نيتروجيناز

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

النيتروجينازات هي إنزيمات ( EC 1.18.6.1، EC 1.19.6.1) تُنتجها بعض أنواع البكتيريا، مثل البكتيريا الزرقاء (البكتيريا الخضراء المزرقة) وبكتيريا الجذور. هذه الإنزيمات مسؤولة عن اختزال النيتروجين ( N₂ ) إلى أمونيا ( NH₃ ) . تُعدّ النيتروجينازات العائلة الوحيدة من الإنزيمات المعروفة بتحفيز هذا التفاعل، وهو خطوة في عملية تثبيت النيتروجين . يُعدّ تثبيت النيتروجين ضروريًا لجميع أشكال الحياة، حيث يُعدّ النيتروجين عنصرًا أساسيًا في التخليق الحيوي للجزيئات ( النيوكليوتيدات ، الأحماض الأمينية ) التي تُكوّن النباتات والحيوانات والكائنات الحية الأخرى. تُشفّر هذه الإنزيمات بواسطة جينات Nif أو نظائرها . وهي مرتبطة بإنزيم مختزل بروتوكلوروفيليد .

التصنيف والبنية

على الرغم من أن تكوين الأمونيا المتوازن من الهيدروجين الجزيئي والنيتروجين له إنثالبي تفاعل سالب إجمالي (Δح0=-45.2 كجمoل-1شمالح3{\displaystyle \Delta H^{0}=-45.2\ \mathrm {kJ} \,\mathrm {mol^{-1}} \;\mathrm {NH_{3}} })، طاقة التنشيط عالية جدًا (هـأ=230-420 كجمoل-1{\displaystyle E_{\mathrm {A} }=230-420\ \mathrm {kJ} \,\mathrm {mol^{-1}} }). [ 1 ] يعمل النيتروجيناز كمحفز ، مما يقلل من حاجز الطاقة هذا بحيث يمكن أن يحدث التفاعل في درجات الحرارة المحيطة.

يتكون التجميع المعتاد من عنصرين:

  1. البروتين المتجانس ثنائي الوحدات Fe-only ، وهو المختزل الذي يتمتع بقدرة اختزال عالية وهو المسؤول عن توفير الإلكترونات.
  2. بروتين MoFe غير المتجانس رباعي الوحدات ، وهو إنزيم نيتروجيناز يستخدم الإلكترونات المتوفرة لاختزال N2 إلى NH3 . في بعض التجمعات، يتم استبداله ببديل متماثل.
بنية العامل المساعد FeMo توضح مواقع الارتباط بالنيتروجيناز (الأحماض الأمينية cys و his).

مختزلة

بروتين الحديد، أو مختزلة ثنائي النيتروجيناز أو NifH، هو ثنائي من وحدات فرعية متطابقة، يحتوي على عنقود واحد من [Fe₄S₄ ] ، وتبلغ كتلته حوالي 60-64 كيلو دالتون. [ 2 ] تتمثل وظيفة بروتين الحديد في نقل الإلكترونات من عامل مختزل ، مثل الفيريدوكسين أو الفلافودوكسين، إلى بروتين النيتروجيناز. يمكن اختزال الفيريدوكسين أو الفلافودوكسين بإحدى ست آليات: 1. بواسطة مختزلة بيروفات:فيريدوكسين ، 2. بواسطة هيدروجيناز ثنائي الاتجاه ، 3. في مركز تفاعل التمثيل الضوئي ، 4. عن طريق ربط تدفق الإلكترونات بتبديد قوة دافعة البروتون ، 5. عن طريق تشعب الإلكترونات ، أو 6. بواسطة مختزلة فيريدوكسين:NADPH . [ 3 ] يتطلب نقل الإلكترونات مدخلات من الطاقة الكيميائية التي تأتي من ارتباط وتحلل ATP . يؤدي تحلل ATP أيضًا إلى تغيير في بنية معقد النيتروجيناز، مما يجعل بروتين الحديد وبروتين MoFe أقرب إلى بعضهما البعض لتسهيل نقل الإلكترونات. [ 4 ]

نيتروجيناز

بروتين MoFe هو بروتين رباعي الوحدات غير متجانس، يتكون من وحدتين فرعيتين α ووحدتين فرعيتين β ، بكتلة تقريبية تتراوح بين 240 و250 كيلو دالتون. [ 2 ] يحتوي بروتين MoFe أيضًا على مجموعتين من الحديد والكبريت ، تُعرفان باسم مجموعات P، تقعان عند السطح البيني بين الوحدتين الفرعيتين α و β ، بالإضافة إلى عاملين مساعدين من الحديد والموليبدينوم داخل الوحدتين الفرعيتين α . كان يُعتقد سابقًا أن حالة أكسدة الموليبدينوم في هذه النيتروجينازات هي Mo(V)، ولكن تشير الأدلة الحديثة إلى Mo(III). [ 5 ] (يرتبط الموليبدينوم في الإنزيمات الأخرى عمومًا بالموليبدوبترين على شكل Mo(VI) المؤكسد بالكامل).

  • تتخذ النواة (Fe 8 S 7 ) لمجموعة P شكل مكعبين [Fe 4 S 3 ] مرتبطين بذرة كبريت مركزية. وترتبط كل مجموعة P ببروتين MoFe بستة بقايا سيستين.
  • يتكون كل عامل مساعد FeMo (Fe7MoS9C ) من مجموعتين غير متطابقتين: [Fe4S3 ] و [MoFe3S3 ] ، مرتبطتين بثلاثة أيونات كبريتيد. ويرتبط كل عامل مساعد FeMo تساهميًا بالوحدة الفرعية α للبروتين بواسطة بقايا سيستين واحدة وبقايا هيستيدين واحدة .

تدخل الإلكترونات من بروتين الحديد إلى بروتين الموليبدينوم والحديد عند تجمعات الفوسفور، والتي بدورها تنقل الإلكترونات إلى العوامل المساعدة من الحديد والموليبدينوم. يعمل كل عامل مساعد من الحديد والموليبدينوم كموقع لتثبيت النيتروجين، حيث يرتبط النيتروجين الجزيئي في التجويف المركزي للعامل المساعد.

الاختلافات

يمكن استبدال بروتين MoFe بأنواع أخرى من النيتروجيناز في البيئات التي تفتقر إلى العامل المساعد Mo. يُعرف نوعان من هذه النيتروجيناز: نوع الفاناديوم-الحديد (VFe؛ Vnf ) ونوع الحديد-الحديد (FeFe؛ Anf ). يتكون كلا النوعين من وحدتين فرعيتين α ، ووحدتين فرعيتين β ، ووحدتين فرعيتين δ (أو γ أحيانًا : VnfG/AnfG). تتشابه الوحدات الفرعية دلتا فيما بينها، كما تتشابه الوحدتان الفرعيتان ألفا وبيتا مع تلك الموجودة في نيتروجيناز MoFe. تتشابه أيضًا مجموعات الجينات، وهذه الوحدات الفرعية قابلة للتبادل إلى حد ما. تستخدم جميع النيتروجينازات مجموعة أساسية متشابهة من Fe-S، وتكمن الاختلافات في معدن العامل المساعد. [ 6 ] [ 7 ] تساعد الوحدة الفرعية δ / γ في ربط العامل المساعد في نيتروجيناز FeFe. [ 8 ] بناءً على توقيت تطورها، يُعتقد أن الوحدة الفرعية في إنزيمات النيتروجيناز VFe وFeFe قد ساعدت في تكيف إنزيمات النيتروجيناز البديلة النموذجية مع المعادن الجديدة. [ 9 ]

معظم الكائنات الحية، إن لم تكن جميعها، التي تحمل جينات لإنزيم نيتروجيناز بديل، تحمل أيضًا جينات لإنزيم نيتروجيناز MoFe العادي. [ 9 ] [ 10 ] يُعد إنزيم نيتروجيناز MoFe الأكثر كفاءة لأنه يستهلك كمية أقل من ATP في اختزال أيونات الهيدروجين (H +) إلى هيدروجين (H2 ) مقارنةً بإنزيمات النيتروجيناز البديلة (انظر #الآلية العامة أدناه). عند وجود الموليبدينوم، يتم تثبيط التعبير عن إنزيمات النيتروجيناز البديلة، بحيث يُستخدم الإنزيم الأكثر كفاءة فقط. [ 11 ]

يُنظَّم إنزيم النيتروجيناز FeFe في بكتيريا أزوتوباكتر فيني لاندي (كائن نموذجي لهندسة النيتروجيناز) في أوبيرون anfHDGKOR . ولا يزال هذا الأوبيرون بحاجة إلى بعض جينات Nif لكي يعمل. وقد تم بناء أوبيرون بسيط مكون من 10 جينات، يضم هذه الجينات الأساسية الإضافية، في المختبر. [ 12 ]

الآلية

إنزيم النيتروجيناز مع تمييز المواقع التحفيزية. يوجد مجموعتان من المواقع التحفيزية داخل كل إنزيم نيتروجيناز.
إنزيم النيتروجيناز مع مجموعة واحدة من التجمعات المعدنية مكبرة. تنتقل الإلكترونات من مجموعة Fe-S (الصفراء) إلى مجموعة P (الحمراء)، وتنتهي عند FeMo-co (البرتقالية).

الآلية العامة

المواقع التحفيزية داخل إنزيم النيتروجيناز. الذرات ملونة حسب العنصر. أعلى: عنقود حديد-كبريت، وسط: عنقود فسفور، أسفل: عنقود حديد-موليبدينوم/معدن

إنزيم النيتروجيناز مسؤول عن تحفيز تثبيت النيتروجين ، وهي عملية اختزال النيتروجين (N₂ ) إلى أمونيا (NH₃ ) ، وهي عملية حيوية لاستمرار الحياة على الأرض. [ 13 ] توجد ثلاثة أنواع من النيتروجيناز في أنواع مختلفة من البكتيريا المثبتة للنيتروجين: نيتروجيناز الموليبدينوم (Mo)، ونيتروجيناز الفاناديوم (V) ، ونيتروجيناز الحديد فقط (Fe). [ 14 ] يُعد نيتروجيناز الموليبدينوم، الموجود في البكتيريا المثبتة للنيتروجين مثل بكتيريا الريزوبيا المرتبطة بالبقوليات ، [ 15 ] [ 16 ] أكثر أنواع النيتروجيناز دراسةً، وبالتالي فهو الأكثر دراسةً وتوصيفًا. [ 14 ] يوجد كل من نيتروجيناز الفاناديوم ونيتروجيناز الحديد فقط في أنواع مختارة من بكتيريا الأزوتوباكتر كبديل للنيتروجيناز. [ 15 ] [ 17 ] تُظهر المعادلتان 1 و 2 التفاعلات المتوازنة لتثبيت النيتروجين في نيتروجيناز الموليبدينوم ونيتروجيناز الفاناديوم على التوالي.

تشير التحسينات الحديثة التي أُدخلت على الإطار الحركي لإنزيم نيتروجيناز الموليبدينوم (1) إلى أن الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لاختزال النيتروجين (N₂ ) أعلى مما كان يُفترض سابقًا، حيث يُعادل تقريبًا 25 جزيء MgATP لكل جزيء N₂ . ويستند هذا التعديل إلى ملاحظة أن انتقال الإلكترون من بروتين الحديد (Fe) إلى العامل المساعد FeMo ليس دائمًا مُنتجًا، إذ أن التحكم التوافقي المعتمد على MgATP يُدخل عددًا كبيرًا من دورات انتقال الإلكترون غير المُنتجة. وهذا يُقلل من الكفاءة الإجمالية للربط بين تحلل ATP واختزال الركيزة، مما يزيد بالتالي من إجمالي كمية ATP المطلوبة للتحفيز. [ 18 ]

جميع إنزيمات النيتروجيناز عبارة عن أنظمة ثنائية المكونات، تتألف من المكون الأول (المعروف أيضًا باسم ثنائي النيتروجيناز) والمكون الثاني (المعروف أيضًا باسم مختزلة ثنائي النيتروجيناز). المكون الأول هو بروتين MoFe في نيتروجيناز الموليبدينوم، وبروتين VFe في نيتروجيناز الفاناديوم، وبروتين Fe في نيتروجيناز الحديد فقط. [ 13 ] المكون الثاني هو بروتين Fe يحتوي على عنقود Fe-S، الذي ينقل الإلكترونات إلى المكون الأول. [ 17 ] يحتوي المكون الأول على عنقودين معدنيين: عنقود P، والعامل المساعد FeMo (FeMo-co، عنقود M). يُستبدل الموليبدينوم بالفاناديوم أو الحديد في نيتروجيناز الفاناديوم ونيتروجيناز الحديد فقط على التوالي. [ 13 ] [ 19 ] أثناء التحفيز، يتم تحلل 2 مكافئ من MgATP مما يساعد على تقليل جهد مجموعة Fe-S ودفع اختزال مجموعة P، وأخيراً إلى FeMo-co، حيث يحدث اختزال N 2 إلى NH 3 .

