stringtranslate.com

Нитрогеназа

Нитрогеназы — это ферменты ( EC 1.18.6.1 EC 1.19.6.1), которые вырабатываются некоторыми бактериями , такими как цианобактерии (сине-зеленые бактерии) и ризобактерии . Эти ферменты отвечают за восстановление азота (N 2 ) до аммиака (NH 3 ). Нитрогеназы — единственное семейство ферментов, которые, как известно, катализируют эту реакцию, которая является шагом в процессе фиксации азота . Фиксация азота необходима для всех форм жизни, причем азот необходим для биосинтеза молекул ( нуклеотидов , аминокислот ) , которые создают растения, животных и другие организмы. Они кодируются генами Nif или гомологами . Они связаны с протохлорофиллидредуктазой .

Классификация и структура

Хотя равновесное образование аммиака из молекулярного водорода и азота имеет общую отрицательную энтальпию реакции ( ), энергия активации очень высока ( ). [1] Нитрогеназа действует как катализатор , снижая этот энергетический барьер таким образом, что реакция может происходить при температуре окружающей среды.

Обычная сборка состоит из двух компонентов:

  1. Гомодимерный железосодержащий белок , редуктаза , обладающая высокой восстановительной способностью и отвечающая за поставку электронов.
  2. Гетеротетрамерный белок MoFe, нитрогеназа , которая использует предоставленные электроны для восстановления N 2 до NH 3 . В некоторых сборках он заменяется гомологичной альтернативой.
Структура кофактора FeMo , показывающая места связывания с нитрогеназой (аминокислоты cys и his).

Редуктаза

Белок Fe, динитрогеназа-редуктаза или NifH, представляет собой димер идентичных субъединиц, который содержит один кластер [Fe 4 S 4 ] и имеет массу приблизительно 60-64 кДа. [2] Функция белка Fe заключается в переносе электронов от восстановителя , такого как ферредоксин или флаводоксин, к белку нитрогеназе. Ферредоксин или флаводоксин может быть восстановлен одним из шести механизмов: 1. пируват :ферредоксин оксидоредуктазой , 2. двунаправленной гидрогеназой , 3. в фотосинтетическом реакционном центре , 4. путем сопряжения потока электронов с рассеиванием движущей силы протонов , 5. путем бифуркации электронов или 6. ферредоксин :НАДФН оксидоредуктазой . [3] Перенос электронов требует ввода химической энергии, которая возникает при связывании и гидролизе АТФ . Гидролиз АТФ также вызывает конформационные изменения в комплексе нитрогеназы, приближая белок Fe и белок MoFe друг к другу для более легкого переноса электронов. [4]

Нитрогеназа

Белок MoFe представляет собой гетеротетрамер, состоящий из двух α-субъединиц и двух β-субъединиц, с массой приблизительно 240-250 кДа. [2] Белок MoFe также содержит два железо-серных кластера , известных как P-кластеры, расположенные на границе между α- и β-субъединицами, и два кофактора FeMo внутри α-субъединиц. Ранее считалось, что степень окисления Mo в этих нитрогеназах составляет Mo(V), но более поздние данные свидетельствуют о наличии Mo(III). [5] (Молибден в других ферментах обычно связан с молибдоптерином как полностью окисленный Mo(VI)).

Электроны из белка Fe попадают в белок MoFe в P-кластерах, которые затем передают электроны кофакторам FeMo. Каждый кофактор FeMo затем действует как место для фиксации азота, при этом N 2 связывается в центральной полости кофактора.

Вариации

Белок MoFe может быть заменен альтернативными нитрогеназами в средах с низким содержанием кофактора Mo. Известны два типа таких нитрогеназ: ванадий-железный (VFe; Vnf ) и железо-железный (FeFe; Anf ). Оба образуют сборку из двух α-субъединиц, двух β-субъединиц и двух δ- (иногда γ)-субъединиц. Дельта-субъединицы гомологичны друг другу, а альфа- и бета-субъединицы сами гомологичны тем, что обнаружены в нитрогеназе MoFe. Генные кластеры также гомологичны, и эти субъединицы в некоторой степени взаимозаменяемы. Все нитрогеназы используют похожий кластер ядра Fe-S, а вариации происходят в металле-кофакторе. [6] [7]

Нитрогеназа Anf в Azotobacter vinelandii организована в опероне anfHDGKOR . Этот оперон все еще требует некоторых генов Nif для функционирования. Был сконструирован сконструированный минимальный 10-генный оперон, который включает эти дополнительные существенные гены. [8]

Механизм

Нитрогеназа с выделенными каталитическими участками. Внутри каждого фермента нитрогеназы есть два набора каталитических участков.
Нитрогеназа с одним набором металлических кластеров увеличена. Электроны перемещаются из кластера Fe-S (желтый) в кластер P (красный) и заканчиваются в FeMo-co (оранжевый).

