Нитрогеназа

РИС. 14-1. Гипотетическая структура молекулы нитрогеназы. [c.84]

Одной из важнейших проблем современности является возможность фиксации атмосферного аз ота 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. Содержащиеся в нем соединения железа и молибдена активируют азот, при контакте кото- [c.281]

В результате другого двухэлектронного восстановления происходит превращение азид-аниона в N2 и NHt [уравнение (14-3)]. Цианид-ионы дают начало метану и аммиаку [уравнение (14-4)]. Нитрогеназная система может также восстанавливать алкилнитрилы и N2O. Кроме того, нитрогеназы неизменно катализируют восстановление протонов в Нг [уравнение (14-5)]. [c.83]

И, наконец, обратим внимание еще на один аспект моделирования, имеющий важное прикладное значение, — это создание высокоактивных и высокоспецифичных катализаторов, действующих по принципам ферментативного катализа. В настоящее время, однако, в этом направлении делаются лишь первые шаги, по которым трудно судить о реальных перспективах в этой области. В качестве примера можно указать на успехи в моделировании нитрогеназы — фермента, катализирующего реакцию восстановления молекулярного азота [7, 8]. Не исключено, что с помощью систем, моделирующих нитрогеназу, можно будет решить важную прикладную задачу — фиксацию азота в мягких условиях. [c.72]

Среди соединений азота большой интерес представляют комплексы, в которых молекула азота связана с ионом (или ионами) металла. Хорошо известны комплексы молекулы N2 с соединениями молибдена, кобальта, железа, никеля, рутения, рения, осмия и др. Подобного рода комплексы не являются экзотическими — они имеют прямое отношение к проблеме фиксации атмосферного азота и вопросам моделирования нитрогеназы (фермента, катализирующего процесс нитрификации). Интерес к таким соединениям стимулируется и практическими, и теоретическими причинами. В частности, относительная легкость образования соединений молекулярного азота дает возможность оценить, в какой мере справедливы обычные утверждения о его малой химической активности. [c.176]

Наиболее интересна первая проблема — введение //-генов в клетки растений. Однако ее решение сопряжено с рядом трудностей. Основная — разрушение нитрогеназы под воздействием кислорода. У азотфиксирующих микроорганизмов существует ряд приспособлений, защищающих бактерии от свободного кислорода. [c.152]

Бесклеточные препараты нитрогеназы были выделены из целого ряда организмов. Всем этим ферментам свойственна быстрая инактивация в присутствии кислорода, что на первых порах сильно сдерживало развитие исследований. По-видимому, фиксация азота происходит в анаэробных участках клеток. Существует даже предположение, что леггемоглобин защищает азотфиксирующие ферменты корневых клубеньков от воздействия кислорода. Возможно, что леггемоглобин осуществляет также доставку Ог путем облегченной диффузии в аэробные митохондрии бактероидов при устойчиво низком давлении кислорода [8] [c.83]

Для своего функционирования нитрогеназа нуждается в непрерывном притоке как энергии (в форме АТФ), так и электронов. Это обеспечивается благодаря дыханию и брожению, происходящим в микроорганизмах или в результате фотосинтеза. АТФ специфически связывается с Ре-белком, и образовавшийся комплекс переносит электроны от ферредоксина (железосодержащий белок-донор электронов) к Мо-Ре-белку. Восстановленный Мо-Ре-белок связывает N2 и восстанавливает его до NHj. [c.64]

Практически, однако, при восстановлении трудно избежать заполнения связывающих я-орбиталей (М—Ы) и повышения прочности связи. Предполагается, что белковый компонент фермента изменяет симметрию молекулы азота, так что группа Ме—N—N—Ме перестает быть линейной. Для высокоорганизованных систем характерно проявление новых степеней свободы (в данном случае деформации), с помощью которых осуществляются реакционные механизмы, не реализуемые в простых системах. Вопрос не решен окончательно, но считается бесспорным, что в активной группе нитрогеназы содержится два металла — молибден и железо, — причем ион молибдена переходит в процессе фиксации азота из состояния Мо (III) в состояние Мо (VI) и обратно. Значительные успехи в моделировании этого процесса достигнуты А. Е. Шиловым, М. Е. Вольпиным и В. Б. Шуром в СССР. [c.177]

Уже давно признано, что молибден относится к элементам, необходимым растениям для роста, однако никаких убедительных данных об обязательном его присутствии в пище животных пока не получено. Тем не менее он обнаружен по крайней мере в трех ферментах животных и, кроме того, еще в четырех ферментах бактерий и растений - . Альдегидоксида-за, ксантиноксидаза печени (т. 2, стр. 265) и родственные ксантиндегидрогеназы некоторых бактерий содержат молибден, существенный для проявления каталитической активности. Сульфитоксидаза печени (гл. 14, разд. Ж), нитратредук-таза бактерий растений (гл. 10, разд. Е.2), бактериальная формиатдегидрогеназа (гл. 9, разд. В, 3) и нитрогеназа (данный раздел книги) — вот список известных ферментов, активность которых зависит от присутствия молибдена. [c.85]

