Нитрогеназа ( КФ ) — 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, а в англоязычной литературе - динитрогеназой) и гидрогеназы (Fe-белок или редуктаза динитрогеназы). 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:

N ₂ + 8H ⁺ + 8 e ⁻ + 16 АТФ → 2NH ₃ + H ₂ + 16 АДФ + 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):

С ₂ H ₂ + 2H ⁺ → С ₂ H ₄

CN ⁻ + 7H ⁺ → NH ₃ + СH ₄

HN ₃ → NH ₃ + N ₂

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 N ₂ до двух NH ₃ через следующие стадии:

азот → диамид → гидразин → аммиак .

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

Альтернативные нитрогеназы

Обнаружены различные альтернативные нитрогеназы:

• Ванадий -содержащая, генерирующая до 5 молекул аммиака на одну молекулу водорода, однако она до 3 раз менее активная. Обнаружена у представителей р. Clostridium , Azotobacter и Anabaena .
• Железосодержащая. 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 , и Rhodopseudomonas .
• Супероксид -зависима. Нитрогеназная активность нечувствительна к кислороду .

Примечания

Ссылки