小麦细胞色素P450作为土壤污染生物标记物的研究

以小麦(Triticum acstivnm)为供试植物,建立了小麦细胞色素P450含量的测定方法.在此基础上,以草甸棕壤为供试土壤,菲为外源污染物,进行了菲污染暴露与P450含量的污染诱导量-效关系研究.比较了P450含量与超氧化物歧化酶(SOD)活性对污染诱导的敏感性.结果表明,当土壤菲浓度在1-8mg· kg-1范围内,P450总量分别为对照组的1.78,2.51,2.48和2.17倍,表现为诱导刺激效应,且P450含量与菲含量之间存在明显的剂量-效应关系(P=0.00).而同样浓度范围内,SOD活性变化与对照相比均无显著差异(P=0.168).     

甘蔗细胞色素P450还原酶基因的RT-PCR扩增与表达分析

细胞色素P450基因在电子传递链、次生代谢物质合成和对外源化学药物毒性降解中发挥着重要作用,为了深入了解该基因在甘蔗中的功能,通过RT-PCR扩增获得甘蔗细胞色素P450还原酶基因的cDNA全长序列,命名为ScCPR450(Gen Bank Accession Number:KR864841).该基因全长999 bp,含有744 bp的完整开放阅读框,编码247个氨基酸.亚细胞定位结果显示,ScCPR450蛋白分布于细胞质中,与生物信息学预测结果相符.q RT-PCR表达分析表明,该基因在甘蔗中组成型表达,但有组织特异性,芽中表达量最高,其次是叶,而皮中表达量最低.在脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、聚乙二醇(PEG)和氯化铜(CuCl_2)胁迫诱导过程中,该基因的表达量呈现不同变化模式,其中SA胁迫6 h下,ScCPR450基因的表达量最高,约为对照的12.21倍;在PEG胁迫下,ScCPR450基因的表达量上调且表达量稳定,推测ScCPR450基因在甘蔗响应生物和非生物胁迫中发挥一定的作用.本研究可为该基因家族其它成员的克隆以及深入解析该基因的功能特性奠定基础,进而为基于基因工程技术对甘蔗品种进行定向改良提供基因资源.     

细胞色素P450酶催化烟草特异性亚硝胺N'-亚硝基 新烟草碱和N'-亚硝基假木贼碱代谢活化的分子机制 研究

烟草特异性亚硝胺N’-亚硝基新烟草碱(NAT)和N’-亚硝基假木贼碱(NAB)不仅在所有烟草制品和烟草烟雾中广泛存在,还存在于大气颗粒物中,表明这2类污染物存在不可避免的暴露风险。NAT和NAB被细胞色素P450酶代谢活化是发挥其致癌活性的重要前提,但到目前为止反应机理细节尚未被系统研究。因此,本文通过密度泛函理论(DFT)计算系统揭示了NAT和NAB代谢的α-羟基化致癌路径,明确了反应的机理细节及能量关系。计算表明,P450催化的NAT和NABα-羟基化路径主要包括:(1)氢夺取反应(能垒为12.7～21.6 kcal·mol-1),形成放热但不稳定的Cα自由基中间体;(2)无能垒的羟基转移反应,形成剧烈放热的α-羟基化中间体;(3)α-羟基化中间体的自发分解反应(能垒为14.1～20.1 kcal·mol-1),产生最终有致癌潜力的重氮氢氧化代谢物。进一步比较发现,NAT 2-羟基化和6-羟基化路径都是其代谢的潜在致癌路径,而NAB的2’-羟基化路径是其主要致癌路径。此外,尽管NAT和NAB在结构上具有很大的相似性,但是后者的致癌活性可能要略高于前者。上述研究结果有助于全面理解NAT和NAB的代谢活化机制,并有助于识别潜在的生物标志物用于合理评估这2种亚硝胺污染物暴露的健康风险。     

菲和芘对蚯蚓(Eisenia fetida)细胞色素P450和抗氧化酶系的影响

研究了菲和芘在单一低剂量污染胁迫下对蚯蚓(Eisenia fetida)体内细胞色素P450酶系和抗氧化酶系的影响.通过滤纸接触染毒法,检测蚯蚓细胞色素P450含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性.结果表明,在供试浓度范围内,蚯蚓体内细胞色素P450含量和三种抗氧化酶活性均对毒物产生了不同程度的响应.菲和芘在蚯蚓体内的代谢诱发了细胞色素P450总含量的增加,且在此过程中有活性氧自由基产生.不同酶对毒性效应响应的域值不同,其敏感性大小为:P450＞SOD(POD) ＞CAT.根据四个指标对污染物浓度响应的域值不同,可将四者联合应用互为补充作为一套生物标记物体系,以满足污染物不同暴露浓度下土壤的毒理诊断,增强指示的敏感性和有效性.     

