Нитрогеназа
Нитрогеназа — это ферментный комплекс, катализирующий процесс восстановления молекулярного азота (N₂) до аммиака (NH₃). Он образуется исключительно у азотфиксирующих прокариотных микроорганизмов.
Структурно комплекс состоит из двух белковых компонентов:
- Молибден-железный белок (MoFe-белок), содержащий молибден, железо и серу.
- Железный белок (Fe-белок), содержащий железо и серу.
Нитрогеназа крайне чувствительна к молекулярному кислороду, который её необратимо инактивирует. Эта особенность объясняет наличие у азотфиксаторов специальных механизмов защиты фермента от высокого парциального давления O₂. Например, в клубеньках бобовых растений эту роль выполняет леггемоглобин, связывающий кислород. У строгих анаэробов, таких как клостридии (Clostridium spp.), азотфиксация происходит только в бескислородных условиях.
Помимо своей основной субстратной специфичности, нитрогеназа способна восстанавливать и другие соединения с тройной связью:
Фермент также восстанавливает протоны (H⁺) до молекулярного водорода (H₂), то есть обладает свойствами гидрогеназы. На реакции восстановления ацетилена до этилена основан наиболее распространённый и чувствительный метод определения активности нитрогеназы.
Современный контекст
Современные исследования показали, что нитрогеназа — это не один фермент, а группа родственных ферментных систем. Помимо классической молибден-зависимой нитрогеназы (Mo-нитрогеназа), были открыты альтернативные формы: ванадий-зависимая (V-нитрогеназа) и железо-зависимая (Fe-нитрогеназа, или нитрогеназа III). Эти изоформы имеют схожий принцип действия, но различаются по металлу в активном центре, эффективности и распространённости среди микроорганизмов. Открытие альтернативных нитрогеназ расширило представления о биохимическом разнообразии и эволюции биологической фиксации азота.