厌氧蛋白是一类需在无氧或极低氧浓度环境中才能维持结构稳定与生物活性的特殊蛋白质,广泛存在于微生物、植物及动物体内,是支撑生命关键代谢过程的 “核心分子机器”。其核心特征是含有对氧敏感的活性中心(如金属簇、还原态巯基、特殊辅因子等),暴露于分子氧(O?)后易发生氧化损伤 —— 例如金属簇(如 [4Fe-4S]、[8Fe-7S])解离、活性位点氨基酸残基氧化,最终导致蛋白失活、变性或聚集,失去其生理功能。
从生理功能来看,厌氧蛋白涵盖三大关键领域:
生物固氮:如固氮酶(由 Fe 蛋白和 MoFe 蛋白组成),能将大气中惰性的氮气(N?)还原为可被生物利用的氨(NH?),是全球氮循环的核心驱动力,支撑着农业生态系统的氮素供给;
能量代谢:如线粒体中的电子传递链蛋白(部分复合体含 Fe-S 簇)、氢化酶(催化氢气氧化 / 产生),参与细胞呼吸与能量转换;
物质转化:如核糖体核苷酸还原酶(含 Fe-S 簇,催化核糖核苷酸生成脱氧核糖核苷酸,为 DNA 合成提供原料)、CO 脱氢酶(催化 CO 氧化为 CO?),是微生物代谢与生物地球化学循环的关键执行者。
然而,厌氧蛋白的结构解析长期面临 “三重瓶颈”:
氧暴露风险:传统蛋白纯化与冷冻电镜(cryoEM)样本制备多在有氧环境中进行,极易导致蛋白氧化失活;
设备兼容性差:现有厌氧方案需将昂贵的冷冻电镜设备(如 Vitrobot)置于厌氧箱内,不仅成本高昂,还面临温湿度难控、设备维护复杂等问题;
氧化监测缺失:无法实时追踪样本氧化状态,易出现 “隐性氧化”(蛋白外观无明显变化但活性中心已受损),导致结构解析结果无法反映其生理功能态。
COY厌氧箱作为核心 “环境管家”,直接打通了厌氧蛋白冷冻电镜研究的全流程,让氧敏感蛋白的高分辨率结构不再 “遥不可及”!
痛点直击:厌氧蛋白结构研究的“生死关”
氧敏感蛋白(如固氮酶、血红蛋白、氢化酶)是生命活动的 “核心玩家”,但它们对氧的耐受度堪称 “玻璃心”:暴露于空气毫秒级失活、金属簇氧化、蛋白聚集 —— 传统冷冻电镜要么 “有氧制备毁样本”,要么 “厌氧设备贵到用不起”,研究一度陷入僵局。
COY 厌氧箱:从 “纯化” 到 “冷冻” 的全链条守护
两篇顶刊研究用不同方案证明:COY 厌氧箱不是 “简单的手套箱”,而是为厌氧蛋白量身定制的 “结构解析保镖”!
研究人员利用 COY乙烯膜厌氧箱 预处理样品,并通过Al‘s oil保护层+NaDT还原剂,在有氧环境的SPT Labtech chameleon上成功制备了脱氧血红蛋白和还原态固氮酶MoFeP的冷冻样品。
亮点:无需改造昂贵设备,实现了“准厌氧”制样,获得高达2.08 ?的近原子级结构
Caltech团队将Vitrobot plunge freezer直接内置在COY乙烯膜厌氧箱中,建立了一套从纯化到冷冻的黄金标准流程,并创新性地使用mPlum荧光蛋白作为内部氧探针,实时监控无氧状态。
亮点:全程极致控氧,获得了固氮酶复合物2.12 ?的超高分辨率结构,直接观测到处于天然还原态的金属簇!
不止是 “箱子”,更是结构生物学的 “新钥匙”
无论是灵活的“箱外保护”,还是极致的“箱内全流程”,COY厌氧箱都为研究这些曾被视为“难以捕捉”的生命核心蛋白提供了稳定、可靠的无氧环境,是推动能源、农业、酶催化等领域向前发展的不可或缺的工具!
参考文献:
1. Narehood, Sarah M. , et al. "Structural basis for the conformational protection of nitrogenase from O2." Nature 637.8047(2025).
2. Warmack, Rebeccah A. , et al. "Anaerobic cryoEM protocols for air-sensitive nitrogenase proteins." Nature Protocols 19.7(2024).
COY成立于1969年,生产的手套培养箱产品稳居美国市场54%以上,是全球最具盛名的生产商之一。主要产品有厌氧手套培养箱、控手套培养箱、干燥手套箱、湿度手套箱和多用手套箱等。
COY作为厌氧 / 微需氧领域的知名制造厂商,为广大科研工作者提供厌氧 / 低氧培养实验设备。 COY 的身影频频出现在全球各类高水平科研文献中,涉及肠道微生物,海洋微生物,矿石微生物,肿瘤细胞,心肌细胞,神经细胞,视网膜细胞,蛋白酶类,糖尿病,药物代谢等等研究领域。
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