AzaC预处理增加TCDD对特殊细胞P450基因的诱导

利用RT-PCR检测不同物质诱导细胞的CYP基因 mRNA的表达水平.在HepG2细胞,TCDD能诱导CYP1A1、CYP1B1及CYP1A2基因表达,CYP1A1、CYP1B1基因比CYP1A2基因更容易被诱导,用AzaC处理后CYP1B1基因表达无改变;在A549细胞和SPC-A1细胞,Azac预处理后增加了TCDD对CYP1家族的诱导.也就是AzaC增加了CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1基因表达水平.图1表1参10     

扩展细胞色素P4502A6对大位阻底物的适应性

细胞色素P450酶(P450)的分子改造及其催化的生物转化是当前的两个研究热点.本研究以扩展P450 2A6的底物适应性为目标,通过尝试对P450 2A6酶进行N-端修饰提高表达量、筛选随机突变库以及点突变改变活性位点重要氨基酸残基等手段,在两个随机突变体中未筛选到功能突变体,但通过点突变重要氨基酸残基获得了新的突变体P450 2A6 (N297Q/I300A).该突变体具有比野生型和已报道的其它突变体更广泛的底物适应性,能够催化氧化大位阻底物6-苄氧基吲哚(6-OBzl-indole)生成蓝绿色物质.该物质经质谱测定为靛蓝类二聚体化合物.实验表明,其中两个氨基酸残基的变化都是关键突变,此结果与最新的P450 2A6突变体晶体结构研究相符.计算机模拟显示,I300A突变导致活性口袋在铁卟啉环的垂直和水平方向都增大,使其能接纳在两个方向都有位阻的底物;而297位的天冬酰胺是一个功能保守的残基,N297Q的变化可能与氢键等弱作用有关.图4表1参29     

镉全细胞微生物传感器研究进展

镉全细胞微生物传感器（cadmium whole-cell biosensors,Cd-WCBs）以微生物为载体,利用微生物的调节元件组成模块化基因回路,以实现镉生物有效性的简单、经济和高通量检测.本文概述了基于转录因子和酶生物传感器构建的非特异性Cd-WCBs,以及基于转录因子和荧光共振能量转移构建的特异性Cd-WCBs.本文还总结了Cd-WCBs的基本优化策略,主要包括对识别蛋白进行定向改造或定向进化、利用反馈调控优化基因回路以及改造底盘细胞的金属调控系统.目前,Cd-WCBs已经用于不同环境介质中镉的生物有效性检测,但是其在实际环境中细胞活性,和检测性能仍有待提高.本研究指出未来可通过开发和改造底盘生物来提高传感器的环境适应能力,利用多种合成生物学手段进一步提高传感器的检测灵敏度和特异性.     

乙酰辅酶A羧化酶:脂肪酸代谢的关键酶及其基因克隆研究进展

乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase,ACC)在脂肪酸合成和分解代谢中发挥着重要作用.系统介绍了该酶的结构与分类、生物学作用与应用、抑制剂的类型与作用机理以及基因克隆4个方面的进展.ACC在大多数原核生物中为多亚基型酶,而在大多数真核生物中为多功能型单亚基酶,在天蓝色链霉菌和古菌勤奋金属球菌中为另外两种特殊类型;但都具备3个关键的功能域,即生物素羧化酶(BC)、生物素羧基载体蛋白(BCCP)和羧基转移酶(CT).CT功能域作为潜在的靶标广泛应用于植物除草剂的筛选和哺乳动物肥胖、糖尿病等代谢疾病的药物设计中.ACC基因也成为转基因油料作物和生物柴油研究中重要的靶标基因.研究表明,植物质体中的β-CT亚基是多亚基型ACC的限制因子,而BCCP是脂肪酸合成的负调控因子.油脂的合成代谢十分复杂,且存在反馈抑制机制,因此克隆和表达ACC基因可以提高宿主中ACC的活性,但不一定能显著促进脂肪酸的积累.图2参52     

酚酸类自毒物质微生物降解转化研究进展

自毒作用是一种发生在种内的生长抑制作用,尤其是植物残体与病原微生物的代谢产物对植物有致毒作用,并连同植物根系分泌的自毒物质一起影响植株代谢,最后导致自毒作用的发生。酚酸类化合物是多种农作物根系土壤中常见的自毒物质,由其导致的自毒作用日益制约现代农业增产增收。利用微生物降解自毒物质成为防治自毒作用的研究热点之一。然而,要达到实践应用的目标,阐明微生物降解转化酚酸类物质的规律与机制是重要前提。本文总结了近年来微生物降解酚酸类化合物的已有研究成果,发现目前已积累了多种具有降解效能的微生物资源;在微生物的作用下,酚酸类化合物常发生脱羧、氧化和羟基化等生化反应,进而转变成小分子含苯环有机化合物或者彻底矿化,不同微生物对酚酸类物质的代谢转化程度差异较大。在此基础上,本文分析提出该领域研究还需进一步挖掘新型具有高效降解性能的微生物资源、阐明微生物降解转化酚酸类化合物的选择性和环境安全性等基础科学问题。     