نموذج لوي-ثورنلي الحركي

يتم اختزال النيتروجين إلى جزيئين من الأمونيا عند ذرة الحديد-موليبدينوم (FeMo-co) في المكون الأول بعد الإضافة المتتابعة لبروتونات والإلكترونات المكافئة من المكون الثاني. [ 13 ] وقد وفرت قياسات حركية الحالة المستقرة ، والتجميد السريع، والتدفق المتوقف، التي أجراها لوي وثورنلي وآخرون في سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، أساسًا حركيًا لهذه العملية. [ 20 ] [ 21 ] وقد طُوّر نموذج لوي-ثورنلي الحركي (LT) من هذه التجارب، وهو يوثق عمليات نقل البروتونات والإلكترونات الثمانية المترابطة اللازمة طوال التفاعل. [ 13 ] [ 20 ] [ 21 ] تُصوَّر كل مرحلة وسيطة بالرمز E <sub>n</sub>، حيث n = 0-8، وهو ما يتوافق مع عدد المكافئات المنقولة. ويلزم نقل أربعة مكافئات قبل الإضافة الفعالة للنيتروجين (N<sub> 2</sub> )، على الرغم من إمكانية تفاعل E<sub> 3</sub> مع N<sub> 2 </sub> أيضًا. [ 20 ] تجدر الإشارة إلى أن اختزال النيتروجين يتطلب 8 مكافئات من البروتونات والإلكترونات بدلاً من 6 مكافئات كما هو متوقع من التفاعل الكيميائي المتوازن. [ 22 ]

المستويات المتوسطة من E 0 إلى E 4

أتاح التحليل الطيفي لهذه المركبات الوسيطة فهمًا أعمق لعملية اختزال النيتروجين بواسطة إنزيم النيتروجيناز، إلا أن آلية هذه العملية لا تزال موضع بحث ونقاش مستمرين. فيما يلي ملخص للتجارب الطيفية التي أُجريت على المركبات الوسيطة قبل إضافة النيتروجين:

E 0 – هذه هي حالة الراحة للإنزيم قبل بدء التحفيز. تُظهر خصائص الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR) أن هذا النوع له دوران مغزلي مقداره 3/2 . [ 23 ]

E 1 – تم احتجاز الوسيط المختزل بإلكترون واحد أثناء عملية التحول تحت N 2. تشير مطيافية موسباور للوسيط المحتجز إلى أن FeMo-co له دوران صحيح أكبر من 1. [ 24 ]

نموذج لوي-ثورنلي الحركي لاختزال النيتروجين إلى أمونيا بواسطة إنزيم النيتروجيناز.

E 2 – يُقترح أن يحتوي هذا المركب الوسيط على مجموعة الفلزات في حالة الأكسدة المستقرة، مع تخزين الإلكترونين المضافين في رابطة هيدريد ، وبروتون إضافي مرتبط بذرة كبريت. يُظهر عزل هذا المركب الوسيط في الإنزيمات المتحولة أن FeMo-co ذو دوران مغزلي عالٍ، وله دوران مغزلي مقداره 3/2 . [ 25 ]

E 3 – يُقترح أن يكون هذا المركب الوسيط هو FeMo-co المختزل أحاديًا مع هيدريد جسري واحد وهيدريد واحد. [ 13 ]

E 4 - يُطلق على هذا الوسيط اسم وسيط يانوس نسبةً إلى إله التحولات الروماني ، ويتمركز بعد نصف عمليات نقل الإلكترون والبروتون بالضبط، ويمكنه إما أن يتحلل عائدًا إلى E 0 أو أن يستمر بربط النيتروجين ويكمل الدورة التحفيزية. يُقترح أن يحتوي هذا الوسيط على FeMo-co في حالة الأكسدة المستقرة مع اثنين من الهيدريدات الجسرية وبروتونين مرتبطين بالكبريت. [ 13 ] لوحظ هذا الوسيط لأول مرة باستخدام تقنيات التجميد السريع مع بروتين مُطفر استُبدل فيه الحمض الأميني فالين (البقايا 70) بالإيزولوسين. [ 26 ] يمنع هذا التعديل وصول الركيزة إلى FeMo-co. يُظهر توصيف الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR) لهذا الوسيط المعزول نوعًا جديدًا ذو لف مغزلي ½. قدمت تجارب الرنين النووي الإلكتروني المزدوج (ENDOR) نظرة ثاقبة على بنية هذا الوسيط، كاشفةً عن وجود اثنين من الهيدريدات الجسرية. [ 26 ] تُظهر تجارب ENDOR لـ 95Mo و 57 Fe أن الهيدريدات تربط بين مركزي حديد. [ 27 ] يؤدي التلدين بالتبريد الشديد للوسيط المحصور عند -20  درجة مئوية إلى فقدان متتابع لذرتي هيدروجين عند الاسترخاء، مما يثبت أن الوسيط المعزول يتوافق مع الحالة E4 . [ 13 ] وقد أكد تحلل E4 إلى E2 + H2 ، ثم إلى E0 و2H2 ، إشارة الرنين المغناطيسي الإلكتروني المرتبطة بالوسيط E2 . [ 13 ]

تشير المركبات الوسيطة المذكورة أعلاه إلى أن التجمع المعدني يدور بين حالة الأكسدة الأصلية وحالة الاختزال الأحادي مع تخزين إلكترونات إضافية في الهيدريدات. وقد اقتُرح بدلاً من ذلك أن كل خطوة تتضمن تكوين هيدريد، وأن التجمع المعدني يدور فعلياً بين حالة الأكسدة الأصلية وحالة الأكسدة الأحادية. [ 13 ]

مسارات بعيدة ومتبادلة لتثبيت النيتروجين (N2 )

المسارات الميكانيكية البعيدة مقابل المسارات الميكانيكية المتناوبة لتثبيت النيتروجين في إنزيم النيتروجيناز.

على الرغم من وجود اتفاق عام على آلية تثبيت النيتروجين قبل تكوين معقد Janus E 4 ، إلا أن هناك فرضيتين حاليًا للمسار الدقيق في النصف الثاني من الآلية: المسار "البعيد" والمسار "المتبادل". [ 13 ] [ 28 ] [ 29 ] في المسار البعيد، يُهدرج النيتروجين الطرفي أولًا، مُحررًا الأمونيا، ثم يُهدرج النيتروجين المرتبط مباشرةً بالفلز. أما في المسار المتبادل، فتُضاف ذرة هيدروجين واحدة إلى النيتروجين الطرفي، ثم تُضاف ذرة هيدروجين أخرى إلى النيتروجين المرتبط مباشرةً بالفلز. ويستمر هذا النمط المتبادل حتى يتم تحرير الأمونيا. [ 13 ] [ 28 ] [ 29 ] ولأن كل مسار يُفضل مجموعة فريدة من المركبات الوسيطة، فقد ركزت محاولات تحديد المسار الصحيح عمومًا على عزل هذه المركبات الوسيطة ، مثل النيتريد في المسار البعيد، [ 30 ] والديازين والهيدرازين في المسار المتبادل. [ 13 ] لم تُكلل محاولات عزل المركبات الوسيطة في إنزيم النيتروجيناز نفسه بالنجاح حتى الآن، ولكن استخدام المركبات النموذجية سمح بعزل مركبات وسيطة تدعم كلا الجانبين اعتمادًا على المركز المعدني المستخدم. [ 13 ] تشير الدراسات التي أُجريت على الموليبدينوم عمومًا إلى مسار طرفي، بينما تشير الدراسات التي أُجريت على الحديد عمومًا إلى مسار متناوب. [ 13 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 31 ] [ 32 ]