Общий механизм

Каталитические участки в нитрогеназе. Атомы окрашены в соответствии с элементом. Верхний: кластер Fe-S Средний: кластер P Нижний: FeMo-co

Нитрогеназа — это фермент, отвечающий за катализ азотфиксации , которая представляет собой восстановление азота (N 2 ) до аммиака (NH 3 ) и процесс, жизненно важный для поддержания жизни на Земле. [9] Существует три типа нитрогеназы, обнаруженных в различных азотфиксирующих бактериях: молибденовая (Mo) нитрогеназа, ванадиевая (V) нитрогеназа и нитрогеназа, содержащая только железо (Fe). [10] Молибденовая нитрогеназа, которая встречается в диазотрофах, таких как бобовые ризобии , [11] [12] является наиболее изученной и, таким образом, наиболее хорошо охарактеризованной нитрогеназой. [10] Ванадийнитрогеназа и нитрогеназа, содержащая только железо, могут быть обнаружены в некоторых видах Azotobacter в качестве альтернативной нитрогеназы. [11] [13] Уравнения 1 и 2 показывают сбалансированные реакции азотфиксации в молибденовой нитрогеназе и ванадиевой нитрогеназе соответственно.

Все нитрогеназы представляют собой двухкомпонентные системы, состоящие из Компонента I (также известного как динитрогеназа) и Компонента II (также известного как динитрогеназа-редуктаза). Компонент I представляет собой белок MoFe в молибденовой нитрогеназе, белок VFe в ванадиевой нитрогеназе и белок Fe в железосодержащей нитрогеназе. [9] Компонент II представляет собой белок Fe, содержащий кластер Fe-S, который переносит электроны в Компонент I. [13] Компонент I содержит 2 металлических кластера: P-кластер и кофактор FeMo (FeMo-co). Mo заменяется на V или Fe в ванадиевой нитрогеназе и железосодержащей нитрогеназе соответственно. [9] [15] Во время катализа гидролизуются 2 эквивалента MgATP, что помогает снизить потенциал кластера Fe-S и запустить восстановление P-кластера, а затем и FeMo-co, где происходит восстановление N 2 до NH 3 .

Кинетическая модель Лоу-Торнели

Восстановление азота до двух молекул аммиака осуществляется в FeMo-co компонента I после последовательного добавления эквивалентов протона и электрона из компонента II. [9] Измерения кинетики стационарного состояния , замораживания-охлаждения и остановленного потока , проведенные в 70-х и 80-х годах Лоу, Торнели и другими, обеспечили кинетическую основу для этого процесса. [16] [17] Кинетическая модель Лоу-Торнели (LT) была разработана на основе этих экспериментов и документирует восемь коррелированных переносов протона и электрона, необходимых на протяжении всей реакции. [9] [16] [17] Каждая промежуточная стадия изображена как E n , где n = 0–8, что соответствует числу переданных эквивалентов. Перед продуктивным добавлением N 2 требуется перенос четырех эквивалентов , хотя реакция E 3 с N 2 также возможна. [16] Примечательно, что восстановление азота требует 8 эквивалентов протонов и электронов, а не 6 эквивалентов, предсказанных сбалансированной химической реакцией. [18]

Промежуточные E0через Е4

Спектроскопическая характеристика этих промежуточных продуктов позволила лучше понять восстановление азота нитрогеназой, однако механизм остается активной областью исследований и дискуссий. Ниже кратко перечислены спектроскопические эксперименты для промежуточных продуктов до добавления азота:

E 0 – Это состояние покоя фермента перед началом катализа. Характеристика ЭПР показывает, что этот вид имеет спин 3 / 2 . [19]

E 1 – Одноэлектронный восстановленный промежуточный продукт был захвачен во время оборота под действием N 2. Мессбауэровская спектроскопия захваченного промежуточного продукта показывает , что FeMo-co имеет целый спин больше 1. [20]

Кинетическая модель Лоу-Торнели для восстановления азота до аммиака нитрогеназой.

E 2 – Предполагается, что этот промежуточный продукт содержит кластер металла в состоянии покоя окисления с двумя добавленными электронами, хранящимися в мостиковом гидриде , и дополнительным протоном , связанным с атомом серы. Выделение этого промежуточного продукта в мутировавших ферментах показывает, что FeMo-co имеет высокий спин и спин 3 / 2. [21]

E 3 – Предполагается, что этот промежуточный продукт представляет собой однократно восстановленный FeMo-co с одним мостиковым гидридом и одним гидридом. [9]

E 4 – Названный промежуточным Янусом в честь римского бога переходов , этот промежуточный продукт располагается ровно после половины переносов электронов и протонов и может либо распадаться обратно до E 0 , либо продолжать связывание азота и завершать каталитический цикл. Предполагается, что этот промежуточный продукт содержит FeMo-co в его состоянии покоя окисления с двумя мостиковыми гидридами и двумя связанными с серой протонами. [9] Этот промежуточный продукт был впервые обнаружен с использованием методов замораживания-охлаждения с мутировавшим белком, в котором остаток 70, аминокислота валин, заменена изолейцином. [22] Эта модификация предотвращает доступ субстрата к FeMo-co. Характеристика ЭПР этого изолированного промежуточного продукта показывает новый вид со спином ½. Эксперименты ENDOR предоставили информацию о структуре этого промежуточного продукта, выявив присутствие двух мостиковых гидридов. [22] 95 Mo и 57 Fe ENDOR показывают, что гидриды образуют мостики между двумя железными центрами. [23] Криоотжиг захваченного промежуточного продукта при -20 °C приводит к последовательной потере двух эквивалентов водорода при релаксации, доказывая, что изолированный промежуточный продукт соответствует состоянию E 4 . [9] Распад E 4 до E 2 + H 2 и, наконец, до E 0 и 2H 2 подтвердил сигнал ЭПР , связанный с промежуточным продуктом E 2 . [9]

Вышеуказанные промежуточные продукты предполагают, что металлический кластер циклически переходит между исходным состоянием окисления и однократно восстановленным состоянием с дополнительными электронами, хранящимися в гидридах. В качестве альтернативы было предложено, что каждый шаг включает образование гидрида и что металлический кластер фактически циклически переходит между исходным состоянием окисления и однократно окисленным состоянием. [9]

Дистальные и альтернативные пути для N2фиксация

Дистальные и альтернативные механистические пути фиксации азота в нитрогеназе.

В то время как механизм фиксации азота до комплекса Janus E 4 в целом согласован, в настоящее время существуют две гипотезы относительно точного пути во второй половине механизма: «дистальный» и «альтернирующий» путь. [9] [24] [25] В дистальном пути сначала гидрогенизируется конечный азот, выделяется аммиак, затем гидрогенизируется азот, напрямую связанный с металлом. В альтернативном пути один водород добавляется к конечному азоту, затем один водород добавляется к азоту, напрямую связанному с металлом. Эта чередующаяся схема продолжается до тех пор, пока не выделится аммиак. [9] [24] [25] Поскольку каждый путь благоприятствует уникальному набору промежуточных продуктов, попытки определить, какой путь является правильным, как правило, были сосредоточены на изоляции указанных промежуточных продуктов, таких как нитридо в дистальном пути, [26] и диазен и гидразин в альтернативном пути. [9] Попытки выделить промежуточные продукты в самой нитрогеназе до сих пор не увенчались успехом, но использование модельных комплексов позволило выделить промежуточные продукты, которые поддерживают обе стороны в зависимости от используемого металлического центра. [9] Исследования с Mo , как правило, указывают на дистальный путь, тогда как исследования с Fe, как правило, указывают на альтернативный путь. [9] [24] [25] [27] [28]

Конкретная поддержка дистального пути в основном исходит из работы Шрока и Чатта, которые успешно изолировали нитридокомплекс, используя Mo в качестве металлического центра в модельном комплексе. [26] [29] Конкретная поддержка альтернативного пути исходит из нескольких исследований. Было показано, что кластеры моделей, содержащие только железо, каталитически восстанавливают N 2 . [27] [28] Было также показано, что небольшие кластеры вольфрама следуют альтернативному пути фиксации азота. [30] Нитрогеназа ванадия выделяет гидразин, промежуточное соединение, специфичное для альтернативного механизма. [9] [31] Однако отсутствие охарактеризованных промежуточных соединений в самом нативном ферменте означает, что ни один из путей не был окончательно доказан. Кроме того, было обнаружено, что вычислительные исследования поддерживают обе стороны, в зависимости от того, предполагается ли, что участок реакции находится на Mo (дистальный) или на Fe (альтернирующий) в кофакторе MoFe. [9] [24] [25]

Механизм связывания MgATP

Связывание MgATP является одним из центральных событий, происходящих в механизме, используемом нитрогеназой. Гидролиз терминальной фосфатной группы MgATP обеспечивает энергию, необходимую для переноса электронов от белка Fe к белку MoFe. [32] Связывающие взаимодействия между фосфатными группами MgATP и аминокислотными остатками белка Fe хорошо изучены путем сравнения с аналогичными ферментами, в то время как взаимодействия с остальной частью молекулы более неуловимы из-за отсутствия кристаллической структуры белка Fe со связанным MgATP (по состоянию на 1996 год). [33] Было показано, что три белковых остатка имеют значительные взаимодействия с фосфатами. [16] В отсутствие MgATP солевой мостик существует между остатком 15, лизином , и остатком 125, аспарагиновой кислотой . [33] При связывании этот солевой мостик прерывается. Сайт-специфический мутагенез продемонстрировал, что при замене лизина на глутамин сродство белка к MgATP значительно снижается [34] , а при замене лизина на аргинин MgATP не может связываться из-за слишком сильного солевого мостика. [35] Необходимость конкретно аспарагиновой кислоты в сайте 125 была показана путем наблюдения измененной реактивности при мутации этого остатка в глутаминовую кислоту . [36] Было показано, что остаток 16, серин, связывает MgATP. Сайт-специфический мутагенез был использован для демонстрации этого факта. [36] Это привело к модели, в которой серин остается координированным с ионом Mg2 + после гидролиза фосфата, чтобы облегчить его ассоциацию с другим фосфатом теперь уже молекулы АДФ. [37] Связывание MgATP также вызывает значительные конформационные изменения в белке Fe. [16] Для создания мутантов, в которых MgATP связывается, но не вызывает конформационных изменений, использовался сайт-направленный мутагенез. [38] Сравнение данных рентгеновского рассеяния в мутантах с белком дикого типа привело к выводу, что весь белок сокращается при связывании MgATP, с уменьшением радиуса примерно на 2,0 Å. [38]

Другие механистические детали

Многие механистические аспекты катализа остаются неизвестными. Кристаллографический анализ субстрата, связанного с нитрогеназой, не проводился.

Нитрогеназа способна восстанавливать ацетилен, но ингибируется оксидом углерода, который связывается с ферментом и тем самым предотвращает связывание диазота. Диназот предотвращает связывание ацетилена, но ацетилен не ингибирует связывание диазота и требует только одного электрона для восстановления до этилена . [39] Из-за окислительных свойств кислорода большинство нитрогеназ необратимо ингибируются дикислородом , который деградативно окисляет кофакторы Fe-S. [ необходима цитата ] Это требует механизмов для азотфиксаторов, чтобы защитить нитрогеназу от кислорода in vivo . Несмотря на эту проблему, многие используют кислород в качестве конечного акцептора электронов для дыхания. [ необходима цитата ] Хотя способность некоторых азотфиксаторов, таких как Azotobacteraceae, использовать кислородонеустойчивую нитрогеназу в аэробных условиях была приписана высокой скорости метаболизма , что позволяет восстанавливать кислород на клеточной мембране , эффективность такого механизма была поставлена ​​под сомнение при концентрации кислорода выше 70 мкМ (концентрация в окружающей среде составляет 230 мкМ O 2 ), а также при дополнительных ограничениях питательных веществ. [40] Молекула, обнаруженная в азотфиксирующих клубеньках бобовых растений, леггемоглобин , которая может связываться с дикислородом через простетическую группу гема , играет решающую роль в буферизации O 2 в активном центре нитрогеназы, одновременно обеспечивая эффективное дыхание. [41]

Неспецифические реакции

В дополнение к восстановлению диазота, нитрогеназы также восстанавливают протоны до дигидрогена , то есть нитрогеназа также является дегидрогеназой . Список других реакций, осуществляемых нитрогеназами, приведен ниже: [42] [43]

HC≡CH → H2C = CH2​
Н – =Н + = О → Н2 + Н2О
Н=Н=Н – → Н2 + NH3
С≡Н−→ CH 4 , NH 3 , H 3 C–CH 3 , H 2 C=CH 2 (CH 3 NH 2 )
N≡C–R → RCH3 + NH3
C≡N – R → CH4 , H3C – CH3 , H2C = CH2 , C3H8 , C3H6 , RNH2​​​
O=C=S → CO + H 2 S [44] [45]
О=С=О → СО + Н2О [ 44 ]
S=C=N – → H 2 S + HCN [45]
O=C=N – → H 2 O + HCN , CO + NH 3 [45]

Кроме того, дигидроген действует как конкурентный ингибитор [46] , оксид углерода действует как неконкурентный ингибитор [42] [ 43] , а дисульфид углерода действует как быстродействующий равновесный ингибитор [44] нитрогеназы.

Было также показано, что ванадиевые нитрогеназы катализируют превращение CO в алканы посредством реакции, сопоставимой с синтезом Фишера-Тропша .

Организмы, синтезирующие нитрогеназу

Существует два типа бактерий, которые синтезируют нитрогеназу и необходимы для фиксации азота. Это:

Сходство с другими белками

Три субъединицы нитрогеназы демонстрируют значительное сходство последовательностей с тремя субъединицами светонезависимой версии протохлорофиллидредуктазы , которая осуществляет преобразование протохлорофиллида в хлорофилл . Этот белок присутствует в голосеменных , водорослях и фотосинтезирующих бактериях, но был утрачен покрытосеменными в ходе эволюции. [47]

Отдельно, две из субъединиц нитрогеназы (NifD и NifH) имеют гомологов в метаногенах , которые не фиксируют азот, например Methanocaldococcus jannaschii . [48] Мало что известно о функции этих генов nif "класса IV", [49] хотя они встречаются во многих метаногенах. Известно, что у M. jannaschii они взаимодействуют друг с другом и конститутивно экспрессируются. [48]

