Ванадиевая нитрогеназа - Vanadium nitrogenase
Ванадий нитрогеназа является ключевым ферментом для фиксации азота найдена в азотфиксирующих бактерий , и используются в качестве альтернативы молибдена нитрогеназы , когда молибден отсутствует. Нитрогеназы ванадия - важное биологическое использование ванадия , которое редко используется в жизни. 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 может также восстанавливать оксид углерода до этилена , этана и пропана, но оба фермента могут восстанавливать протоны до газообразного водорода и ацетилена до этилена .
Биологические функции
Нитрогеназы ванадия обнаружены у представителей бактериального рода Azotobacter, а также у видов Rhodopseudomonas palustris и Anabaena variabilis . Большинство функций ванадиевой нитрогеназы соответствуют функциям более распространенных молибденовых нитрогеназ и служат альтернативным путем фиксации азота в условиях дефицита молибдена . Подобно молибден-нитрогеназе, дигидроген действует как конкурентный ингибитор, а монооксид углерода действует как неконкурентный ингибитор азотфиксации. Ванадиевая 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 ванадий-нитрогеназу, сохраняют только около 15% молибден-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, поскольку в качестве побочной реакции она превращает больше H + в H 2 . 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. Как и молибден-нитрогеназа, ванадий-нитрогеназа легко окисляется и поэтому активна только в анаэробных условиях. Различные бактерии используют сложные механизмы защиты, чтобы избежать попадания кислорода .
Общую стехиометрию азотфиксации, катализируемой ванадий нитрогеназой, можно резюмировать следующим образом:
- 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.
Восстановление окиси углерода
Исследования Калифорнийского университета в Ирвине показали способность ванадий нитрогеназы превращать оксид углерода в следовые количества пропана , этилена и этана в отсутствие азота путем восстановления оксида углерода дитионитом и гидролиза АТФ . Процесс образования этих углеводородов осуществляется посредством переноса протонов и электронов, при котором образуются короткие углеродные цепочки, что в конечном итоге может позволить производство углеводородного топлива из CO в промышленных масштабах.