透明颤菌血红蛋白对乙酰氨基葡萄糖生产菌产量提高的研究
摘要：透明颤菌血红蛋白(VHb)可在低氧条件下提高细胞对氧气的利用效率，促进细胞的生长和代谢产物的合成，因而被广泛应用于多种异源微生物的研究中，本文简述了VHb的结构特征、在细胞内的定位、编码基因vgb的表达调控及其生物化学功能；介绍了VHb在微生物发酵的应用情况。
关键词：透明颤菌血红蛋白；透明颤菌血红蛋白基因；大肠杆菌；
20世纪70年代末，Tyree和Webster[1]在透明颤菌(Vitreoscilla)中发现了一种血红蛋白，该蛋白能在极低的溶氧条件下被大量诱导合成，使透明颤菌能在极端贫氧环境如死水池塘、腐地、奶牛粪等环境中极好地生存。该蛋白最初被称为细胞色素o，被认为是一种可溶的末端氧化酶。1986年，Wakabayashi等[2]从光谱特性、氧结合动力学和蛋白质初级结构等角度证明该蛋白是一种原核生物中的血红蛋白类蛋白质，并正式将其命名为透明颤菌血红蛋白(VitreoscillaHemoglobin，VHb)。1988年，美国IIT和CIT两个实验室分别成功地从透明颤菌染色体上克隆了透明颤菌血红蛋白的基因 (vitreoscilla hemoglobin gene，vgb)，测定了核苷酸序列并在大肠杆菌中进行了表达，由于VHb的存在，使细菌能够在限氧条件下生存，促进了细胞总蛋白的合成和外源蛋白的积聚，改善了生长条件[ 3,4 ]。自从 VHb在大肠杆菌中成功地进行表达以来，VHb已在假单胞杆菌、链霉菌、霉菌和酵母等多种生物体内实现克隆，它已越来越多地应用到微生物发酵工业的许多领域，并取得了显著成果。研究表明，VHb能在低氧条件下，从分子水平提高细胞自身对溶氧的利用能力，满足菌体细胞的呼吸要求，使之适应较低的溶氧水平，促进细胞生长和代谢产物的合成，提高目的产物的产量和收率。目前该蛋白已被广泛应用于耗氧量大、溶氧易成为限制性因素的抗生素工业、基因工程菌高密度发酵和供氧受限制的动、植物细胞培养过程。
1 透明颤菌血红蛋白的研究进展
1.1 VHb的结构特征及其在细胞中的定位
透明颤菌血红蛋白是同型二聚体形式的可溶性血红蛋白分子，由两个相同的分子量为15775D的亚基和两个b型血红素组成[4]。每个亚基形成6个alpha;螺旋区(A、B、E、F、G、H)，血红素由生物代谢过程合成后插入E、F螺旋区之间[5]。研究表明，位于C、E螺旋间的D区域呈一种混乱状态，Lee等[7]利用细菌双杂交系统研究了VHb与2,4-DNT加双氧酶黄素结构域之间的相互作用，结果表明，VHb对黄素蛋白的结合与D区域的混乱程度密切相关。关于VHb在细胞内的定位，早期Khosla等[7]指出，VHb蛋白主要分布于细胞质和细胞周质空间中，其中高达30%的VHb活性蛋白存在于周质空间内。随后，Webster等观察了VHb在透明颤菌和大肠杆菌中的分布，结果表明，无论是在透明颤菌还是大肠杆菌中，该蛋白都主要分布于细胞质而不是细胞周质空间内。对此，他们认为，以往观察到VHb蛋白位于细胞周质空间中并不是由于该蛋白自身的主动输出，而应该是由于蛋白的超量表达和外溢;同时也不排除在制备细胞周质样品时，由于渗压震扰等外力因素导致VHb蛋白渗透进细胞周质的可能性[8]。
1.2 透明颤菌血红蛋白编码基因vgb的表达调控
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