微生物直接电子传递:甲烷代谢古菌研究进展

甲烷是重要的温室气体,同时也是广泛的可再生能源.深刻认识甲烷代谢过程中的微观机理可为人类实现甲烷的减排及其作为能源的合理利用打下坚实的理论基础.古菌介导的直接电子传递(DET)作为甲烷代谢的重要途径,已成为近年来环境微生物领域的研究热点.本文对互营氧化产甲烷、电能无机自养产甲烷以及厌氧甲烷氧化3个过程中参与DET的微生物进行综述,并着重阐述它们各自的发生机理. DET既存在于甲烷合成代谢,又涉及厌氧甲烷氧化.前者根据电子来源的不同,可分为微生物种间DET产甲烷和电能无机自养产甲烷两种类型.后者则是甲烷氧化古菌将甲烷氧化产生的电子传递至胞外电子受体.在甲烷合成代谢过程中,产甲烷古菌主要通过互营细菌外膜细胞色素蛋白、菌毛或导电性固体3种方式进行电子的直接吸收.相反,甲烷氧化古菌可通过外膜细胞色素蛋白将电子传递至胞外固体或微生物.今后对于古菌介导的DET研究将集中在甲烷代谢电子传递链的各个组成部分及其与细菌之间的相互作用,以便将DET机制用于实际问题的解决.     

微生物降解苯胺的特性及其降解代谢途径

从活性污泥中分离得到的一株细菌 Ａ Ｎ３ ,能以苯胺为唯一碳、氮源和能源生长,苯胺的最高降解浓度５０００ ｍｇ／ Ｌ 以上,鉴定为食酸丛毛单胞菌（ Ｃｏｍａｍｏｎａｓ ａｃｉｄｏｖｏｒａｎｓ） ． Ａ Ｎ３ 还可降解乙酰苯胺,但不利用其他取代类苯胺,该菌株的生长细胞和完整细胞降解苯胺的最适ｐ Ｈ７ ．０ ,最适温度３０ ℃,且完整细胞降解苯胺的活性比生长细胞高得多．９ 种金属离子对该菌株的生长细胞和完整细胞降解苯胺均有不同程度的抑制作用,尤以 Ａｇ ＋ 和 Ｈｇ２ ＋ 为明显． Ａ Ｎ３ 含有苯胺加双氧酶、邻苯二酚２ ,３加双氧酶等一系列与苯胺降解有关的酶类,它们均为诱导酶．对苯胺降解的关键酶进行了酶动力学特性的研究,根据这些结果提出了该菌株降解苯胺的代谢途径．     

毒性物质在微生物燃料电池中不同响应的研究进展

一般水质监测方法需要经过取样和预处理等过程,微生物电化学原理的水质监测以其特有的直观便捷性引起了研究关注.以微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)为例,在不需前处理且不需外界提供能量的条件下,系统受到水质变化影响产生不同的电压或电流响应,被很多科研人员作为监测水体毒性物质的便捷监测方法进行研究.然而对不同学者的研究结果进行对比发现,水样中不同毒性物质在MFCs中有不同响应和灵敏度,甚至同一种的毒性物质在不同人员不同系统的研究中得到了相反的研究结果.本文简要介绍了使用MFCs作为水质变化监测方法的优点,回顾总结了不同研究体系中MFCs在毒性物质加入前后产生的电流或电压变化.针对每种毒性物质在不同条件下MFCs系统中的具体响应进行了比较和分析,认为在使用MFCs进行水中毒性物质的监测时,MFCs的系统结构、操作条件以及毒性物质自身特性等对于响应结果均有很大的影响,研究人员应针对具体存在的问题进行深入的系统研究,最终推动微生物电化学原理水质监测实际应用的研究进程.     

植物质膜H+-ATP酶对环境胁迫因子的响应研究进展

植物质膜质子泵(H+-ATP酶)是一种重要的功能蛋白,为次级主动运输提供质子动力,既参与调控植物正常生长,也参与植物响应环境因子等非生物胁迫时抗性机制的构建.探讨植物质膜H+-ATP酶活性调控机理已成为植物生理学领域的研究热点.在简要概括植物质膜H+-ATP酶结构与生理功能的基础上,结合近年来质膜H+-ATP酶对环境因...     

无机砷在植物和微生物体内的代谢机制研究进展

砷污染是全球的热点问题之一.土壤中的无机砷在植物中的积累可通过食物链传递,从而对人体健康构成严重威胁.了解微生物和植物对无机砷的代谢机制,对认识和控制土壤中砷的风险至关重要.近年来,微生物对无机砷的代谢机制研究已经比较深入,但是仍有一些问题亟待解决,如信号传导、抗砷基因筛选等.在植物对无机砷的摄取、还原机制等方面也取得了一定进展,但是植物体内砷的转运机制、排出机制等仍有待进一步研究.论文综述了微生物、植物体内无机砷的代谢过程中,砷摄取、转运、还原和排出机制的最新进展,并对今后的研究方向进行了展望.     

全氟和多氟烷基物质在动物中的代谢研究进展

本文综述了目前动物模型中全氟羧酸类和全氟磺酸类前体物质的生物转化研究.绝大多数的代谢研究以大鼠和小鼠为对象,而以鱼为对象进行的研究相对较少.氟调聚丙烯酸酯类(8∶2 FTAc)和多氟烷基磷酸酯类(PAPs)均可先代谢为氟调聚醇类(FTOHs),最终代谢为全氟羧酸类(PFCAs).全氟磺酰胺类可最终代谢为全氟磺酸类(PFSAs).目前,以8∶2氟调聚醇(8∶2 FTOH)和N-乙酰全氟辛烷磺酰氨乙醇(N-Et FOSE)为主要研究物质,且工业中使用的全氟和多氟烷基物质碳链长度逐渐变短,所以有关短链物质的代谢研究也越来越多.     

漆酶对水中氯酚类物质的去除

利用漆酶对2,5-二氯苯酚(2,5-DCP)、2,6-二氯苯酚(2,6-DCP)、2,4,5-三氯苯酚(2,4,5-TCP)、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)等4种物质进行去除研究,考察了温度、时间、pH及漆酶添加量对去除效果的影响,并基于最佳条件下的去除效果,探讨了底物结构对漆酶转化氯酚类物质的影响.结果表明,温度升高,去除率呈先升高后降低再升高的现象;pH增大,去除率有增加的趋势;漆酶添加量在一定范围内与去除率呈正相关,当添加量高于20%后,去除率降低;在较短时间(0.5 h)内,漆酶对4种氯酚类物质的去除均能达到较好的效果.最佳条件下,漆酶对2,5-DCP、2,6-DCP、2,4,5-TCP和2,4,6-TCP的去除率分别为86.2%、45.3%、98.7%、84.8%;氯原子取代位置与取代数目相比对去除效果具有更重要的影响.     

采用代谢流量分析方法评估二噁英对细胞的代谢干扰

以肝癌细胞HepG2为供试细胞,选用5个不同浓度的二噁英（0、0.001、0.01、0.1和1.0 nmol.L-1）,探讨2,3,7,8-TCDD对HepG2细胞的毒性效应.采用90%甲醇离心法实现蛋白与代谢产物的分离,建立了高效液相色谱-串联三重四极杆质谱（HPLC-MS/MS）分析胞外液中的23种代谢产物（20种氨基酸、乳酸、甘油和尿素）的方法.建立的HPLC-MS/MS分析方法对各化合物的加标回收率可达91%—105%之间,化合物浓度的标准偏差均小于10%.在此基础上,结合代谢流量分析系统研究了2,3,7,8-TCDD对HepG2细胞内代谢流的影响.结果表明,随着浓度的增高,2,3,7,8-TCDD对HepG2细胞代谢的干扰作用呈增强趋势.2,3,7,8-TCDD降低了细胞对葡萄糖的吸收,并进一步抑制了HepG2细胞糖酵解的速率.此外,2,3,7,8-TCDD导致了HepG2细胞乳酸代谢流的明显增加,由此使细胞产生了过量的乳酸.     

生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响研究进展

生物炭是生物质材料在部分或完全无氧条件下,经热裂解形成的高度芳香化的难溶固体。施用生物炭可改变土壤理化性质,强烈影响土壤微生物的栖息环境,影响土壤固氮微生物、硝化微生物和反硝化微生物的群落结构及活性,进而影响土壤氮循环的主要过程(固氮、硝化、反硝化等)。该研究综述了施用生物炭对土壤氮循环主要过程及微生物功能基因的影响,结果表明,施用生物炭改善了土壤的透气性,提高了土壤pH值,增加了土壤碳和养分的有效性,可使土壤固氮量提高15%～227%,土壤硝化速率提高28%～200%,但土壤氨挥发累积量减少20%～73%,土壤N₂O排放累积量减少11%～78%。此外,生物炭的施用提高了nifH、amoA的基因丰度,进而促进土壤的固氮作用和硝化作用。生物炭的施用还提高了土壤nosZ等基因的丰度以及N₂O还原酶的活性,有利于土壤反硝化作用(N₂O最终转化为N₂),抑制N₂O的排放,且这种效应随着生物炭施用量的增加而增强。此外,生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响取决于生物炭原料和试验条件,不同...