Nitrogenáza

Nitrogenáza je enzymatický proteinový komplex obsahující ionty železa a molybdenu používaný diazotrofními organismy - některými prokaryoty (bakteriemi včetně sinic) k fixaci atmosférického molekulárního dusíku.

Jelikož je tento enzym využíván všemi fixátory dusíku, jedná se pravděpodobně o velmi starou a v evoluci konzervovanou strukturu. Nitrogenáza redukuje trojnou vazbu molekuly N₂ ve striktně anaerobním prostředí.

Součástí struktury enzymu je také FeS klastr, obsahující jeden atom vanadu. Krystalová struktura nitrogenázy^[1] odhalila také způsob vazby vanadu v klastru^[2].

Nitrogenáza v hlízkách

Dusík asimilující bakterie žijící jinak v aerobním prostředí musí být schopny si anaerobní prostředí vytvořit, např. pomocí symbiontů, což je případ především rostlin čeledi bobovitých (Fabaceae) a hlavní důvod existence hlízek jakožto struktury toto prostředí zajišťující. Jedná se tedy o prokazatelný mutualismus.

V hlízce se kombinují dva hlavní mechanismy zabraňující nahromadění kyslíku, a to za prvé impregnace stěny hlízky látkami nepropustnými pro O₂, a za druhé přítomnost proteinu zvaného leghemoglobin, který váže kyslík asi 10x silněji než hemoglobin v erytrocytech, čímž značně snižuje jeho koncentraci. Leghemoglobin je zde silně zastoupen (asi 25 % veškerého obsahu proteinů) a způsobuje tak růžové zbarvení orgánu. Je syntetizován hostitelskou rostlinou, přičemž jeho výrobu provokuje bakterie dodávající mu také jeho nezbytnou složku - skupinu hem.

Redukce trojné vazby dusíku probíhá velmi zjednodušeně takto:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Tato reakce je velmi energeticky náročná, pro redukci jedné molekuly N₂ se spotřebuje 16 molekul ATP.