Точный механизм участия молибдена в катализе неизвестен. Состояния Мо(1П) и Mo(V) парамагнитны, но легко регистрируемые ЭПР-сигналы отвечают лишь состоянию Mo(V). 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. Тем не менее заманчиво предположить, что присутствие молибдена в нитрогеназе связано со способностью Mo(VI) акцентировать три электрона с образованием Мо(П1). Два атома Мо(П1), отдавая далее по три электрона, могли бы доставить те шесть электронов, которые нужны для осуществления реакции (14-10). [c.86]

Перенося электроны, эти комплексы обратимо изменяют свои свойства (магнитные, оптические и др.). Роль переносчика электронов они выполняют, например, в нитрогеназе, пируватдегидроге-назе, а также при восстановлении метгемоглобина, гидроксилиро-вании стероидов и т. п. Предложенное для этих белков название ферродоксины отражает их способность передавать электроны. На одну молекулу белка приходится от одного до восьми атомов железа. Атомы (ионы) железа через цистеиновые остатки соединены с короткими полипептидными цепями белка. [c.366]

Ввиду огромного практического значения для сельского хозяйства очень большой интерес представляла бы разработка более эффективных неферментативных процессов фиксации азота. Предпринимались многочисленные попытки создать модель нитрогеназы, имитирующую природный биологический фермент. Например, смесь цистеина и молиб-дата натрия в отношении 1 1 обрабатывали таким восстанавливающим агентом, как МаВН4, считая, что в результате должен образоваться комплекс. содержащий Мо(1У). Этот комплекс должен был координационно связывать алкилнитрилы, способные восстанавливаться под действием NaBH4 на всех стадиях вплоть до алкена и аммиака [уравнение (14-11)]. [c.87]

Большой интерес представляют также попытки повысить эффективность биологической фиксации азота. Например, с помощью различных генетических манипуляций можно вызвать дерепрессию генов нитро-геназы. В результате выражение этих генов становится конститутивным (гл. 15, разд. Б, 1), а это дает возможность получать бактерии, способные фиксировать азот в почве или в клубеньках значительно быстрее, чем это делают природные штаммы. Обычно гены нитрогеназы репрессируются при накоплении в клетках глутамина, о чем подробнее говорится в разд. Б, 2. Гены азотфиксации обнаружены только в прокариотах. Важным достижением в области сельского хозяйства явилось бы осуществление переноса этих генов (с сохранением их функциональной активности) в зеленые растения (гл. 15, разд. 3. 4). [c.88]

В глобальном биогеохимическом цикле азота ведущая роль принадлежит массообмену между педосферой и атмосферой, поскольку протекающие в почвенном покрове процессы обеспечивают образование основных количеств доступных для растений форм азота. Связывание молекулярного азота осуществляется микроорганизмами семейства Azotoba tera ea, свободно обитающими или симбиотичными с некоторыми видами растений (в их числе - все представители семейства бобовых, ольха и др.). Эти бактерии, а также синезеленые водоросли, симбиотически связанные с грибами лишайников или с некоторыми видами папоротников, содержат в клетках энзим нитрогеназу, в состав которого входят атомы молибдена и железа. [c.62]

Помимо того, что она осуществляет синтез глутамина, глутаминсинтетаза имеет еще одну важную функцию. Активная глутаминсинтетаза (но не ее аденилилированная форма) связывается с промоторными участками ДНК (гл. 15, разд. Б, 1,6) и активирует транскрипцию целого ряда генов, в том числе гена нитрогеназы [25а, Ь]. Таким образом, когда содержание глутамина становится недостаточным, включается [c.92]

Обе р-ции катализирует Армент глутаминсинтетаза-аде-нилилтрансфераза. У бактерий и синезеленых водорослей Г., по-видимому, принимает также участие в регуляции синтеза ряда ферментов, в т. ч. нитрогеназы (см. Азотфиксация). [c.588]

