Нитрогеназа

Cтраница 4

Область применения продуктов синтеза культуры клеток растений. [46]

Ферменты, синтезируемые микробными клетками, представляют большой интерес для промышленности и медицины. Высокая скорость метаболизма микробных клеток, обусловливающая несопоставимую с животными и растениями восполняемость сырья, повышает коммерческую значимость этих препаратов. В качестве лекарственных препаратов применяют ряд гидролитических ферментов, таких, как гиалуронидаза, некоторые протеазы, амилаза, липаза. Некоторые ферменты, имеющие прикладное значение, синтезируются только микроорганизмами, например нитрогеназа, катализирующая образование аммиака из молекулярного азота. Велика роль микробных ферментов во многих промышленных процессах ( гл. [47]

Вероятно, промежуточные соединения в процессе восстановления молекулы N2 остаются прочно связанными с нитрогеназой. По проведенным измерениям, для восстановления 1 молекулы N2 требуется не менее 12 молекул АТФ. Таким образом, процесс азотфиксации связан с затратой большого количества клеточной энергии. [48]

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. [49]

Данные, полученные для бактериальной нитрогеназы, свидетельствуют об активации молекулярного азота ионами металла. Существенными компонентами бактериальной системы фиксации азота считаются молибден, негемовое железо и кислотно-лабильные сульфиды, поэтому естественно, что большая часть попыток построить химические модели нитрогеназы была основана на предположении, что железо и молибден - ключевые элементы фиксации азота. В отсутствие внешних субстратов и в меньшей степени при наличии субстратов в присутствии нитрогеназы наблюдается выделение водорода. Поскольку ацетилен одновременно является конкурентным ингибитором фиксации азота и потому предполагается, что он связывается с активным центром фермента, его неоднократно использовали в качестве удобного субстрата для испытания нитрогеназной активности как нативного фермента, так и его химических моделей. Адекватность модели нитрогеназы может быть окончательно установлена по ее способности катализировать восстановление молекулярного азота при комнатной температуре и обычном давлении. [50]

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. [51]

Азодиэтилдикарбоксилатный аддукт быстро гидролизуется с образованием быс - ( этоксикарбонил) гид-разина и чыс-б с - ( оксо) - комплекса XX. Однако, даже если диимин и является промежуточным продуктом ферментативного восстановления молекулярного азота ( а прямых доказательств этого не получено), едва ли его восстановление до гидразина является наиболее затруднительной стадией процесса. Скорее, скорость реакции ограничивается первой стадией - восстановлением азота до диимина, которая характеризуется большим положительным изменением свободной энергии. Таким образом, гидролиз не может рассматриваться как модель наиболее существенной стадии катализа нитрогеназой. [52]

Точный механизм участия молибдена в катализе неизвестен. Этот сигнал легко распознать по его характерной сверхтонкой структуре, содержащей шесть линий. Такой сигнал был зарегистрирован в случае ксантиноксидазы, нитратредуктазы и сульфитоксидазы при их взаимодействии с субстратами. Однако нитрогеназа дает только сигналы ЭПР, характерные для железа. Более того, нет никаких данных, из которых следовало бы, что N2 в нитрогеназе реагирует непосредственно с атомами молибдена. [53]

Нитрогеназные ферменты могут катализировать и другие, на первый взгляд совершенно не связанные с фиксацией азота реакции и восстанавливать другие субстраты. Если начать с полного набора компонентов, необходимых для проявления нитрогеназной активности ( азот, восстановитель, АТФ, ионы магния, два белка), и исключить из этой системы азот, то будет наблюдаться зависящее от АТФ выделение водорода. Другими словами, происходит гидролиз АТФ с образованием АДФ и неорганического фосфата и одновременное выделение водорода. Никаких реакций не наблюдается, если исключить АТФ, восстановитель или один из упомянутых белков. Но если использовать в качестве восстановителя водород в присутствии гидрогеназы, то будет наблюдаться главным образом каталитический гидролиз АТФ, поскольку водород, выделяемый нитрогеназой, снова поглощается гидрогеназой. Это зависящее от АТФ выделение водорода не подавляется окисью углерода как активность обычных гидрогеназ, катализирующих обратимое освобождение и поглощение водорода. Фиксация азота и выделение водорода одинаково зависят от рН и характеризуются одним и тем же отношением числа расходуемых молекул АТФ, приходящихся на пару электронов. Очевидно, что эти две реакции тесно связаны между собой, и приходится сделать вывод, что выделение водорода, которое могло бы показаться совершенно лишним, бесполезным побочным процессом, играет важную роль в механизме фиксации азота. Необратимое выделение водорода показывает, что водород генерируется при более отрицательных потенциалах, чем потенциал обратимой гидрогеназы, причем гидролиз АТФ, очевидно, создает движущую силу реакции. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что при восстановлении азота используется более сильный восстановитель, чем молекулярный водород-это и представляет собой способ, который природа использовала для преодоления затруднений, связанных с крайне энергетически невыгодной первой стадией восстановления азота. [54]

Страницы: 1 2 3 4