استند الدعم المحدد للمسار البعيد بشكل رئيسي إلى عمل شروك وتشات، اللذين نجحا في عزل معقد النيتريد باستخدام الموليبدينوم كمركز معدني في معقد نموذجي. [ 30 ] [ 33 ] أما الدعم المحدد للمسار المتناوب فيستند إلى عدد قليل من الدراسات. فقد ثبت أن التجمعات النموذجية المكونة من الحديد فقط تحفز اختزال النيتروجين (N2) . [ 31 ] [ 32 ] كما ثبت أن تجمعات التنجستن الصغيرة تتبع مسارًا متناوبًا لتثبيت النيتروجين. [ 34 ] ويطلق إنزيم نيتروجيناز الفاناديوم الهيدرازين، وهو وسيط خاص بالآلية المتناوبة. [ 13 ] [ 35 ] ومع ذلك، فإن عدم وجود وسائط محددة في الإنزيم الأصلي نفسه يعني أنه لم يتم إثبات أي من المسارين بشكل قاطع. علاوة على ذلك، وُجد أن الدراسات الحاسوبية تدعم كلا الجانبين، اعتمادًا على ما إذا كان موقع التفاعل مفترضًا عند الموليبدينوم (المسار البعيد) أو عند الحديد (المسار المتناوب) في العامل المساعد MoFe. [ 13 ] [ 28 ] [ 29 ]

آلية ارتباط MgATP

يُعد ارتباط MgATP أحد الأحداث المحورية في آلية عمل إنزيم النيتروجيناز. يوفر تحلل مجموعة الفوسفات الطرفية في MgATP الطاقة اللازمة لنقل الإلكترونات من بروتين الحديد (Fe) إلى بروتين الموليبدينوم والحديد (MoFe). [ 36 ] تُفهم تفاعلات الارتباط بين مجموعات الفوسفات في MgATP وبقايا الأحماض الأمينية في بروتين الحديد جيدًا من خلال مقارنتها بإنزيمات مماثلة، بينما تبقى التفاعلات مع بقية الجزيء غير واضحة نظرًا لعدم وجود بنية بلورية لبروتين الحديد مرتبط بـ MgATP (حتى عام 1996). [ 37 ] وقد تبين أن ثلاثة من بقايا البروتين لها تفاعلات مهمة مع الفوسفات. [ 20 ] في غياب MgATP، توجد رابطة ملحية بين الحمض الأميني رقم 15، الليسين ، والحمض الأميني رقم 125، حمض الأسبارتيك . [ 37 ] عند الارتباط، تنقطع هذه الرابطة الملحية. أظهرت الطفرات الموجهة للموقع أنه عند استبدال الليسين بالجلوتامين ، تنخفض ألفة البروتين لـ MgATP بشكل كبير [ 38 ] ، وعند استبدال الليسين بالأرجينين ، لا يستطيع MgATP الارتباط بسبب قوة الرابطة الملحية [39]. وقد تم إثبات ضرورة وجود حمض الأسبارتيك تحديدًا في الموقع 125 من خلال ملاحظة تغير التفاعل عند استبدال هذا الحمض الأميني بحمض الجلوتاميك [ 40 ] . كما ثبت أن الحمض الأميني رقم 16، وهو السيرين، يرتبط بـ MgATP، وقد استُخدمت الطفرات الموجهة للموقع لإثبات هذه الحقيقة [ 40 ] . وقد أدى ذلك إلى وضع نموذج يبقى فيه السيرين مرتبطًا بأيون Mg2 + بعد تحلل الفوسفات لتسهيل ارتباطه بمجموعة فوسفات مختلفة في جزيء ADP [ 41 ] . كما يُحدث ارتباط MgATP تغييرات بنيوية كبيرة داخل بروتين الحديد. [ 20 ] استُخدمت الطفرات الموجهة للموقع لإنشاء طفرات يرتبط فيها MgATP ولكنه لا يُحدث تغييرًا في البنية الفراغية. [ 42 ] أدت مقارنة بيانات تشتت الأشعة السينية في الطفرات مع البروتين الأصلي إلى استنتاج مفاده أن البروتين بأكمله ينكمش عند ارتباط MgATP، مع انخفاض في نصف القطر بمقدار 2.0 أنغستروم تقريبًا. [ 42 ]

تفاصيل ميكانيكية أخرى

لا تزال العديد من الجوانب الآلية للحفز غير معروفة. ولم يُنشر أي تحليل بلوري للركيزة المرتبطة بالنيتروجيناز.

إنزيم النيتروجيناز قادر على اختزال الأسيتيلين، ولكنه يُثبَّط بواسطة أول أكسيد الكربون، الذي يرتبط بالإنزيم ويمنع بالتالي ارتباط النيتروجين الجزيئي. يمنع النيتروجين الجزيئي ارتباط الأسيتيلين، لكن الأسيتيلين لا يُثبِّط ارتباط النيتروجين الجزيئي، ويحتاج إلى إلكترون واحد فقط لاختزاله إلى إيثيلين . [ 43 ] نظرًا لخصائص الأكسجين المؤكسدة ، فإن معظم إنزيمات النيتروجيناز تُثبَّط بشكل لا رجعة فيه بواسطة الأكسجين الجزيئي ، الذي يُؤكسد عوامل الحديد والكبريت المساعدة بشكل تحللي. يتطلب هذا وجود آليات لدى مُثبِّتات النيتروجين لحماية إنزيم النيتروجيناز من الأكسجين داخل الكائن الحي . على الرغم من هذه المشكلة، يستخدم العديد منها الأكسجين كمستقبل نهائي للإلكترونات في عملية التنفس. على الرغم من أن قدرة بعض مُثبِّتات النيتروجين، مثل بكتيريا الأزوتوباكتر، على استخدام نيتروجيناز حساس للأكسجين في الظروف الهوائية تُعزى إلى معدل أيضي مرتفع ، مما يسمح باختزال الأكسجين عند غشاء الخلية ، إلا أن فعالية هذه الآلية موضع شك عند تركيزات أكسجين أعلى من 70 ميكرومولار (التركيز المحيط 230 ميكرومولار من الأكسجين ) ، وكذلك أثناء نقص المغذيات. [ 44 ] يُحمى نيتروجيناز الموليبدينوم والحديد في بكتيريا الأزوتوباكتر فيني لاندي من التلف التأكسدي بواسطة بروتين صغير شبيه بالفيريدوكسين يُسمى بروتين شيثنا II (FeSII). في ظل الإجهاد التأكسدي ، تتأكسد مجموعة [Fe2 - S2 ] في FeSII، مما يُحفز تكوين مُركب خيطي يشمل FeSII ووحدات الحديد والموليبدينوم والحديد الفرعية للنيتروجيناز. يُثبِّت هذا المُركب النيتروجيناز في حالة غير نشطة، ولكنها محمية بنيويًا. تُعدّ آلية "الإيقاف" العكسية هذه، التي تُحفّزها تغييرات بنيوية حساسة للأكسدة والاختزال في FeSII، استراتيجيةً رئيسيةً يستخدمها الكائن الحي لحماية إنزيم النيتروجيناز من أضرار الأكسجين. [ 45 ] [ 46 ] ويلعب جزيء الليغيموغلوبين ، الموجود في عُقيدات تثبيت النيتروجين في النباتات البقولية، والذي يرتبط بالأكسجين الجزيئي عبر مجموعة الهيم الاصطناعية، دورًا حاسمًا في تنظيم تركيز الأكسجين في الموقع النشط لإنزيم النيتروجيناز، مع السماح في الوقت نفسه بعملية تنفس فعّالة. [ 47 ]

