Нитрогеназа

Нитрогеназа (PDB код: 1n2c, (докладніше) Nitrogenase (КФ 1.18.6.1) - фермент, який використовується організмами для фіксації атмосферного азоту (N 2). Атмосферний азот у формі N 2 щодо інертний завдяки своєму потрійного зв`язку, тому фермент вимагає багато хімічної енергії звільняється за рахунок гідролізу АТФ і відновлення таких агентів, як дітіоніт (зазвичай in vitro) або ферродоксін in vivo. Продуктом реакції зазвичай є аміак, який відразу об`єднується з глютамат, формуючи глютамин. Фермент складається з гетеротетрамер білка MoFe, який на короткий час зв`язується з гомодімернім білком Fe. Нитрогеназа набуває відновних властивостей коли вона заьязуеться з відновленим і пов`язаним з нуклеотидом білком Fe. Гетерокомплекс проходить через цикл асоціації та дісоціаціі щоб перенести один електрон, є обмежуючим кроком процесу Процес вимагає багато енергії, вимагаючи наявності донора електрона і АТФ для забезпечили відновлювальних властивостей. Точний механізм каталізу все ще невідомий через труднощі в отриманні кристалів нітрогенази зі зв`язаним азотом, так як у вільному стані білок MoFe не пов`язує азот, а сам процес роботи ферменту вимагає як мінімум трьох переносів електрона на один каталіз. Нитрогеназа може пов`язувати ацетилен і чадний газ, які є неконкурентним субстратом і інгібітором ферменту відповідно. Газоподібний азот, проте, є конкурентоспроможним субстратом для ацетилену, так як він запобігає н `зв`язування ацетилену і, крім того, ацетилен вимагає тільки один електрон для відновлення. Все нітрогенази мають кофактор з атомами сірки і заліза, які включає гетерометал в активному сайті. У більшості, гетерометалом є молібден, хоча в деяких видах замість нього використовується ванадій або залізо. Завдяки окислювальним властивостям кисню, більшість нітрогенази безповоротно ингибируются киснем (O 2), який назавжди окисляє FE-S кофактор. Тому фіксація азоту вимагає механізмів уникнення кисню in vivo. Незважаючи на цю проблему, багато організми використовують кисень як термінальний акцептор електрона для дихання. Один відомий виняток - недавно виявлена Нітрогеназа бактерії Streptomyces thermoautotrophicus, здатна працювати при наявності кисню. Крім того, Azotobacteraceae відомі своєю здатністю використовувати кіснечутліву нітрогенази при аеробних умовах. Ця здатність раніше приписувалася високій швидкості метаболізму, що дозволяє відновлення кисню на мембрані, але ідея виявилася необґрунтованою і неможливою при кисневих концентраціях більше 70 мкм (звичайна природна концентрація - 230 мкм O 2) і при обмеженні поживних речовин. Реакція, яку каталізує цей фермент, наступна: N 2 + 8H + + 8e - + 16 ATP 2NH 3 + H 2 + 16ADP + 16 Pi Групи організмів і клітини, що містять нітрогенази, включають (ці групи перекриваються):