Измерение активности нитрогеназы

Как и во многих анализах активности ферментов, можно оценить активность нитрогеназы, измерив скорость превращения субстрата (N 2 ) в продукт (NH 3 ). Поскольку NH 3 участвует в других реакциях в клетке, часто желательно пометить субстрат 15 N, чтобы обеспечить учет или «баланс массы» добавленного субстрата. Более распространенный анализ, анализ восстановления ацетилена или ARA, оценивает активность нитрогеназы, используя способность фермента восстанавливать ацетиленовый газ до этиленового газа. Эти газы легко количественно определяются с помощью газовой хроматографии. [50] Хотя впервые он использовался в лабораторных условиях для измерения активности нитрогеназы в экстрактах клеток Clostridium pasteurianum , ARA применялся в широком спектре тестовых систем, включая полевые исследования, где другие методы трудно применить. Например, ARA успешно использовался для демонстрации того, что бактерии, связанные с корнями риса, подвергаются сезонным и суточным ритмам активности нитрогеназы, которые, по-видимому, контролируются растением. [51]

К сожалению, преобразование данных из анализов нитрогеназы в фактические моли восстановленного N 2 (особенно в случае ARA) не всегда прямолинейно и может либо недооценивать, либо переоценивать истинную скорость по разным причинам. Например, H 2 конкурирует с N 2 , но не с ацетиленом за нитрогеназу (что приводит к переоценке нитрогеназы ARA). Анализы на основе бутылок или камер могут оказывать негативное воздействие на микробные системы в результате сдерживания или нарушения микросреды при обращении, что приводит к недооценке нитрогеназы. Несмотря на эти недостатки, такие анализы очень полезны для оценки относительных скоростей или временных закономерностей в активности нитрогеназы.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Modak JM (2002). «Процесс Хабера для синтеза аммиака». Resonance . 7 (9): 69–77. doi :10.1007/bf02836187. S2CID  195305228.
  2. ^ ab Burges BK, Lowe DJ (1996). «Механизм нитрогеназы молибдена». Chemical Reviews . 96 (7): 2983–3011. doi :10.1021/cr950055x. PMID  11848849.
  3. ^ Alleman AB, Peters JW (2023). «Механизмы генерации электронов с низким потенциалом в метаболическом разнообразии азотфиксирующих бактерий». Appl Environ Microbiol . 89 (5): e00378-23. doi :10.1128/aem.00378-23. PMC 10231201. PMID 37154716  . 
  4. ^ Lawson DM, Smith BE (2002). «Молибденовые нитрогеназы: кристаллографический и механистический взгляд». Ионы металлов в биологических системах . 39 : 75–119. PMID  11913144.
  5. ^ Бьорнссон Р., Дельгадо-Хайме М.Ю., Лима Ф.А., Сиппель Д., Шлезье Дж., Вейхермюллер Т., Эйнсле О., Низ Ф., ДеБир С. (2015). «Молибденовые L-краевые XAS-спектры нитрогеназы MoFe». Z Анорг Allg Chem . 641 (1): 65–71. дои : 10.1002/zaac.201400446. ПМЦ 4510703 . ПМИД  26213424. 
  6. ^ Hales BJ (2004). "Vanadium Nitrogenase". Катализаторы для фиксации азота: нитрогеназы, соответствующие химические модели и коммерческие процессы . Springer Netherlands. стр. 255–279. doi :10.1007/978-1-4020-3611-8_10. ISBN 978-1-4020-3611-8.
  7. ^ Шнайдер К, Мюллер А (2004). «Нитрогеназа только на основе железа: исключительные каталитические, структурные и спектроскопические особенности». Катализаторы для фиксации азота: нитрогеназы, соответствующие химические модели и коммерческие процессы . Springer Netherlands. стр. 281–307. doi :10.1007/978-1-4020-3611-8_11. ISBN 978-1-4020-3611-8.
  8. ^ Yang J, Xie X, Wang X, Dixon R, Wang YP (сентябрь 2014 г.). «Реконструкция и минимальные требования к генам для альтернативной нитрогеназы, содержащей только железо, в Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (35): E3718-25. Bibcode : 2014PNAS..111E3718Y. doi : 10.1073/pnas.1411185111 . PMC 4156695. PMID  25139995 . 
