些研究結果，氮化硼的催化活性源自其結構中的各種缺陷和邊緣效應。然而，精準的活性位點及催化機理尚不明確。
  • 汙水三大處理方法解析:缺氧、厭氧、好氧
    缺氧池---有水解反應，在脫氮工藝中，其pH值升高。在脫氮工藝中，主要起反硝化去除硝態氮的作用，同時去除部分BOD。也有水解反應提高可生化性的作用。　　水解酸化池內部可以不設曝氣裝置，控制停留時間再水解、酸化階段，不出現厭氧產氣階段，前兩個階段的COD去除率不是很高，因為他的目的只是將大分子的變成小分子有機物，一般去除率在20%左右，產氣階段的COD去除率一般在40%左右，但這是產生的硫化氫氣體要進行除臭處理，且達到產氣階段的停留時間要較前兩階段長，也就是要出現厭氧狀態。
  • 青島能源所揭示洛伐他汀水解酶催化機制
    近期，該研究組進一步揭示了高效特異洛伐他汀水解酶PcEST的催化機制及其結構-功能關係，相關工作發表在Journal of Biological Chemistry 期刊上。　　這是首次描述洛伐他汀水解酶催化機理和結構-功能關係的報導，該研究成果為進一步的洛伐他汀水解酶的篩選、酶工程改造和工業應用提供了基礎和理論指導。