Nature：新研究揭示Shethna蛋白II保护固氮免受氧化应激

一种称为Shethna蛋白II的氧传感器蛋白保护生物固氮的酶机制免受严重损害，其它在生物技术中的应用可能在未来有助于减少农业中合成肥料的使用。

在一项新的研究中，由弗莱堡大学化学与药学系的生物化学家Oliver Einsle教授领导的一个研究小组使用一台新建立的低温电镜，准确地发现了所谓的Shethna蛋白II的工作原理。相关研究结果于2025年1月8日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Conformational protection of molybdenum nitrogenase by Shethna protein II”。

氮元素是所有有机体的重要组成部分；在农业中，它通常作为肥料添加，以实现长期高产。然而，这些肥料的生产和应用在能源和环境方面存在问题。

因此，多年来，人们一直试图将细菌和古生菌的天然固氮作用转移到作物上。固氮酶负责氮的结合。转移到植物中最严重的问题之一是固氮酶对大气中的氧气极其敏感，而大气中的氧气是植物在光合作用过程中自身产生的。

来自Oliver Einsle教授团队的Philipp Franke、Simon Freiberger和Lin Zhang博士如今能够证实作为一种较小因子的Shethna蛋白II如何记录氧浓度增加。然后，它很快与固氮酶的两种成分形成一种复合物，保护它们免受氧化损伤。

免受氧气氧化损伤的FeSII-氮酶复合物的结构

在这个过程中，活化的Shethna蛋白II与更大的固氮酶及其相关还原酶结合，与这两种蛋白形成长丝，这样就让氧气无法到达固氮酶的活性中心。一旦细胞克服了这种氧化应激，这种复合物就会溶解，固氮酶可以恢复工作。

即使固氮酶直接在植物细胞中产生，这种氧气浓度增加的短期应激阶段也可能会一次又一次地发生。在生物技术应用的情况下，较小Shethna蛋白II的共同产生可能有助于保护新环境中精心合成的酶，并保持其在植物细胞中的功能。

Einsle说，“植物中功能性固氮酶的产生将引发绿色生物技术变革，这种较小蛋白可以为实现这一目标做出决定性的贡献。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Philipp Franke et al. Conformational protection of molybdenum nitrogenase by Shethna protein II. Nature , 2025, doi:10.1038/s41586-024-08355-3.