ردود فعل غير محددة

إضافةً إلى اختزال النيتروجين، تختزل إنزيمات النيتروجيناز البروتونات إلى ذرات الهيدروجين ، مما يعني أن النيتروجيناز هو أيضًا إنزيم نازع للهيدروجين . فيما يلي قائمة بالتفاعلات الأخرى التي تقوم بها إنزيمات النيتروجيناز: [ 48 ] [ 49 ]

HC≡CH → H 2 C=CH 2
N – =N + =O → N 2 + H 2 O
N=N=N – → N 2 + NH 3
C≡N −→ CH 4 , NH 3 , H 3 C – CH 3 , H 2 C = CH 2 (CH 3 NH 2 )
N≡C–R → RCH 3 + NH 3
C≡N–R → CH 4 , H 3 C–CH 3 , H 2 C=CH 2 , C 3 H 8 , C 3 H 6 , RNH 2
O=C=S → CO + H 2 S [ 50 ] [ 51 ]
O=C=O → CO + H 2 O [ 50 ]
S=C=N – → H 2 S + HCN [ 51 ]
O=C=N – → H 2 O + HCN , CO + NH 3 [ 51 ]

علاوة على ذلك، يعمل ثنائي الهيدروجين كمثبط تنافسي ، [ 52 ] ويعمل أول أكسيد الكربون كمثبط غير تنافسي ، [ 48 ] [ 49 ] ويعمل ثاني كبريتيد الكربون كمثبط توازن سريع [ 50 ] للنيتروجيناز.

وقد ثبت أيضاً أن إنزيمات النيتروجيناز الفاناديومية تحفز تحويل أول أكسيد الكربون إلى ألكانات من خلال تفاعل مشابه لتخليق فيشر-تروبش .

الكائنات الحية التي تقوم بتخليق إنزيم النيتروجيناز

يوجد نوعان من البكتيريا التي تُنتج إنزيم النيتروجيناز، وهما ضروريان لتثبيت النيتروجين. وهما:

تطور

التطور الداخلي

تُقسّم النيتروجينازات إلى ثلاث مجموعات أو فروع أو فئات، تُسمى بالأرقام الرومانية من الأول إلى الثالث. تندرج النيتروجينازات البديلة ضمن الفئة الثالثة. وقد تأكد هذا التصنيف من خلال مقارنة التسلسلات، [ 53 ] وكذلك من خلال مقارنة التراكيب المتوقعة باستخدام برنامج AlphaFold 2. يوجد Nif-I بشكل أساسي في الكائنات المثبتة للنيتروجين الهوائية، أو على الأقل اللاهوائية الاختيارية، التي تمتلك عائلات جينية كبيرة من Nif، بينما يوجد النوعان الآخران بشكل شبه حصري في الكائنات المثبتة للنيتروجين اللاهوائية ذات الشبكات الجينية الأصغر. [ 54 ] (تُخالف النيتروجينازات البديلة هذا النمط، إذ وُجد أنها تتواجد مع المجموعتين الأولى والثانية). [ 55 ] لا يمكن أن تكون المجموعة الأولى قد تباعدت منذ أكثر من 2.5 مليار سنة، استنادًا إلى توقيت حدث الأكسدة العظيم . [ 53 ]

استُخدمت إعادة بناء التسلسل السلفي لإعادة بناء اثنين من إنزيمات النيتروجيناز من المجموعة الأولى، حيث يُمثل Anc2 السلف لجميع إنزيمات النيتروجيناز التي تم أخذ عينات منها في غاما بروتيوبكتيريا ، بينما يُمثل Anc1 مجموعة أصغر مبنية حول بكتيريا أزوتوباكتر فيني لاندي ، وأغاريباكتيريوم هاليوتيس ، وعينات بيئية. تعمل هذه الإنزيمات ببطء أكثر من النسخة الحديثة من أزوتوباكتر فيني لاندي ، لكنها تحافظ على كفاءة مماثلة في استخدام الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) (نسبة الهيدروجين المُشكّل إلى النيتروجين المُختزل ثابتة إلى حد كبير عند حوالي 2.1، باستثناء Anc1B الذي يتميز بكفاءة أعلى). [ 53 ]

التشابه مع البروتينات الأخرى

تتضمن جينات Nif إنزيمًا ناضجًا يُدعى NifEN ، وهو المسؤول عن تجميع السلائف لمجموعة P، والتي تُسمى مجموعة O، ونقلها إلى NifDK . كما يُجمّع فيه مجموعة M بمساعدة مُكوّن النيتروجيناز II، NifH ، قبل نقلها إلى NifDK . يُشابه تركيبه تركيب مُكوّن النيتروجيناز I، NifDK ، باستثناء أنه يحمل عادةً مجموعة P ومجموعة L (السلف لمجموعة M). عند التعبير عن NifEN من A. vinelandii في E. coli مع المُكوّن II، NifH ، يُثبت أن مزيج البروتينات الناتج يعمل كنيتروجيناز حيوي ، مما يُعزز نمو E. coli المُحوّلة في وسط فقير بالنيتروجين. يستطيع الفيريدوكسين YfhL، الموجود طبيعيًا في E. coli، العمل مع NifH . [ 56 ] من بين الكائنات الحية التي تحمل مجموعة Nif من النوع الثالث ، لا يوجد NifN إلا في العتائق. والسبب غير واضح. [ 55 ]

أحد تفسيرات قدرة NifEN على تثبيت النيتروجين وتشابهها مع NifDK هو وجود إنزيم نيتروجيناز واحد في السابق، يحتوي على مجموعتي P وL، قبل أن يسمح تضاعف الجينات وزيادة كميات الموليبدينوم المتاحة بعد حدث الأكسدة العظيم بتطور الوضع الحالي (أصبحت إحدى النسختين NifEN باكتساب مجموعة M، بينما أصبحت الأخرى NifDK بفقدان مجموعة P). تشير البيانات النظائرية إلى أن تثبيت النيتروجين القائم على الموليبدينوم لا يقل عمره عن 3.2 مليار سنة. يوجد أيضًا تشابه بين الوحدتين الفرعيتين α وβ في إنزيم النيتروجيناز، وإنزيم النضج الخاص به، والبروتينات ذات الصلة؛ ربما كان النصفان في الأصل جينًا واحدًا ذو وظيفة غير معروفة، ثم تضاعفا قبل أن ينفصل إنزيم النيتروجيناز عن BChNB. [ 57 ] تدعم دراسة واسعة النطاق أُجريت عام 2022 في معظمها الرأي القائل بأن NifEN و NifDK قد تشكلا عن طريق التضاعف. [ 55 ]

تُظهر الوحدات الفرعية الثلاث لإنزيم النيتروجيناز تشابهًا كبيرًا في التسلسل مع الوحدات الفرعية الثلاث للنسخة غير المعتمدة على الضوء من إنزيم مختزلة بروتوكلوروفيليد (DPOR، (ChlNB) ₂ + ChlL₂ ) الذي يُحوّل بروتوكلوروفيليد إلى كلوروفيل . يوجد هذا البروتين في عاريات البذور والطحالب والبكتيريا الضوئية، ولكنه فُقد من كاسيات البذور خلال التطور. يُصنّفه التشابه البنيوي ضمن نفس العائلة الفائقة لإنزيم النيتروجيناز. [ 58 ] يُشابه الإنزيم الخاص بالبكتيريوكلوروفيل، ويُسمى مختزلة أوكسيد الكلوروفيليد (COR، (BchNB) ₂ + BchL₂ أو (BchYZ) ₂ + BchX₂ ) . [ 59 ]

