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来自 生命科学 2020-03-24 08:45 的文章
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细菌可产生太空燃料js金沙国际 用于水净化领域

据国外媒体报道,厌氧氨氧化菌首次发现时间是上世纪90年代,但直到至今科学家才揭开它们的神秘面纱,荷兰拉德伯德大学的研究人员称这种喜尿细菌能够制造出太空燃料。

大气和有机物之间的氮交换对地球上的生命至关重要,因为氮是蛋白质和DNA等基本分子的主要成分。这种交换的一种主要途径是在某些细菌中发现的氨氧化细菌途径,这种途径直到上世纪90年代才被发现。它通过联氨进行,联氨是一种高度反应的物质,被人类用作火箭燃料。马克斯普朗克医学研究所研究人员与荷兰马克斯普朗克生物物理研究所和内梅亨大学的科学家合作,现在描述了执行这一过程最后一步的酶结构:将肼转化为氮气,并以这种方式获取释放出来的能量。

拉德伯德大学水和湿地研究协会微生物学教授迈克杰藤说:这项研究证实了厌氧氨氧化菌的一种特殊能力,我们必须进行一系列新的实验方法,最终我们将隔离生成联氨物质的蛋白质复合体,这是一种美丽的红色物质结构。

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研究小组最初使美国宇航局产生了兴趣,但随后美国宇航局知道生成的联氨物质数量甚微便不予以重视。杰藤说:通过这种方法无法提供抵达火星的火箭燃料,目前我们正在精确测量蛋白质复合体这种晶体结构,或许我们通过更好地理解这些蛋白质复合体结合方式,能够有效地提高产量。

这些研究结果发表在《科学进展》上,显示了一个前所未有的血红素群网络,用于处理化学转化过程中释放的大量电子。氮以氮气的形式存在,占我们大气的80%左右,但作为一种元素,氮只在地壳中少量存在。然而,所有的生物体都需要氮,因为氮是大部分基本分子的一部分。然而,它们不能直接使用大气中的氮,也不能以不同的化学形式需要它。许多细菌进行这样的转化,并通过产生更多反应形式的氮来促进生化氮循环。

目前,厌氧氨氧化菌被用于水净化商业领域,这是由于它在分解氨气方面具有节能优势。同时,它还可以潜在地应用为生物燃料,无需抽吸空气便能清洁污水淤泥,并相应产生出甲烷沼气。

氨氧化细菌,中间捷径

20世纪90年代,科学家们发现了一种叫做厌氧氨氧化的细菌过程。海德堡MPI医学研究小组组长托马斯·巴伦兹解释说:我们现在认为,每年海洋中30%到70%的氮都是由这一过程造成。Radboud大学Cornelia Welte补充说:由于这种特性,氨氧化细菌在全世界都被用于可持续废水处理。在这个过程中,细菌将亚硝酸盐和氨转化为二氮和水,同时为细胞产生能量,分子肼是在中间步骤中产生。联氨是火箭燃料的一种常见成分,但它作为一种代谢燃料被细菌使用相当奇特。

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氮循环和氨氧化细菌如何促进亚硝酸盐转化为氮气。图片:MPI for Medical Research

而且在生物体中令人惊讶,因为它具有很高的毒性。到目前为止,联氨只在氨氧化细菌中发现,而没有在其他细菌中发现。直到本研究前,人们对这些细菌如何利用肼转化过程中释放的能量知之甚少。此前,研究小组及其合作者已经描述了肼合酶和羟胺氧化还原酶的结构。现在,研究人员通过描述肼脱氢酶的晶体结构,进一步解开了氨氧化细菌之谜。联氨的使用以及联氨脱氢酶结构都非常独特,因此详细揭示生物过程非常重要。

从有毒火箭燃料到无害的氮-肼脱氢酶复合物

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