Нитрогеназа

Нитрогеназа (PDB код: 1n2c, (подробнее) Nitrogenase (КФ 1.18.6.1) – фермент, используемый организмами для фиксации атмосферного азота (N 2). Атмосферное азот в форме N 2 относительно инертный благодаря своему тройному связи, поэтому фермент требует много химической энергии освобождается за счет гидролиза АТФ и восстановления таких агентов, как дитионит (обычно in vitro) или ферродоксин in vivo. Продуктом реакции обычно является аммиак, который сразу объединяется с глютаматом, формируя глютамин. Фермент состоит из гетеротетрамер белка MoFe, который на короткое время связывается с гомодимерним белком Fe. Нитрогеназа приобретает восстановительных свойств когда она заьязуеться с восстановленным и связанным с нуклеотидом белком Fe. Гетерокомплекс проходит через цикл ассоциации и дисоциации чтобы перенести один электрон, является ограничивающим шагом процесса Процесс требует много энергии, требуя наличия донора электрона и АТФ для обеспечили восстановительных свойств. Точный механизм катализа все еще неизвестен из-за трудностей в получении кристаллов нитрогеназы со связанным азотом, так как в свободном состоянии белок MoFe не связывает азот, а сам процесс работы фермента требует как минимум трех переносов электрона на один катализ. Нитрогеназа может связывать ацетилен и угарный газ, которые являются неконкурентным субстратом и ингибитором фермента соответственно. Газообразный азот, однако, является конкурентоспособным субстратом для ацетилена, так как он предотвращает н 'связыванию ацетилена и, кроме того, ацетилен требует только один электрон для восстановления. Все нитрогеназы имеют кофакторы с атомами серы и железа, которые включает гетерометал в активном сайте. В большинстве, гетерометалом есть молибден, хотя в некоторых видах вместо него используется ванадий или железо. Благодаря окислительным свойствам кислорода, большинство нитрогеназы безвозвратно ингибируются кислородом (O 2), который навсегда окисляет FE-S кофакторы. Поэтому фиксация азота требует механизмов избежания кислорода in vivo. Несмотря на эту проблему, многие организмы используют кислород как терминальный акцептор электрона для дыхания. Один известный исключение – недавно обнаруженная Нитрогеназа бактерии Streptomyces thermoautotrophicus, способна работать при наличия кислорода. Кроме того, Azotobacteraceae известны своей способностью использовать киснечутливу нитрогеназы при аэробных условиях. Эта способность ранее приписывалась высокой скорости метаболизма, позволяющий восстановления кислорода на мембране, но идея оказалась необоснованной и невозможной при кислородных концентрациях более 70 мкм (обычная естественная концентрация – 230 мкм O 2) и при ограничении питательных веществ. Реакция, которую катализирует этот фермент, следующая: N 2 + 8H + + 8e - + 16 ATP 2NH 3 + H 2 + 16ADP + 16 Pi Группы организмов и клетки, содержащие нитрогеназы, включают (эти группы перекрываются):