بشكل منفصل، يوجد لاثنين من وحدات النيتروجيناز الفرعية (NifD وNifH) نظائر في الميثانوجينات التي لا تثبت النيتروجين، مثل Methanocaldococcus jannaschii . [ 60 ] لا يزال فهم وظيفة جينات nif من "الفئة الرابعة" هذه محدودًا حتى عام 2004، [ 61 ] على الرغم من وجودها في العديد من الميثانوجينات. في M. jannaschii، من المعروف أنها تتفاعل مع بعضها البعض ويتم التعبير عنها بشكل دائم. [ 60 ] تُعد جينات Nif من "المجموعة الرابعة" أقرب إلى Nif -I/II/III (النيتروجينازات الحقيقية) من DPOR وCOR. فهي لا تحتوي على تكرار DK مقابل EN. وقد اعتُبرت المجموعة سابقًا شبه عرقية، لكن تحليلًا أحدث وجد أنها أحادية العرق . هناك نوعان معروفان من الوظائف: النوع CfbC يُنتج الإنزيم المساعد F430 ، والنوع Mar يُمكنه إنتاج الميثيونين والإيثيلين والميثان. [ 55 ]

قياس نشاط النيتروجيناز

كما هو الحال مع العديد من اختبارات نشاط الإنزيم، يُمكن تقدير نشاط النيتروجيناز بقياس معدل تحويل الركيزة (N₂ ) إلى الناتج (NH₃ ) . ولأن NH₃ يشارك في تفاعلات أخرى داخل الخلية، يُفضّل غالبًا وسم الركيزة بالنظير 15N لحساب كمية الركيزة المضافة أو ما يُعرف بـ"موازنة الكتلة". ويُعدّ اختبار اختزال الأسيتيلين (ARA) من الاختبارات الأكثر شيوعًا، حيث يُقدّر نشاط النيتروجيناز بالاستفادة من قدرة الإنزيم على اختزال غاز الأسيتيلين إلى غاز الإيثيلين. ويمكن قياس كمية هذه الغازات بسهولة باستخدام كروماتوغرافيا الغاز. [ 62 ] وعلى الرغم من أن اختبار اختزال الأسيتيلين استُخدم لأول مرة في المختبر لقياس نشاط النيتروجيناز في مستخلصات خلايا كلوستريديوم باستوريانوم ، فقد طُبّق هذا الاختبار على نطاق واسع من أنظمة الاختبار، بما في ذلك الدراسات الميدانية التي يصعب فيها استخدام تقنيات أخرى. فعلى سبيل المثال، استُخدم اختبار اختزال الأسيتيلين بنجاح لإثبات أن البكتيريا المرتبطة بجذور الأرز تخضع لإيقاعات موسمية ويومية في نشاط النيتروجيناز، والتي يبدو أن النبات يتحكم بها. [ 63 ]

لسوء الحظ، فإن تحويل البيانات من فحوصات النيتروجيناز إلى عدد مولات النيتروجين المختزل (خاصةً في حالة اختبار اختزال الأسيتيلين) ليس دائمًا عمليةً سهلة، وقد يؤدي إلى التقليل من المعدل الحقيقي أو المبالغة فيه لأسبابٍ عديدة. على سبيل المثال، يتنافس الهيدروجين مع النيتروجين ، وليس مع الأسيتيلين، على النيتروجيناز (مما يؤدي إلى المبالغة في تقدير النيتروجيناز بواسطة اختبار اختزال الأسيتيلين). قد تُحدث الفحوصات التي تُجرى في الزجاجات أو الحجرات تأثيرات سلبية على الأنظمة الميكروبية نتيجةً لاحتواء البيئة الدقيقة أو تعطيلها أثناء التعامل معها، مما يؤدي إلى التقليل من تقدير النيتروجيناز. على الرغم من هذه العيوب، تُعد هذه الفحوصات مفيدةً جدًا في تقييم المعدلات النسبية أو الأنماط الزمنية لنشاط النيتروجيناز.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ موداك، ج. م. (2002). "عملية هابر لتخليق الأمونيا". الرنين . 7 (9): 69-77 . doi : 10.1007/bf02836187 . S2CID 195305228 . 
  2. 1 2 بورجيس، بي كيه، ولو، دي جيه (1996). "آلية عمل نيتروجيناز الموليبدينوم". المراجعات الكيميائية . 96 (7): 2983-3011 . doi : 10.1021/cr950055x . PMID 11848849 . 
  3. ↑ أليمان، أ.ب.، وبيترز، ج.و. (2023). "آليات توليد الإلكترونات ذات الجهد المنخفض عبر التنوع الأيضي للبكتيريا المثبتة للنيتروجين" . مجلة علم الأحياء الدقيقة التطبيقية والبيئية . 89 (5): e00378-23. Bibcode : 2023ApEnM..89E.378A . doi : 10.1128/aem.00378-23 . PMC 10231201. PMID 37154716 .  
  4. ↑ لوسون دي إم، سميث بي إي (2002). "نيتروجينازات الموليبدينوم: نظرة بلورية وآلية". أيونات المعادن في الأنظمة البيولوجية . 39 : 75-119 . PMID 11913144 . 
  5. ^ بجورنسون آر، ديلجادو خايمي مو، ليما إف إيه، سيبل د، شليسير جيه، ويهيرمولر تي، إينسل أو، نيس إف، ديبير إس (2015). "الموليبدينوم L-Edge XAS أطياف MoFe Nitrogenase" . Z Anorg Allg Chem . 641 (1): 65-71 . دوى : 10.1002/zaac.201400446 . بمك 4510703 . بميد 26213424 .  
  6. ↑ هيلز، بي. جيه. (2004). "نيتروجيناز الفاناديوم". محفزات تثبيت النيتروجين: النيتروجينازات، النماذج الكيميائية ذات الصلة والعمليات التجارية . سبرينغر هولندا. ص 255-279 . doi : 10.1007/978-1-4020-3611-8_10 . ISBN  978-1-4020-3611-8.
  7. ↑ شنايدر ك، مولر أ (2004). "نيتروجيناز الحديد فقط: خصائص تحفيزية وبنيوية وطيفية استثنائية". محفزات تثبيت النيتروجين: النيتروجينازات، النماذج الكيميائية ذات الصلة والعمليات التجارية . سبرينغر هولندا. ص 281-307 . doi : 10.1007/978-1-4020-3611-8_11 . ISBN  978-1-4020-3611-8.
  8. 1 2 3 شميدت، فريدريك ف.؛ شولتز، لوكا. زارزيكي، يناير؛ برينز، سيمون. أوهلمان، نيلز ن.؛ إرب، توبياس J.؛ ريبيلين ، يوهانس ج. (يناير 2024). "رؤى هيكلية في مجمع نيتروجين الحديد" . الطبيعة الهيكلية والبيولوجيا الجزيئية . 31 (1): 150-158 . دوى : 10.1038 / s41594-023-01124-2 . بمك 10803253 . بميد 38062208 .  
  9. 1 2 كويفاس-زوفيريا، برونو؛ غارسيا، أماندا ك؛ ريفيير، أليكس ج؛ روكر، هولي ر؛ كاروثرز، بروك م؛ كاجار، بتول (2 أبريل 2024). "ظهور بروتين نيتروجيناز يتيم بعد الأكسجة الجوية" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 41 (4). doi : 10.1093/ molbev /msae067 . PMC 11018506. PMID 38526235 .  
  10. ↑ ماكروز، دارسي ل.؛ تشانغ، شينينغ؛ كريبيل، آن إم إل؛ موريل، فرانسوا إم إم (28 فبراير 2017). " تنوع ونشاط النيتروجينازات البديلة في الجينومات المتسلسلة والبيئات الساحلية" . مجلة فرونتيرز في علم الأحياء الدقيقة . 8 : 267. doi : 10.3389/fmicb.2017.00267 . PMC 5328986. PMID 28293220 .  
  11. ↑ موس، ف؛ أليمان، أ.ب؛ بنس، ن؛ سيفيلدت، ل.س؛ بيترز، ج.و (25 أبريل 2018). "استكشاف بدائل تثبيت النيتروجين البيولوجي". علم المعادن: علم المعادن الحيوية المتكامل . 10 (4): 523-538 . doi : 10.1039/c8mt00038g . OSTI 1434118. PMID 29629463 .  
  12. ↑ يانغ جيه، شي إكس، وانغ إكس، ديكسون آر، وانغ واي بي (سبتمبر 2014). "إعادة بناء الحد الأدنى من متطلبات الجينات لإنزيم النيتروجيناز البديل الذي يعتمد على الحديد فقط في الإشريكية القولونية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 111 (35): E3718-25. Bibcode : 2014PNAS..111E3718Y . doi : 10.1073/pnas.1411185111 . PMC 4156695. PMID 25139995 .  
  13. هوفمان ، ب.م. ، لوكويانوف ، د . ، يانغ ، ز.ي. ، دين، د.ر.، سيفيلدت، ل.س. (أبريل 2014). " آلية تثبيت النيتروجين بواسطة إنزيم النيتروجيناز: المرحلة التالية" . مجلة المراجعات الكيميائية . 114 ( 8 ): 4041-4062 . doi : 10.1021 / cr400641x . PMC 4012840. PMID 24467365 .  
  14. 1 2 بيترز، جيه دبليو، وسزيلاجي، آر كيه (أبريل 2006). "استكشاف آفاق جديدة لبنية وآلية عمل النيتروجيناز". الرأي الحالي في الكيمياء الحيوية . الكيمياء الحيوية اللاعضوية / التحفيز الحيوي والتحول الحيوي. 10 (2): 101-108 . doi : 10.1016/j.cbpa.2006.02.019 . PMID 16510305 . 
  15. روبيو إل إم، لودن بي دبليو (2008). "التخليق الحيوي للعامل المساعد الحديدي-الموليبدينوم لإنزيم النيتروجيناز" . المراجعة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة . 62 (1): 93-111 . doi : 10.1146/annurev.micro.62.081307.162737 . PMID 18429691 . 
  16. ↑ فرانش سي، ليندستروم ك، إلميريش سي (ديسمبر 2008). "البكتيريا المثبتة للنيتروجين المرتبطة بالنباتات البقولية وغير البقولية". النبات والتربة . 321 ( 1-2 ): 35-59 . doi : 10.1007/s11104-008-9833-8 . ISSN 0032-079X . S2CID 10892514 .  
  17. 1 2 شنايدر ك، مولر أ (يناير 2004). سميث ب.إ، ريتشاردز ر.ل، نيوتن و.إ (محررون). محفزات تثبيت النيتروجين . تثبيت النيتروجين: الأصول والتطبيقات والتقدم البحثي. سبرينغر هولندا. ص 281-307 . doi : 10.1007/978-1-4020-3611-8_11 . ISBN  978-90-481-6675-6.
  18. ↑ هاريس، ديريك ف.؛ دين، دينيس ر.؛ هوفمان، برايان م.؛ راوجي، سيمون؛ سيفيلدت، لانس س. (15-10-2025). "نحو نموذج حركي موحد لتحفيز النيتروجيناز" . ACS Catalysis : 17893–17908 . doi : 10.1021/acscatal.5c05136 .
  19. ↑ شميدت، فريدريك ف.؛ شولز، لوكا؛ زارزيكي، يان؛ برينز، سيمون؛ أوهلمان، نيلز ن.؛ إرب، توبياس ج.؛ ريبيلين، يوهانس ج. (2023-12-07). "رؤى هيكلية حول مركب نيتروجيناز الحديد" . مجلة نيتشر للبيولوجيا الهيكلية والجزيئية . 31 (1): 150-158 . doi : 10.1038/s41594-023-01124-2 . ISSN 1545-9985 . PMC 10803253. PMID 38062208 .   
  20. 1 2 3 4 5 بورغيس، ب. ك.، ولو، د. ج. (نوفمبر 1996). "آلية عمل نيتروجيناز الموليبدينوم". المراجعات الكيميائية . 96 (7): 2983-3012 . doi : 10.1021/cr950055x . PMID 11848849 . 
