《土壤和环境微生物学》——固氮酶和氮气的还原

固氮酶的结构和性质  固氮酶是生物体内进行氮气还原作用的生物催化剂。不同固氮细菌的固氮酶结构和性质相同，它含有两个金属蛋白组分，即钼铁蛋白和铁蛋白。钼铁蛋白是分子量约为200-240的KD的α₂β₂型四聚体，亚单位分子量55-60KD。每分子活性钼铁蛋白含2MO原子、约30Fe原子和数目稍低的S_2-离子；可以分离出两个铁钼辅因子和4个簇。铁蛋白是分子量约为57-72KD的二聚体，含有一个ⁿ⁺簇。只有当两个组分共同存在时才构成具有功能的固氮酶。80年代中期从固氮菌的细胞中发现了不含钼的固氮酶，钒代替了钼的作用。这种由钒铁蛋白组成的固氮酶成为钒固氮酶，以区别研究得最多的含钼铁蛋白的固氮酶。最近从棕色固氮菌中分离出了第三种固氮酶，即不含钼也不含钒，由铁取代了它们的作用。

固氮酶具有底物多样性，除还原分子态氮为氨外，还能催化许多其它底物的还原作用，如 等。乙炔还原为乙烯的反应已被广泛地应用于间接测量固氮酶的活性。理论计算，1分子N2还原为2 分子NH₃需要6个电子，1分子C₂H₂还原为1分子C₂H₂只需2个电子，为三与一之比，因而可以根据C₂H₂还原来推算N₂还原量。乙炔及其还原产物乙烯可以很简单地用气相色谱来测定。但由于不同固氮体系的差异和条件的不同，不能简单地根据所测定的乙烯形成量3:1来计算固氮量。实际上从1.5:1到25:1的情况都有。

固氮酶对氧气敏感，在分子态氧作用下会被钝化而失去活性。所以固氮酶的催化作用必须在无氧条件下进行。因此，就氧来说，好氧性固氮条件是尖锐矛盾的。