Биохимия азотфиксации

Связывание N2-это восстановительный процесс, и первым его продук­том, который можно обнаружить, является аммиак. Процесс восстано­вления происходит на ферментном комплексе - нитрогеназе. Нитрогена-за состоит из двух компонентов: белка, в состав которого входят молибден, железо и сера, и белка, содержащего железо и серу1. Как сам фермент, так и процесс фиксации N2 отличаются крайней чувствитель­ностью к молекулярному кислороду. Это позволяет понять, почему как у свободноживущих азотфиксирующих бактерий, так и в ткани клубень­ков есть особые механизмы, защищающие нитрогеназу от высокого парциального давления кислорода.

Для связывания молекулярного азота необходимы восстановитель­ная сила и энергия (рис. 13.2), которые могут быть получены в процессе фотосинтеза, брожения или дыхания. В модельных экспериментах с очи­щенными компонентами нитрогеназной системы (in vitro) можно доста­влять энергию в виде АТР и восстановительную силу в форме восстано­вленных пиридиннуклеотидов и ферредоксинов, используя переносчики, содержащие флаводоксин. Затраты АТР при этом очень высоки.

Нитрогеназная система восстанавливает не только молекулярный азот (N=N), но и ацетилен (НС=СН), азид, закись азота, цианид, ни­триты, изонитрилы и протоны. На восстановлении ацетилена основан наиболее простой метод, позволяющий выявить нитрогеназу. Ацетилен восстанавливается только до этилена, который легко поддается количе­ственному определению с помощью газовой хроматографии. Все до сих пор исследованные азотфиксирующие микроорганизмы и симбиотиче-ские системы способны восстанавливать ацетилен.

Если нет молекулярного азота, нитрогеназная система восстанавливает протоны до молекулярного водорода. Таким образом, нитрогеназная система обладает также свойствами АТР-зависимой Н2-образующей гидрогеназы. По­скольку молекулярный водород образуется и в присутствии N2, можно вклю­чить соответствующую реакцию в уравнение, описывающее фиксацию азота:

8[Н] + N2 + 2Н+ - 2NH4+ + Н2

Большинство азотфиксирующих бактерий содержит наряду с нитрогеназой и (классическую) гидрогеназу. активирующую Н2. Функция этой гидрогеназы за­ключается, по-видимому, в использовании водорода, образующегося при фикса­ции молекулярного азота.

Регуляция связывания азота. У многих бактерий нитрогеназа обра­зуется только тогда, когда она необходима, т. е. в отсутствие подходя­щего источника связанного азота. Ионы аммония подавляют синтез ни-трогеназы. У пурпурных и зеленых бактерий под влиянием этих ионов уменьшается также активность уже синтезированного фермента. В регу­ляции образования нитрогеназы большую роль, очевидно, играет глу-таминсинтетаза. Глутаминсинтетаза и глутаматсинтаза нужны бакте­риям для включения ионов аммония в органические соединения в том случае, если эти ионы присутствуют лишь в низкой концентрации. Эта система обладает высоким сродством к ионам аммония и поддерживает их концентрацию в клетке на низком уровне. Повышение концентрации ионов аммония в окружении клетки (а тем самым и внутри клетки) по­давляет образование глутаминсинтетазы, а в результате-и нитроге­назы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: