1.2.2 Будова нитрогеназной системи
Характерною особливістю азотобактера є його здатністю поряд з пов'язаними формами азоту усваіватся молекулярний азот. Розмір азотонакопленія залежить насамперед від властивостей того чи іншого штаму азотобактера. За цією ознакою розрізняються активні і пасивні культури. У деяких випадках під впливом несприятливих умов середовища азотобактер може втрачати здатність засвоювати молекулярний азот (Мішустін, Емцов, 1987).
Більшість культур азотобактера засвоює не більше 10 мг молекулярного азоту на 1 г спожитого джерела вуглецю. Окремі штами Az. chroococcum фіксували до 15 мг азоту на 1 г використаної глюкози (Мішустін, Емцов, 1987).
Молекула атмосферного азоту дуже інертна, для розриву 3-х її хімічних зв'язків необхідно затратити 225 ккал / моль.
При промисловому одержанні аміаку з N 2 витрачається велика кількість енергії, навіть у присутності каталізаторів потрібно підвищення температури до +500? С і тиск до 300-350 атм., В той час як всі процеси азотофіксації в клітці, йдуть при фізіологічних значеннях температури, низьких тисках і без забруднення середовища проживання. Біохімічний механізм фіксації молекулярного азоту повітря подібний у всіх діазотрофи. В основі його лежить процес відновлення N 2 за рівнянням:
N 2 +6 e - +6 H +? 2NH 3
Реакція ця в клітці проходить за участю ферменту нітрогенази, розташованого на внутрішніх клітинних мембранах. Крім того, для фіксації N 2 необхідні сильні відновники (потік електронів), АТФ і Mg 2 + (Глік, Пастернак, 2002).
Нітрогеназа - складний ферментативний ансамбль, що складається з комплексу двох білків: Mo-Fe-білка (молібдоферредоксін) і Fe-білка (азотоферредоксіна). Mo-Fe-білок - це тетрамер, що містить 2 атома молібдену, негемове залізо і лабільний сульфід. Fe-білок є димером, теж містить негемове залізо і лабільний сульфід (Анісімова, 1986).
У процесі фіксації АТФ взаємодіє з азоферредоксіном. При цьому виділяється АДФ, а азоферредоксін зазнає конформаційну перебудову, внаслідок чого його окислювально-відновний потенціал знижується з - 280 до - 400 мВ. Азоферредоксін стає сильним відновником, зраджує електрони на молібдоферредоксін, де і здійснюється відновлення N 2 до NH 3. Сумарно процес фіксації азоту можна виразити реакцією
N 2 +6 e - +12 АТФ +12 Н 2 О - 2NH 4 + +12 АДФ +12 Н 3 РО 4 +4 Н +
Нітрогеназа володіє широкою субстратної специфічністю, крім азоту вона може відновлювати ціаніди, закис азоту, ацетилен і ін
Нітрогеназа за участю АТФ каталізує також відновлення іонів водню з утворенням молекулярного водню (Lin, Stewart, 1998).
Нітрогеназа - анаеробний фермент, інактивується у присутності кисню повітря. Він пошкоджує обидва білка, хоча найбільш чутливий до нього Fe-білок. Чутливість білків нітрогенази до О 2 визначається головним чином чутливістю їх металоцентрів, що беруть участь у зв'язуванні субстрату і перенесення електронів. При взаємодії нітрогенази з О 2 може відбуватися 4-х ступеневу відновлення О 2 з утворенням супероксида, Н 2 О 2 і синглетного кисню. Ферредоскіни і флаводоксіни, що переносять електрони на нитрогеназа також можуть поддвергаться незворот...
