发现一种异常蛋白质在地球氮循环中起重要作用

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