  9. ^ abcdefghijklmnopqr Хоффман БМ, Лукоянов Д, Янг ЗЙ, Дин ДР, Зеефельдт ЛК (апрель 2014). «Механизм фиксации азота нитрогеназой: следующий этап». Chemical Reviews . 114 (8): 4041–62. doi :10.1021/cr400641x. PMC 4012840 . PMID  24467365. 
  10. ^ ab Peters JW, Szilagyi RK (апрель 2006 г.). «Исследование новых границ структуры и механизма нитрогеназы». Current Opinion in Chemical Biology . Биоорганическая химия / Биокатализ и биотрансформация. 10 (2): 101–8. doi :10.1016/j.cbpa.2006.02.019. PMID  16510305.
  11. ^ ab Rubio LM, Ludden PW (2008). «Биосинтез железо-молибденового кофактора нитрогеназы». Annual Review of Microbiology . 62 (1): 93–111. doi : 10.1146/annurev.micro.62.081307.162737 . PMID  18429691.
  12. ^ Franche C, Lindström K, Elmerich C (декабрь 2008 г.). «Азотофиксирующие бактерии, связанные с бобовыми и небобовыми растениями». Plant and Soil . 321 (1–2): 35–59. doi :10.1007/s11104-008-9833-8. ISSN  0032-079X. S2CID  10892514.
  13. ^ ab Schneider K, Müller A (январь 2004). Smith BE, Richards RL, Newton WE (ред.). Катализаторы для фиксации азота . Фиксация азота: происхождение, применение и прогресс в исследованиях. Springer Netherlands. стр. 281–307. doi :10.1007/978-1-4020-3611-8_11. ISBN 978-90-481-6675-6.
  14. ^ Sippel D, Einsle O (2017-07-10). «Структура ванадиевой нитрогеназы обнаруживает необычный мостиковый лиганд». Nature Chemical Biology . 13 (9): 956–960. doi :10.1038/nchembio.2428. PMC 5563456. PMID  28692069 . 
  15. ^ Шмидт, Фредерик В.; Шульц, Лука; Зажицкий, Ян; Принц, Симона; Оэльманн, Нильс Н.; Эрб, Тобиас Дж.; Ребелейн, Йоханнес Г. (2023-12-07). "Структурное понимание комплекса нитрогеназы железа". Nature Structural & Molecular Biology : 1–9. doi : 10.1038/s41594-023-01124-2 . ISSN  1545-9985. PMC 10803253 . 
  16. ^ abcde Burgess BK, Lowe DJ (ноябрь 1996). "Механизм нитрогеназы молибдена". Chemical Reviews . 96 (7): 2983–3012. doi :10.1021/cr950055x. PMID  11848849.
  17. ^ ab Wilson PE, Nyborg AC, Watt GD (июль 2001 г.). «Дублирование и расширение кинетической модели Торнели и Лоу для катализа нитрогеназы Klebsiella pneumoniae с использованием программной платформы MATHEMATICA». Биофизическая химия . 91 (3): 281–304. doi :10.1016/S0301-4622(01)00182-X. PMID  11551440.
  18. ^ Simpson FB, Burris RH (июнь 1984). «Давление азота в 50 атмосфер не препятствует выделению водорода нитрогеназой». Science . 224 (4653): 1095–7. Bibcode :1984Sci...224.1095S. doi :10.1126/science.6585956. PMID  6585956.
  19. ^ Barney BM, Lee HI, Dos Santos PC, Hoffman BM, Dean DR, Seefeldt LC (май 2006 г.). «Разрыв тройной связи N2: понимание механизма нитрогеназы». Dalton Transactions (19): 2277–84. doi :10.1039/B517633F. PMID  16688314.
  20. ^ Yoo SJ, Angove HC, Papaefthymiou V, Burgess BK, Münck E (май 2000 г.). «Мессбауэровское исследование белка MoFe нитрогеназы из Azotobacter vinelandii с использованием селективного обогащения M-центров 57Fe». Журнал Американского химического общества . 122 (20): 4926–4936. doi :10.1021/ja000254k.
  21. ^ Лукоянов Д., Барни Б. М., Дин Д. Р., Зеефельдт Л. К., Хоффман Б. М. (январь 2007 г.). «Связывание промежуточных продуктов нитрогеназы с кинетической схемой восстановления N2 с помощью протокола релаксации и идентификация состояния связывания N2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (5): 1451–5. Bibcode : 2007PNAS..104.1451L. doi : 10.1073/pnas.0610975104 . PMC 1785236. PMID  17251348 . 
  22. ^ ab Igarashi RY, Laryukhin M, Dos Santos PC, Lee HI, Dean DR, Seefeldt LC, Hoffman BM (май 2005 г.). «Улавливание H-, связанного с активным сайтом FeMo-кофактора нитрогеназы во время эволюции H2: характеристика с помощью спектроскопии ENDOR». Журнал Американского химического общества . 127 (17): 6231–41. doi :10.1021/ja043596p. PMID  15853328.
  23. ^ Doan PE, Telser J, Barney BM, Igarashi RY, Dean DR, Seefeldt LC, Hoffman BM (ноябрь 2011 г.). «57Fe ENDOR-спектроскопия и анализ «электронного инвентаря» промежуточного продукта нитрогеназы E4 предполагают, что металл-ионное ядро ​​FeMo-кофактора циклически проходит только через одну окислительно-восстановительную пару». Журнал Американского химического общества . 133 (43): 17329–40. doi :10.1021/ja205304t. PMC 3232045. PMID  21980917 . 
  24. ^ abcd Neese F (декабрь 2005 г.). «Цикл Яндулова/Шрока и реакция нитрогеназы: пути фиксации азота, изученные с помощью теории функционала плотности». Angewandte Chemie . 45 (2): 196–9. doi :10.1002/anie.200502667. PMID  16342309.
  25. ^ abcd Hinnemann B, Nørskov JK (2008). "Катализ ферментами: биологический синтез аммиака". Темы катализа . 37 (1): 55–70. doi :10.1007/s11244-006-0002-0. S2CID  93357657.
  26. ^ ab Schrock RR (декабрь 2005 г.). «Каталитическое восстановление диазота до аммиака на одном молибденовом центре». Accounts of Chemical Research . 38 (12): 955–62. doi :10.1021/ar0501121. PMC 2551323. PMID  16359167 . 
  27. ^ ab Rodriguez MM, Bill E, Brennessel WW, Holland PL (ноябрь 2011 г.). "Восстановление N₂ и гидрирование до аммиака молекулярным железо-калиевым комплексом". Science . 334 (6057): 780–3. Bibcode :2011Sci...334..780R. doi :10.1126/science.1211906. PMC 3218428 . PMID  22076372. 
  28. ^ ab Anderson JS, Rittle J, Peters JC (сентябрь 2013 г.). «Каталитическое преобразование азота в аммиак с помощью модельного комплекса железа». Nature . 501 (7465): 84–7. Bibcode :2013Natur.501...84A. doi :10.1038/nature12435. PMC 3882122 . PMID  24005414. 
  29. ^ Чатт Дж., Дилворт Дж. Р., Ричардс Р. Л. (1978). «Последние достижения в химии азотфиксации». Chem. Rev. 78 ( 6): 589–625. doi :10.1021/cr60316a001.
  30. ^ Murakami J, Yamaguchi W (2012-05-14). "Восстановление N2 поддерживаемыми кластерами вольфрама дает модель процесса нитрогеназой". Scientific Reports . 2 : 407. Bibcode :2012NatSR...2E.407M. doi :10.1038/srep00407. PMC 3350986 . PMID  22586517. 
  31. ^ Dilworth MJ, Eady RR (июль 1991). «Гидразин — это продукт восстановления диазота ванадиевой нитрогеназой из Azotobacter chroococcum». The Biochemical Journal . 277 (2): 465–8. doi :10.1042/bj2770465. PMC 1151257. PMID  1859374 . 
  32. ^ Hageman RV, Burris RH (июнь 1978). «Нитрогеназа и нитрогеназа-редуктаза ассоциируются и диссоциируют с каждым каталитическим циклом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 75 (6): 2699–702. Bibcode :1978PNAS...75.2699H. doi : 10.1073/pnas.75.6.2699 . PMC 392630. PMID  275837 . 
  33. ^ ab Georgiadis MM, Komiya H, Chakrabarti P, Woo D, Kornuc JJ, Rees DC (сентябрь 1992 г.). «Кристаллографическая структура белка железа нитрогеназы из Azotobacter vinelandii». Science . 257 (5077): 1653–9. Bibcode :1992Sci...257.1653G. doi :10.1126/science.1529353. PMID  1529353.
  34. ^ Seefeldt LC, Morgan TV, Dean DR, Mortenson LE (апрель 1992 г.). «Картирование сайта(ов) взаимодействия MgATP и MgADP с нитрогеназой Azotobacter vinelandii. Лизин 15 белка железа играет важную роль во взаимодействии MgATP». Журнал биологической химии . 267 (10): 6680–8. doi : 10.1016/S0021-9258(19)50480-X . PMID  1313018.
  35. ^ Ryle MJ, Lanzilotta WN, Mortenson LE, Watt GD, Seefeldt LC (июнь 1995 г.). «Доказательства центральной роли лизина 15 железного белка нитрогеназы Azotobacter vinelandii в связывании нуклеотидов и конформационных изменениях белка». Журнал биологической химии . 270 (22): 13112–7. doi : 10.1074/jbc.270.22.13112 . PMID  7768906.
  36. ^ ab Wolle D, Dean DR, Howard JB (ноябрь 1992 г.). «Передача сигнала кластера нуклеотидов-железо-сера в железо-белке нитрогеназы: роль Asp125». Science . 258 (5084): 992–5. Bibcode :1992Sci...258..992W. doi :10.1126/science.1359643. PMID  1359643.
  37. ^ Кон, Милдред; Хьюз, Томас Р. (1962). «Спектры ядерного магнитного резонанса ди- и трифосфата аденозина». Журнал биологической химии . 237 : 176–181. doi : 10.1016/S0021-9258(18)81382-5 .
  38. ^ ab Chen L, Gavini N, Tsuruta H, Eliezer D, Burgess BK, Doniach S, Hodgson KO (февраль 1994). "MgATP-индуцированные конформационные изменения в железном белке из Azotobacter vinelandii, изученные с помощью малоуглового рентгеновского рассеяния". Журнал биологической химии . 269 (5): 3290–4. doi : 10.1016/S0021-9258(17)41861-8 . PMID  8106367.
  39. ^ Seefeldt LC, Dance IG, Dean DR (февраль 2004 г.). «Взаимодействие субстрата с нитрогеназой: Fe против Mo». Биохимия . 43 (6): 1401–9. doi :10.1021/bi036038g. PMID  14769015.
  40. ^ Oelze J (октябрь 2000 г.). «Респираторная защита нитрогеназой видов Azotobacter: является ли широко распространенная гипотеза однозначно подтвержденной экспериментальными данными?». FEMS Microbiology Reviews . 24 (4): 321–33. doi : 10.1111/j.1574-6976.2000.tb00545.x . PMID  10978541.
  41. ^ Отт, Томас; ван Донген, Йост Т.; Гюнтер, Катрин; Круселл, Лене; Дебросс, Гийем; Вижеолас, Элен; Бок, Вивьен; Чеховски, Томаш; Гейгенбергер, Питер; Удварди, Майкл К. (29 марта 2005 г.). «Симбиотические леггемоглобины имеют решающее значение для фиксации азота в корневых клубеньках бобовых, но не для общего роста и развития растений». Current Biology . 15 (6): 531–535. doi :10.1016/j.cub.2005.01.042. ISSN  0960-9822. Физиологический анализ клубеньков растений LbRNAi выявил решающий вклад леггемоглобинов в установление низких концентраций свободного кислорода, но высокого энергетического статуса в клубеньках, условий, необходимых для эффективного SNF.
  42. ^ ab Rivera-Ortiz JM, Burris RH (август 1975). «Взаимодействие между субстратами и ингибиторами нитрогеназы». Журнал бактериологии . 123 (2): 537–45. doi :10.1128/JB.123.2.537-545.1975. PMC 235759. PMID  1150625 . 
  43. ^ ab Schrauzer GN (август 1975). «Неферментативное моделирование реакций нитрогеназы и механизм биологической фиксации азота». Angewandte Chemie . 14 (8): 514–22. doi :10.1002/anie.197505141. PMID  810048.
  44. ^ abc Seefeldt LC, Rasche ME, Ensign SA (апрель 1995 г.). «Карбонилсульфид и диоксид углерода как новые субстраты, а дисульфид углерода как новый ингибитор нитрогеназы». Биохимия . 34 (16): 5382–9. doi :10.1021/bi00016a009. PMID  7727396.
  45. ^ abc Rasche ME, Seefeldt LC (июль 1997). «Восстановление тиоцианата, цианата и дисульфида углерода нитрогеназой: кинетическая характеристика и спектроскопический анализ ЭПР». Биохимия . 36 (28): 8574–85. doi :10.1021/bi970217e. PMID  9214303.
  46. ^ Guth JH, Burris RH (октябрь 1983 г.). «Ингибирование катализируемого нитрогеназой образования NH3 водородом». Биохимия . 22 (22): 5111–22. doi :10.1021/bi00291a010. PMID  6360203.
  47. ^ Li J, Goldschmidt-Clermont M, Timko MP (декабрь 1993 г.). "Chloroplast-encoded chlB is required for light-independent protochlorophyllide reductase activity in Chlamydomonas reinhardtii". The Plant Cell . 5 (12): 1817–29. doi :10.1105/tpc.5.12.1817. PMC 160407 . PMID  8305874. 
  48. ^ ab Staples CR, Lahiri S, Raymond J, Von Herbulis L, Mukhophadhyay B, Blankenship RE (октябрь 2007 г.). «Экспрессия и ассоциация гомологов нитрогеназы IV NifD и NifH в неазотфиксирующей архее Methanocaldococcus jannaschii». Журнал бактериологии . 189 (20): 7392–8. doi :10.1128/JB.00876-07. PMC 2168459. PMID  17660283 . 
  49. ^ Raymond J, Siefert JL, Staples CR, Blankenship RE (март 2004 г.). «Естественная история фиксации азота». Молекулярная биология и эволюция . 21 (3): 541–54. doi : 10.1093/molbev/msh047 . PMID  14694078.
  50. ^ Dilworth MJ (октябрь 1966 г.). «Восстановление ацетилена азотфиксирующими препаратами из Clostridium pasteurianum». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 127 (2): 285–94. doi :10.1016/0304-4165(66)90383-7. PMID  5964974.
  51. ^ Sims GK, Dunigan EP (1984). «Суточные и сезонные изменения активности нитрогеназы (восстановление C 2 H 2 ) корней риса». Soil Biology and Biochemistry . 16 : 15–18. doi :10.1016/0038-0717(84)90118-4.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки