Нитрогеназа ванадия
Ванадийнитрогеназа является ключевым ферментом фиксации азота , обнаруженным у азотфиксирующих бактерий , и используется в качестве альтернативы молибденнитрогеназе , когда молибден недоступен. [1] Нитрогеназы ванадия представляют собой важное биологическое применение ванадия , который редко используется жизнью. Важный компонент азотного цикла , нитрогеназа ванадия преобразует газообразный азот в аммиак, тем самым делая недоступный иначе азот доступным для растений. В отличие от нитрогеназы молибдена, нитрогеназа ванадия может также восстанавливать окись углерода до этилена , этана и пропана. [3] но оба фермента могут восстанавливать протоны до газообразного водорода, а ацетилен до этилена .
Биологические функции
[ редактировать ]Нитрогеназы ванадия обнаружены у представителей бактериального рода Azotobacter, а также видов Rhodopseudomonas palustris и Anabaena variabilis . [1] [2] Большинство функций нитрогеназы ванадия соответствуют функциям более распространенных нитрогеназ молибдена и служат альтернативным путем фиксации азота в условиях дефицита молибдена . [4] Как и молибденнитрогеназа, дигидроген действует как конкурентный ингибитор , а монооксид углерода действует как неконкурентный ингибитор фиксации азота. [5] Нитрогеназа ванадия имеет α 2 β 2 Ύ 2 структуру субъединицы , тогда как нитрогеназа молибдена имеет структуру α 2 β 2 . Хотя структурные гены, кодирующие нитрогеназу ванадия, демонстрируют лишь около 15% консервации по сравнению с нитрогеназами молибдена, обе нитрогеназы имеют один и тот же тип железо-серных окислительно-восстановительных центров. При комнатной температуре нитрогеназа ванадия менее эффективно фиксирует азот, чем нитрогеназы молибдена, поскольку она преобразует больше H. + в H 2 в качестве побочной реакции. [4] Однако было обнаружено, что при низких температурах нитрогеназы ванадия более активны, чем нитрогеназы молибденового типа, а при температуре всего 5 ° C его азотфиксирующая активность в 10 раз выше, чем у нитрогеназы молибдена. [6] Как и нитрогеназа молибдена, нитрогеназа ванадия легко окисляется и поэтому активна только в анаэробных условиях. Различные бактерии используют сложные механизмы защиты, чтобы избежать кислорода . [1]
Общую стехиометрию азотфиксации, катализируемой нитрогеназой ванадия, можно резюмировать следующим образом: [1]
- Н 2 +12е − + 14Ч + + 24MgATP → 2NH 4 + + 3H 2 + 24MgADP + 24HPO 4 2−
Кристаллическая структура ванадий-нитротазы A. vinelandii была определена в 2017 году ( PDB : 5N6Y ). По сравнению с нитротазой Мо, нитрогеназа V заменяет один сульфид в активном центре мостиковым лигандом. [7]
Сокращение угарного газа
[ редактировать ]Исследования Калифорнийского университета в Ирвайне показали способность нитрогеназы ванадия превращать окись углерода в следовые количества пропана , этилена и этана в отсутствие азота. [3] [8] за счет восстановления окиси углерода дитионитом и гидролизом АТФ . Процесс образования этих углеводородов осуществляется посредством переноса протонов и электронов , при котором образуются короткие углеродные цепи. [8] и в конечном итоге может позволить производить углеводородное топливо из CO в промышленных масштабах. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Редер Д. (2000). «Ванадий нитрогеназа». Журнал неорганической биохимии . 80 (1–2): 133–6. дои : 10.1016/S0162-0134(00)00049-0 . ПМИД 10885473 .
- ^ Jump up to: а б Лаример; и др. (2004). «Полная последовательность генома метаболически универсальной фотосинтетической бактерии Rhodopseudomonas palustris » . Природная биотехнология . 22 (1): 55–61. дои : 10.1038/nbt923 . ПМИД 14704707 .
- ^ Jump up to: а б Хэдлингтон С. «Нитрогеназа оказалась пони с двумя трюками» . Королевское химическое общество . Проверено 5 августа 2010 г.
- ^ Jump up to: а б Иди Р.Р. (1989). «Ванадиевая нитрогеназа азотобактера ». Многогранник . 8 (13/14): 1695–1700. дои : 10.1016/S0277-5387(00)80619-1 .
- ^ Янас З.; Собота П. (2005). «Арилоксо- и тиолато-ванадиевые комплексы как химические модели активного центра нитрогеназы». Обзоры координационной химии . 249 (21–22): 2144–2155. дои : 10.1016/j.ccr.2005.04.007 .
- ^ Миллер Р.В.; Иди Р.Р. (1988). «Нитрогеназы молибдена и ванадия Azotobacter chroococcum . Низкая температура способствует восстановлению N2 нитрогеназой ванадия» . Биохимический журнал . 256 (2): 429–32. дои : 10.1042/bj2560429 . ПМЦ 1135427 . ПМИД 3223922 .
- ^ Сиппель, Д; Эйнсле, О. (сентябрь 2017 г.). «В структуре нитрогеназы ванадия обнаруживается необычный мостиковый лиганд» . Химическая биология природы . 13 (9): 956–960. дои : 10.1038/nchembio.2428 . ПМК 5563456 . ПМИД 28692069 .
- ^ Jump up to: а б Ли СиСи; Ху Ю.; Риббе М. (2010). «Ванадийнитрогеназа снижает выбросы CO» . Наука . 329 (5992): 642. Бибкод : 2010Sci...329..642L . дои : 10.1126/science.1191455 . ПМК 3141295 . ПМИД 20689010 .
- ^ Блэнд Э. «Бензин из воздуха?» . Новости Дискавери . Проверено 5 августа 2010 г.