氢化酶结构研究进展-杜明

第7卷第4期生物信息学Vol.7No.42009年12月ChinaJournalofBioinformaticsDec.,2009氢化酶结构研究进展杜明1,2,任南琪1,＊,张璐1,许继飞1,邱颉1(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090;2.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院,哈尔滨150090)摘要:氢化酶是微生物代谢产氢过程中的关键酶,也是目前生物制氢领域的研究热点。本文综述了厌氧发酵产氢微生物中氢化酶的分类及特点,以及[Ni-Fe]、[Fe-Fe]和[Fe-Scluster-free]三种氢化酶晶体结构和活性中心结构;阐述了多种微生物来源的氢化酶结构的研究进展,对几种典型氢化酶的结构及活性中心进行了对比分析,并根据当前研究热点,对氢化酶的研究方向进行了展望。本文阐述的内容信息量丰富且具有一定的实用性,对于氢化酶相关领域研究具有重要的意义。关键词:氢化酶;晶体结构;厌氧菌;进展中图分类号:Q55文献标识码:A文章编号:1672-5565(2009)-04-323-05ReviewonStructureofHydrogenaseDUMing1,2,RENNan-qi1,＊,ZHANGLu1,XUJi-fei1,QIUJie1(1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China;2.CollegeofFoodScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China)Abstract:Hydrogenaseisthekeyenzymeandplaysanimportantroleintheprocessofbiohydrogenproduction,whichisaninterestingtopicinthisresearchfield.Inthepaper,theclassificationofhydrogenasewasdescribed.Accordingtolotsofresearchresults,therecentreportsofcrystalstructureandactivesitestructureofthethreekindsofhydrogenases,[Ni-Fe],[Fe-Fe]and[Fe-Scluster-free],werequotedandcontrasted.Moreover,somenewapproachanddirectionforhydrogenaseswereindicated.Thisreviewisinformativeanduseful.Theover-allpresentationisgoodfortherelativestudiesonhydrogenases.KeyWords:Hydrogenase;CrystalStructure;Anaerobebacteria;Advance能源对于人类的生存、繁荣与发展是至关重要的。目前人类主要利用煤和石油等化石燃料作为初级能源,而这些能源却给人类带来全球气候改变,环境污染,生态变异和健康问题。解决这些问题并实现人类的可持续发展目标,必然离不开可替代的清洁能源,以构筑新的能源体系。可再生清洁能源中,氢能源是极具潜力的未来替代能源之一[1,2]。氢化酶(hydrogenase),也称为氢酶,是一类存在于微生物体内的生物酶,它能可逆催化氢气的氧化还原反应。1931年,Stephenson等人将微生物体内可以分解甲酸产生氢气的物质称为氢化酶。40多年以后,人们才首次从巴氏梭菌中分离得到纯化的氢化酶。此后的很长一段时间内,氢酶的研究并未引起人们的重视,直到能源危机和环境污染等问题的出现,清洁型能源的研发迫在眉睫,氢化酶的潜在重要性才逐渐被人们所认识。目前,多种微生物来源的氢酶的分子结构、催化机理都在不同程度上得到了阐明。随着人类对能源需求急剧增加,利用微生物制取氢气已成为研究的热点问题,而对氢酶结构及活性中心的研究将为生物制氢技术提供重要的理论基础。1氢酶的分类根据氢酶的催化特性,可将氢酶分为吸氢酶、放氢酶和双向氢酶等类型。根据氢酶所含金属原子的种类可将氢酶分为[Ni-Fe]氢酶、[Fe-Fe]氢酶和[Fe-Scluster-free]氢酶。具体的类型、分类依据及各自的特点如表1所示。收稿日期:2009-05-09;修回日期:2009-06-09.基金项目:中国博士后科学基金(20070420861)和黑龙江省博士后基金(LBH-Z07115)。作者简介:杜明,(1977-),副教授,环境科学与工程专业博士后(