Nitrogenasenzymkomplexet består av två metalloenzymer:molybden-järn (MoFe) proteinet och järn-svavel (FeS) proteinet. MoFe-proteinet hyser det aktiva stället där N2-reduktion sker, medan FeS-proteinet fungerar som en elektrondonator och ATP-hydrolyserande enhet.
Kvävebindning:
1. Substratåtkomst: Det aktiva nitrogenasstället är djupt begravt i MoFe-proteinet, vilket skapar en skyddande miljö för den känsliga N2-reduktionsprocessen. En serie aminosyrarester och en molybdenkofaktor (MoFe7S9C-homocitrat) bildar "FeMo-kofaktorn", som fungerar som bindningsstället för N2.
2. Svag bindning: Kväve binder reversibelt till FeMo-kofaktorn genom en "side-on"-interaktion, där N-N-trippelbindningen är parallell med FeMo-klustret. Denna svaga bindning möjliggör den nödvändiga rörligheten och aktiveringen av N2.
Kvävereduktion:
1. ATP-hydrolys: FeS-proteinet hydrolyserar ATP för att ge energi för kvävereduktionsprocessen. Denna hydrolys genererar en högenergielektron som överförs till MoFe-proteinet.
2. Elektronöverföring: Högenergielektronen reducerar en serie järn-svavelkluster inom MoFe-proteinet, och levererar i slutändan elektronen till FeMo-kofaktorn.
3. Protonation och reduktiv klyvning: Den reducerade FeMo-kofaktorn interagerar med protoner (H+) från den omgivande miljön. Dessa protoner, tillsammans med elektronerna, deltar i en serie av protonationsreduktionssteg som leder till klyvning av N-N-trippelbindningen. Denna process resulterar i bildandet av två NH3-molekyler.
Nitrogenasmekanismen involverar flera cykler av ATP-hydrolys, elektronöverföring och protonationsreduktionsreaktioner. Varje cykel för N2 närmare fullständig reduktion, vilket slutligen ger två molekyler ammoniak. Enzymkomplexet genomgår också en serie konformationsförändringar under den katalytiska cykeln, vilket underlättar substratbindning, elektronöverföring och produktfrisättning.
Trots de betydande framsteg som gjorts för att förstå nitrogenas, finns det fortfarande aspekter av dess mekanism som återstår att helt klarlägga. Ytterligare forskning syftar till att ge en mer detaljerad redogörelse för de intrikata steg som är involverade i kvävereduktion och reglering av nitrogenasaktivitet, vilket bidrar till vår förståelse av denna livsviktiga biologiska process.
