Ванадиевая нитрогеназа - Vanadium nitrogenase

Azotobacter sp. клеток, окрашенных железным гематоксилином Хайденхайна, × 1000. Нитрогеназы ванадия находятся у представителей рода бактерий Азотобактер а также виды R. palustris и A. variabilis[1][2]

Ванадиевая нитрогеназа это ключ фермент за азотфиксация содержится в азотфиксирующих бактерии, и используется как альтернатива молибдену нитрогеназа когда молибден недоступен.[1] Нитрогеназы ванадия - важное биологическое использование ванадий, который редко используется в жизни. Важная составляющая азотный цикл, ванадиевая нитрогеназа превращает азот газ в аммиак, тем самым делая недоступный для растений азот. В отличие от молибден-нитрогеназы, ванадий-нитрогеназа также может снижать монооксид углерода к этилен, этан и пропан[3] но оба фермента могут уменьшить протоны к водородному газу и ацетилен к этилен.

Биологические функции

Нитрогеназы ванадия обнаружены у представителей рода бактерий. Азотобактер а также виды Rhodopseudomonas palustris и Анабаена вариабилис.[1][2] Большинство функций ванадиевой нитрогеназы соответствуют функциям более распространенного молибдена. нитрогеназы и служить альтернативным путем для азотфиксация в молибден недостаточные условия.[4] Подобно молибденовой нитрогеназе, дигидроген функционирует как конкурентный ингибитор и монооксид углерода функционирует как неконкурентный ингибитор азотфиксации.[5] Ванадиевая нитрогеназа имеет α2β2Ύ2 субъединичная структура в то время как молибденовая нитрогеназа имеет α2β2 структура. Хотя структурные гены, кодирующие ванадиевую нитрогеназу, сохраняют только около 15% молибденовых нитрогеназ, эти две нитрогеназы имеют одинаковый тип железо-сера окислительно-восстановительные центры. При комнатной температуре ванадий-нитрогеназа менее эффективно связывает азот, чем молибден-нитрогеназы, поскольку она превращает больше азота. ЧАС+ к H2 как побочная реакция.[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] Как и молибден-нитрогеназа, ванадий-нитрогеназа легко окисленный и поэтому активен только под анаэробный условия. Различные бактерии используют сложные механизмы защиты, чтобы избежать кислород.[1]

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

N2 + 12e− + 14H+ + 24MgATP → 2NH4+ + 3H2 + 24MgADP + 24HPO42−

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

Восстановление окиси углерода

Исследования в Калифорнийский университет в Ирвине показали способность ванадий нитрогеназы превращать монооксид углерода на следовые количества пропан, этилен, и этан в отсутствие азота[3][8] сквозь снижение окиси углерода дитионит и АТФ гидролиз. Процесс формирования этих углеводороды осуществляется через протон и электрон перенос, в котором образуются короткие углеродные цепи [8] и в конечном итоге может позволить производство углеводородного топлива из CO в промышленных масштабах.[9]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Редер Д. (2000). «Ванадиевая нитрогеназа». Журнал неорганической биохимии. 80 (1–2): 133–6. Дои:10.1016 / S0162-0134 (00) 00049-0. PMID  10885473.
  2. ^ а б Лаример; и другие. (2004). "Полная последовательность генома метаболически разносторонней фотосинтезирующей бактерии Rhodopseudomonas palustris". Природа Биотехнологии. 22 (1): 55–61. Дои:10.1038 / nbt923. PMID  14704707.
  3. ^ а б Хэдлингтон С. «Нитрогеназа - двойная уловка». Королевское химическое общество. Получено 2010-08-05.
  4. ^ а б Иди Р. Р. (1989). "Ванадиевая нитрогеназа Азотобактер". Многогранник. 8 (13/14): 1695–1700. Дои: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». Обзоры координационной химии. 249 (21–22): 2144–2155. Дои:10.1016 / j.ccr.2005.04.007.
  6. ^ Miller R.W .; Иди Р. Р. (1988). «Нитрогеназы молибдена и ванадия Azotobacter chroococcum. Низкая температура способствует восстановлению N2 ванадиевой нитрогеназой ». Биохимический журнал. 256 (2): 429–32. Дои:10.1042 / bj2560429. ЧВК  1135427. PMID  3223922.
  7. ^ Сиппель, Д; Эйнсл, О. (сентябрь 2017 г.). «В структуре ванадиевой нитрогеназы обнаружен необычный мостиковый лиганд». Природа Химическая Биология. 13 (9): 956–960. Дои:10.1038 / nchembio.2428. ЧВК  5563456. PMID  28692069.
  8. ^ а б Lee C.C .; Hu Y .; Риббе М. (2010). «Ванадиевая нитрогеназа снижает CO». Наука. 329 (5992): 642. Bibcode:2010Sci ... 329..642L. Дои:10.1126 / science.1191455. ЧВК  3141295. PMID  20689010.
  9. ^ Бланд Э. "Бензин из разреженного воздуха?". Новости открытия. Получено 2010-08-05.