Нитрогеназа

Нитрогеназа (КФ 1.18.6.1) — комплекс ферментов (мультифермент), осуществляющий процесс фиксации атмосферного азота. Широко распространён у бактерий и архей, в то время как все эукариоты его лишены.

Строение

Комплекс состоит из двух ферментов: собственно нитрогеназы (называемой также Mo-Fe-белком или динитрогеназой) и дегидрогеназы (ди)нитрогеназы (Fe-белок). После разделения они теряют свои каталитические свойства. Ферментативной активностью, однако, обладают «гибриды», например, Mo-Fe-белка азотобактера с Fe-белком клубеньковых бактерий.

Mo-Fe-белок имеет массу порядка 230 кДа и состоит из 4 субъединиц двух типов. В состав его кофактора входят 2 атома молибдена.

Fe-белок имеет массу 64 кДа и состоит из двух одинаковых субъединиц.

Нитрогеназа необратимо окисляется молекулярным кислородом, что заставляет азотфиксаторов искать способы защиты фермента.

Принцип работы

Реакция, катализируемая мультиферментом, выглядит следующим образом:

N₂ + 8H⁺ + 8e⁻ + 16АТФ → 2NH₃ + H₂ + 16АДФ + 16Ф_н

Нитрогеназа обладает низкой субстратной специфичностью и вместо азота может восстанавливать другие соединения с тройной связью: ацетилен (на этом её свойстве основан метод определения активности азотфиксации), цианиды и азиды (также параллельно с образованием водорода):

С₂H₂ + 2H⁺ → С₂H₄

CN⁻ + 7H⁺ → NH₃ + СH₄

HN₃ → NH₃ + N₂

Донором электрона в реакции служит восстановленные ферредоксин или флаводоксин. Электрон с затратой энергии АТФ переносится Fe-белком с донора на Mo-Fe-белок, который, в свою очередь, трижды отдаёт пару электронов двум атомам азота, восстанавливая связаную в активном центре молекулу N₂ до двух NH₃ через следующие стадии:

азот → диамин → гидразин → аммиак.

Согласно другой версии постадийный процесс энергетически невыгоден и в активном центре происходит передача сразу всех шести электронов ^[1]

Альтернативные нитрогеназы

В последнее время обнаружены различные альтернативные нитрогеназы:

• Ванадий-содержащая, генерирующая до 5 молекул аммиака на одну молекулу водорода, однако до 3 раз менее активная. Обнаружена у представителей р. Clostridium, Azotobacter и Anabaena.
• Fe-содержащая. Генерирует 10 молекул аммиака на одну молекулу водорода, не требует молибдена для синтеза, однако в 20 раз менее активная чем обычная нитрогеназа. Обнаружена у представителей р. Azotobacter, Rhodobacter и Rhodopseudomonas.
• Супероксид-содержащая.^{[источник не указан 901 день]} Нитрогеназная активность нечувствительна к кислороду.

См. также

Ссылки

1. ↑ Б.В. Романовский "Современный катализ: наука или искусство?". Соросовский образовательный журнал. — 2000. — Т. 6. — № 9. — С. 43-48.

• http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_62.html
• http://www.pdb.org/pdb/static.do?p=education_discussion/molecule_of_the_month/pdb26_1.html

Литература