Нитрогеназ

Cтраница 3

Очень важной является группа серосодержащих белков, которые называют ферредоксинами или железосеропротеинами. Эти белки участвуют в широком круге биохимических процессов, включая перенос электронов при фотосинтезе, а также фиксацию азота при участии важнейшего фермента этого процесса - нитрогеназы. Атом серы проявляет донорные свойства и образует прочные связи с атомами d - металлов. В ферредоксинах и нитро-геназе важнейшая роль переносчиков электронов принадлежит сульфидам железа и молибдена. Эти сложные сульфиды имеют в качестве структурной единицы тетраэдрические кластеры, изображенные на рис. 20.7. Каждый атом железа связан с тремя атомами серы и одной молекулой аминокислоты цистеина. Четыре молекулы цистеина вместе с кластером Fe4S4 входят в белок ферредоксин. [31]

Специфичность видов Rhizobium и Bradyrhizobium в отношении разных растений.| Предполагаемая структура железомолибде-нового кофактора, связанного с молекулой азота ( N. [32]

Клубеньковые бактерии связывают атмосферный азот с помощью фермента нитроге-назы. Структурные и биохимические взаимодействия между симбионтами - Rhizobium и растением-хозяином - весьма сложны и взаимовыгодны. Внутри клубенька нитрогеназа защищена от токсического действия атмосферного кислорода двумя способами. Во-первых, кислород практически не проникает в клубенек. Во-вторых, содержание кислорода внутри клубенька регулируется белком леггемоглобином. Гемовый компонент этого кис-лородсвязывающего белка синтезируется бактерией, а глобиновая часть молекулы кодируется геномом растения. Растение обеспечивает бактерии необходимыми для роста связанными формами углерода, образующимися при фотосинтезе, а растение извлекает выгоду из этих симбиотических отношений, получая от бактерии связанный азот. [33]

Способность к азотфиксации удается передавать путем прямого межклеточного контакта от одной бактерии к другой. Возможность передачи ш / - генов от Klebsiella pneumoniae к Escherichia coli путем конъюгации, а также факт локализации этих генов в плазмиде позволяют надеяться, что в близком будущем удастся осуществить передачу их другим видам бактерий1, а может быть, даже эукариотическим организмам. Но поскольку для фиксации азота кроме нитрогеназы нужен еще специфический белок, содержащий железо и серу, а также требуется защита этого фермента от О2, подобные эксперименты сопряжены с большими трудностями. [34]

МЕТАЛЛОПРОТЕИДЫ ( металлОпротеиаы), сложные белки, в состав к-рых входят комплексно-связанные ионы металлов. Примеры: карбоксипептидазы ( А и В) и дегидроге-назы, содержащие в каталитич. Си и Си2 1; конканавалин А, содержащий Мп2 и Са2; молибденсодержащий фермент нитрогеназа; железосодержащие ферритин, цитохром с, миоглобин. [35]

АЗОТФИКСАЦИЯ биологическая ( от азот и ср. Активностью обладает лишь комплекс обоих компонентов. Нитрогеназы, выделенные из разл. Кроме Ы2, нитрогеназа восстанавливает ряд соед, имеющих тройную связь ( напр. Способность нитрогеназы восстанавливать ацетилен используется для определения азотфиксирующей активности. [36]

Большой интерес представляют также попытки повысить эффективность биологической фиксации азота. В результате выражение этих генов становится конститутивным ( гл. Обычно гены нитрогеназы репрессируются при накоплении в клетках глутамина, о чем подробнее говорится в разд. Гены азотфиксации обнаружены только в прокариотах. [37]

В этом одна из причин, которая затрудняла изучение молибденсодержащих белков. Наличие двух атомов молибдена в молекуле белка может отражать отчетливо выраженную склонность низкомолекулярных соединений молибдена к образованию димерных комплексов, однако оно может быть и случайным, поскольку ни в одном из указанных белков не обнаружено взаимодействия между атомами молибдена. Ферменты млекопитающих ( альдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиндегидроге-наза и ксантиноксидаза) выделены из печени, однако наилучшим источником ксантиноксидазы является молоко. Основным источником нитратредуктазы и нитрогеназы служат бактерии. [38]

Одной из важнейших проблем современности является возможность фиксации атмосферного азЪта в мягких условиях. Природа давно справилась с этой задачей. Биологическая фиксация азота происходит в результате восстановительных процессов, в ходе которых атмосферный азот переходит в аммиак. Решающую роль здесь играет фермент нитрогеназа. [39]

В настоящее время известно, что в хромосомном участке ДНК находятся семнадцать генов. Функции тринадцати из них уже установлены, однако очищены продукты лишь пяти генов. Показано, что nif D и nif К кодируют а - и Р - субъединицы MoFe-белка, nif H кодирует субъединицу Fe-белка, nif F кодирует флавопротеин флаводок-син и nif J кодирует пируватфлаводоксин-оксидо-редуктазу. Последние ферменты участвуют в создании и переносе восстановительного потенциала нитрогеназы. [40]

Биологическое связывание азота осуществляется определенными организмами ( прокариотами) - бактериями и сине-зелеными водорослями. Связывающие азот бактерии могут быть свободно живущими или могут существовать в симбиотической связи с растениями. В этом симбиозе специфичностью обладают как растения, так и бактерии, хотя биохимическая основа их симбиотиче-ского взаимодействия не ясна. Считают, что бактерия содержит всю генетическую информацию, необходимую для синтеза фермента нитрогеназы, который катализирует процесс связывания азота. После того, как бактерии рода Rhizobium поселяются на корнях растения-хозяина, они вскоре превращаются в увеличенные клетки, не способные к репродукции ( бактериоиды); заключенные в мембрану, они живут в цитоплазме клетки растения-хозяина. [41]

Нежелательная побочная реакция фиксации азота - восстановление нитрогеназой Н до Н2 ( газообразный водород), в ходе которой энергия ( в форме АТР) расходуется на образование водорода, который в конечном счете просто улетучивается. В результате только от 40 до 60 % всего потока электронов, проходящих через нитрогеназныи комплекс, передается на N2, что значительно уменьшает эффективность процесса фиксации азота. В принципе, если бы Н2 мог превратиться обратно в Н, потери энергии были бы ниже, и процесс фиксации азота стал бы более эффективным. Устранить же эту побочную реакцию прямым путем невозможно, поскольку она обусловлена особенностями химического строения активного центра нитрогеназы, и если попытаться блокировать ее, изменив структуру фермента, то неизбежно произойдет и уменьшение активности нитрогеназы. [42]

Общая схема фиксации азота. Fd-ферредоксин. F1 - флаводоксин. [43]

Связывание М2 - это восстановительный процесс, и первым его продуктом, который можно обнаружить, является аммиак. Процесс восстановления происходит на ферментном комплексе-нитрогеназе. Как сам фермент, так и процесс фиксации N2 отличаются крайней чувствительностью к молекулярному кислороду. Это позволяет понять, почему как у свободноживу цих азотфиксирующих бактерий, так и в ткани клубеньков есть особые механизмы, защищающие нитрогеназу от высокого парциальной давления кислорода. [44]

Бактерии могут развиваться в отсутствие молибдена при наличии в среде внешнего источника азота аммиака. Если в среду ввести молибден и устранить азот аммиака, то в течение нескольких часов развивается нитрогеназная активность. Для фиксации азота бактериями необходимы также железо и магний. Несомненно, что магний необходим для реакций фиксации азота, идущих при участии АТФ. К настоящему времени нитрогеназа выделена из С. [45]

Страницы: 1 2 3 4