Среди них присутствие в клетках клубеньков легоглобина — гем-содержащего белка, который встраивается в мембрану бактероида (увеличенная в размере бактериальная клетка, характеризующаяся наибольшей способностью к фиксации азота) и регулирует поступление кислорода. Легоглобин кодируется в геноме растительной клетки-хозяина, но его синтез начинается только после проникновения бактерий в эту клетку. У цианобактерий механизм защиты нитрогеназы от кислорода иной. Азотфиксация идет в гетероцистах, а фотосинтез — в обычных клетках. Поэтому кислород, вьщеляющийся в процессе фотосинтеза, не ингибирует фиксацию азота. Таким образом, введение только //-генов в какую-то растительную клетку не решает проблемы. Если нитрогеназа будет синтезироваться в этой клетке, в частности в клетках злаков, то она разрушится под действием кислорода, присутствующего в клетке. Кроме того, сама клетка, в которую переносят гены азотфиксации, может бьггь не приспособлена к синтезу и расходованию большого количества энергии, которое требуется для фиксации азота. [c.153]

В 1960 г. американские исследователи показали, что нитрогена-за сохраняет свою активность в бесклеточных экстрактах lostridium pasteurianum. Это послужило толчком для начала активных исследований биохимии азотфиксации, структуры и механизма действия нитрогеназы. К 1981 г. нитрогеназа была выделена из 36 видов микроорганизмов. Она считается одним из наиболее сложных ферментов, использующих простые субстраты. Кроме азота нитрогеназа может восстанавливать ацетилен, цианистый водород, закись азота и некоторые другие соединения. Восстановление ацетилена в этилен позволило разработать надежный тест для обнаружения азотфиксирующей активности. Непременное условие работы нитрогеназы — ее защита от кислорода, который ингибирует не только активность нитрогеназы, но и ее биосинтез. [c.151]

Рассматриваемые процессы имеют р.есьма большое практическое значение, изучены же они пока совершенно недостаточно и ведется в настоящее время интенсивное исследование. Интересно, что фермент нитрогеназа, необходимый для фиксации азота, как постепенно выясняется, тонко свя- [c.366]

Целью настоящей работы являлось исследование влияния параметров процесса культивирования азотфиксирующих бактерий vinelandii на величину нитрогеназиой активности трех штаммов (ИБ 1, ИБ 3, ИБ 4) этих бактерий. Указанные новые штаммы бактерий выделены из почвенных образцов пахотных земель, идентифицированы, депонированы в Коллекции микроорганизмов Института биологии УНЦ РАН и являются основой биоудобрений, обладающих фунгицидным действием против грибных фитопатогенов. [c.73]

В результате проведенных исследований установлено, что величина нитрогеназиой активности для исследованных микроорганизмов зависит от источника углерода в питательной среде. Наибольшая величина активности этого фермента была получена при использовании в качестве источника углерода маннита или сахарозы (0.61-0.66 мкг Кг/мл/ч). При выращивании бактерий Azotoba ter vinelandii на органических кислотах величина нитро-геназной активности для всех изучаемых штаммов оказалась на порядок ниже, чем при выращивании на сахарах (0.061-0.083 мкг М2/мл/ч). [c.73]

Химический энциклопедический словарь (1983) -- [ c.326 ]

Биохимия Том 3 (1980) -- [ c.61 , c.83 , c.84 , c.85 , c.86 , c.87 , c.92 , c.380 ]

Введение в химию природных соединений (2001) -- [ c.78 , c.79 , c.366 , c.367 ]

Молекулярная биотехнология принципы и применение (2002) -- [ c.308 , c.313 ]

Микробиология Издание 4 (2003) -- [ c.249 , c.328 ]

Биологическая химия (2002) -- [ c.386 ]

Большой энциклопедический словарь Химия изд.2 (1998) -- [ c.326 ]

Молекулярная биология клетки Том5 (1987) -- [ c.179 ]

Общая микробиология (1987) -- [ c.131 , c.132 , c.358 , c.380 , c.398 , c.399 , c.400 , c.401 ]

Основы биологической химии (1970) -- [ c.332 , c.423 ]

Методы и достижения бионеорганической химии (1978) -- [ c.12 , c.231 , c.233 , c.234 , c.260 , c.263 , c.264 , c.268 , c.271 , c.294 , c.297 , c.315 , c.320 , c.325 , c.326 ]

Неорганическая химия (1987) -- [ c.591 ]

Биохимия растений (1968) -- [ c.595 ]

Микробиология (2006) -- [ c.213 ]

Биология Том3 Изд3 (2004) -- [ c.283 , c.398 ]

Молекулярная биология клетки Т.3 Изд.2 (1994) -- [ c.407 ]

Жизнь зеленого растения (1983) -- [ c.211 , c.217 , c.218 ]

Микробиология Изд.2 (1985) -- [ c.213 , c.295 ]

Физиология растений Изд.3 (1988) -- [ c.338 ]

Физиология растений (1989) -- [ c.227 , c.228 ]

Физиология растений (1980) -- [ c.173 ]

Молекулярная биология клетки Т.3 Изд.2 (1994) -- [ c.407 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология