Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Azotobacter sp. клеток, окрашенных железным гематоксилином Хайденхайна, × 1000. Нитрогеназы ванадия обнаружены у представителей рода Azotobacter бактерий, а также у видов R. palustris и A. variabilis [1] [2]

Ванадий нитрогеназа является ключевым ферментом для фиксации азота найдена в азотфиксирующих бактерий , и используются в качестве альтернативы молибдена нитрогеназы , когда молибден отсутствует. [1] Нитрогеназы ванадия - важное биологическое использование ванадия , которое редко используется жизнью. Ванадий- нитрогеназа , важный компонент азотного цикла , преобразует газообразный азот в аммиак, тем самым делая недоступный для растений азот. В отличие от молибден-нитрогеназы, ванадий-нитрогеназа также может восстанавливать оксид углерода до этилена., этан и пропан [3], но оба фермента могут восстанавливать протоны до газообразного водорода и ацетилена до этилена .

Биологические функции [ править ]

Нитрогеназы ванадия обнаружены у представителей бактериального рода Azotobacter, а также у видов Rhodopseudomonas palustris и Anabaena variabilis . [1] [2] Большинство функций ванадиевой нитрогеназы соответствуют функциям более распространенных нитрогеназ молибдена и служат альтернативным путем для фиксации азота в условиях дефицита молибдена . [4] Подобно молибден-нитрогеназе, дигидроген действует как конкурентный ингибитор, а монооксид углерода действует как неконкурентный ингибитор азотфиксации.[5] Ванадий нитрогеназа имеет структуру субъединицы α 2 β 2 Ύ 2, в то время как молибденовая нитрогеназа имеет структуру α 2 β 2 . Хотя структурные гены, кодирующие ванадиевую нитрогеназу, сохраняют только около 15% молибденовых нитрогеназ, эти две нитрогеназы имеют один и тот же тип железо-серных окислительно - восстановительных центров. При комнатной температуре ванадий-нитрогеназа менее эффективно связывает азот, чем молибден-нитрогеназы, посколькув качестве побочной реакцииона превращает больше H + в H 2 . [4]Однако при низких температурах было обнаружено, что ванадиевые нитрогеназы более активны, чем молибденовые, а при температурах всего 5 ° C их азотфиксирующая активность в 10 раз выше, чем у молибден-нитрогеназ. [6] Подобно молибден-нитрогеназе, ванадий-нитрогеназа легко окисляется и поэтому активна только в анаэробных условиях. Различные бактерии используют сложные механизмы защиты, чтобы избежать попадания кислорода . [1]

Общую стехиометрию азотфиксации, катализируемой ванадий нитрогеназой, можно резюмировать следующим образом: [1]

N 2 + 12e - + 14H + + 24MgATP → 2NH 4 + + 3H 2 + 24MgADP + 24HPO 4 2−

Кристаллическая структура ванадий-нитрогеназы A. vinelandii была определена в 2017 г. ( PDB : 5N6Y ). По сравнению с Mo-нитрогеназой, V-нитрогеназа заменяет один сульфид в активном центре мостиковым лигандом. [7]

Уменьшение угарного газа [ править ]

Исследования в Калифорнийском университете в Ирвине показали способность ванадий нитрогеназы превращать оксид углерода в следовые количества пропана , этилена и этана в отсутствие азота [3] [8] за счет восстановления оксида углерода дитионитом и гидролиза АТФ . Процесс образования этих углеводородов осуществляется посредством переноса протонов и электронов, при котором образуются короткие углеродные цепочки [8]и может в конечном итоге позволить производство углеводородного топлива из CO в промышленных масштабах. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г д Редер Д. (2000). «Ванадиевая нитрогеназа». Журнал неорганической биохимии . 80 (1–2): 133–6. DOI : 10.1016 / S0162-0134 (00) 00049-0 . PMID  10885473 .
  2. ^ а б Лаример; и другие. (2004). «Полная последовательность генома метаболически разносторонней фотосинтетической бактерии Rhodopseudomonas palustris » . Природа Биотехнологии . 22 (1): 55–61. DOI : 10.1038 / nbt923 . PMID 14704707 . 
  3. ^ a b Хэдлингтон С. «Нитрогеназа, обнаруженная как пони с двумя хитростями » . Королевское химическое общество . Проверено 5 августа 2010 .
  4. ^ а б Иди Р. Р. (1989). «Ванадиевая нитрогеназа Azotobacter ». Многогранник . 8 (13/14): 1695–1700. DOI : 10.1016 / S0277-5387 (00) 80619-1 .
  5. ^ Janas Z .; Собота П. (2005). «Арилоксо- и тиолато-ванадиевые следующие термические комплексы как химические модели активного центра нитрогеназы». Координационные обзоры химии . 249 (21–22): 2144–2155. DOI : 10.1016 / j.ccr.2005.04.007 .
  6. ^ Миллер RW; Иди Р.Р. (1988). «Нитрогеназы молибдена и ванадия Azotobacter chroococcum . Низкая температура способствует восстановлению азота под действием ванадиевой нитрогеназы» . Биохимический журнал . 256 (2): 429–32. DOI : 10.1042 / bj2560429 . PMC 1135427 . PMID 3223922 .  
  7. ^ Сиппель, D; Эйнсл, О. (сентябрь 2017 г.). «В структуре ванадиевой нитрогеназы обнаружен необычный мостиковый лиганд» . Природа Химическая биология . 13 (9): 956–960. DOI : 10.1038 / nchembio.2428 . PMC 5563456 . PMID 28692069 .  
  8. ^ а б Ли СС; Hu Y .; Риббе М. (2010). «Ванадиевая нитрогеназа снижает CO» . Наука . 329 (5992): 642. Bibcode : 2010Sci ... 329..642L . DOI : 10.1126 / science.1191455 . PMC 3141295 . PMID 20689010 .  
  9. ^ Бланд Э. "Бензин из разреженного воздуха?" . Новости открытия . Проверено 5 августа 2010 .