  21. ويلسون ، بي . إي.، نيبورغ، أ. سي.، وات، جي. دي. (يوليو 2001). "تكرار وتوسيع نموذج ثورنلي ولو الحركي لتحفيز النيتروجيناز في كليبسيلا الرئوية باستخدام منصة برمجية MATHEMATICA". الكيمياء الفيزيائية الحيوية . 91 (3): 281-304 . doi : 10.1016/S0301-4622(01)00182-X . PMID 11551440 . 
  22. ↑ سيمبسون، ف. ب.، وبوريس، ر. هـ. (يونيو 1984). "ضغط النيتروجين البالغ 50 ضغطًا جويًا لا يمنع انطلاق الهيدروجين بواسطة إنزيم النيتروجيناز". مجلة ساينس . 224 (4653): 1095-1097 . رمز Bibcode : 1984Sci...224.1095S . doi : 10.1126/science.6585956 . PMID 6585956 . 
  23. ↑ بارني بي إم، لي إتش آي، دوس سانتوس بي سي، هوفمان بي إم، دين دي آر، سيفيلدت إل سي (مايو 2006). "كسر الرابطة الثلاثية N2: رؤى حول آلية النيتروجيناز". معاملات دالتون (19): 2277-84 . doi : 10.1039/B517633F . PMID 16688314 . 
  24. ↑ يو إس جيه، أنجوف إتش سي، بابايفثيميو في، بورغيس بي كيه، مونك إي (مايو 2000). "دراسة موسباور لبروتين الموليبدينوم والحديد في إنزيم النيتروجيناز من بكتيريا أزوتوباكتر فيني لاندي باستخدام الإثراء الانتقائي للحديد-57 في مراكز M". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 122 (20): 4926-4936 . Bibcode : 2000JAChS.122.4926Y . doi : 10.1021/ja000254k .
  25. ↑ لوكويانوف د، بارني ب م، دين د ر، سيفيلدت ل س، هوفمان ب م (يناير 2007). "ربط وسائط النيتروجيناز بالمخطط الحركي لاختزال النيتروجين الجزيئي (N2) من خلال بروتوكول استرخاء وتحديد حالة ارتباط النيتروجين الجزيئي" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 104 (5): 1451-1455 . Bibcode : 2007PNAS..104.1451L . doi : 10.1073 / pnas.0610975104 . PMC 1785236. PMID 17251348 .  
  26. 1 2 إيغاراشي، ر.ي.، لاريوخين، م.، دوس سانتوس، ب.س.، لي، هـ.إ.، دين، د.ر.، سيفيلدت، ل.س.، هوفمان، ب.م. (مايو 2005). "احتجاز أيون الهيدروجين المرتبط بالموقع النشط لعامل FeMo المساعد في إنزيم النيتروجيناز أثناء تطور الهيدروجين: توصيف باستخدام مطيافية الرنين النووي الإلكتروني". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 127 (17): 6231-41 . Bibcode : 2005JAChS.127.6231I . doi : 10.1021/ja043596p . PMID 15853328 . 
  27. ↑ دوان، بي. إي.، تيلسر، ج.، بارني، بي. إم.، إيغاراشي، آر. واي.، دين، دي. آر.، سيفيلدت، إل. سي.، هوفمان، بي. إم. (نوفمبر 2011). "تشير مطيافية الرنين النووي الإلكتروني للحديد-57 وتحليل "مخزون الإلكترونات" للوسيط E4 للنيتروجيناز إلى أن نواة أيون المعدن في العامل المساعد FeMo تدور عبر زوج أكسدة-اختزال واحد فقط" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 133 (43): 17329-40 . Bibcode : 2011JAChS.13317329D . doi : 10.1021/ja205304t . PMC 3232045. PMID 21980917 .  
  28. 1 2 3 4 نيس، ف. (ديسمبر 2005). "دورة ياندولوف/شروك وتفاعل النيتروجيناز: مسارات تثبيت النيتروجين المدروسة باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية". Angewandte Chemie . 45 (2): 196-199 . doi : 10.1002/anie.200502667 . PMID 16342309 . 
  29. 1 2 3 4 هينمان ب، نورسكوف جيه كيه (2008). "التحفيز بواسطة الإنزيمات: التخليق الحيوي للأمونيا". مواضيع في التحفيز . 37 (1): 55-70 . doi : 10.1007/s11244-006-0002-0 . S2CID 93357657 . 
  30. 1 2 شروك، ر. ر. (ديسمبر 2005). "الاختزال التحفيزي لثنائي النيتروجين إلى أمونيا عند مركز موليبدينوم واحد" . مجلة أبحاث الكيمياء . 38 (12): 955-962 . doi : 10.1021/ ar0501121 . PMC 2551323. PMID 16359167 .  
  31. 1 2 رودريغيز إم إم، بيل إي، برينيسيل دبليو دبليو، هولاند بي إل (نوفمبر 2011). "اختزال النيتروجين وهدرجته إلى الأمونيا بواسطة مركب جزيئي من الحديد والبوتاسيوم" . مجلة ساينس . 334 (6057): 780-783 . Bibcode : 2011Sci...334..780R . doi : 10.1126/science.1211906 . PMC 3218428. PMID 22076372 .  
  32. 1 2 أندرسون جيه إس، ريتل جيه، بيترز جيه سي (سبتمبر 2013). "التحويل التحفيزي للنيتروجين إلى أمونيا بواسطة مركب نموذجي من الحديد" . نيتشر . 501 ( 7465): 84-87 . Bibcode : 2013Natur.501...84A . doi : 10.1038/nature12435 . PMC 3882122. PMID 24005414 .  
  33. ↑ تشات جيه، ديلورث جيه آر، ريتشاردز آر إل (1978). "التطورات الحديثة في كيمياء تثبيت النيتروجين". مجلة الكيمياء. 78 ( 6): 589-625 . doi : 10.1021/cr60316a001 .
  34. ↑ موراكامي ج، ياماغوتشي و (14 مايو 2012). "اختزال النيتروجين بواسطة تجمعات التنجستن المدعومة يُقدّم نموذجًا للعملية التي يقوم بها إنزيم النيتروجيناز" . التقارير العلمية . 2 407. Bibcode : 2012NatSR...2..407M . doi : 10.1038/srep00407 . PMC 3350986. PMID 22586517 .  
  35. ↑ ديلورث إم جيه، إيدي آر آر (يوليو 1991). "الهيدرازين ناتج عن اختزال النيتروجين بواسطة إنزيم نيتروجيناز الفاناديوم من بكتيريا أزوتوباكتر كروكوكوم" . المجلة البيوكيميائية . 277 (2): 465-468 . doi : 10.1042/bj2770465 . PMC 1151257. PMID 1859374 .  
  36. ↑ هاجمان، آر. في.، وبوريس، آر. إتش. (يونيو 1978). "إنزيم النيتروجيناز وإنزيم اختزال النيتروجيناز يرتبطان وينفصلان مع كل دورة تحفيزية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 75 (6): 2699-2702 . Bibcode : 1978PNAS...75.2699H . doi : 10.1073/pnas.75.6.2699 . PMC 392630. PMID 275837 .  
  37. 1 2 جورجياديس إم إم، كوميا إتش، تشاكرابارتي بي، وو دي، كورنوك جيه جيه، ريس دي سي (سبتمبر 1992). "البنية البلورية لبروتين الحديد في إنزيم النيتروجيناز من بكتيريا أزوتوباكتر فيني لاندي". مجلة ساينس . 257 (5077): 1653-1659 . رمز Bibcode : 1992Sci...257.1653G . doi : 10.1126/science.1529353 . PMID 1529353 . 
  38. ↑ سيفيلدت إل سي، مورغان تي في، دين دي آر، مورتنسون إل إي (أبريل 1992). "تحديد موقع (مواقع) تفاعل MgATP وMgADP مع إنزيم النيتروجيناز في بكتيريا أزوتوباكتر فيني لاندي. يلعب الليسين 15 من بروتين الحديد دورًا رئيسيًا في تفاعل MgATP" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 267 (10): 6680-8 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)50480-X . PMID 1313018 . 
  39. ↑ رايل إم جيه، لانزيلوتا دبليو إن، مورتنسون إل إي، وات جي دي، سيفيلدت إل سي (يونيو 1995). "دليل على الدور المحوري لليسين 15 في بروتين الحديد النيتروجيناز لبكتيريا أزوتوباكتر فيني لاندي في ارتباط النيوكليوتيدات والتغيرات التركيبية للبروتين" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 270 (22): 13112-13117 . doi : 10.1074/jbc.270.22.13112 . PMID 7768906 . 
  40. 1 2 وول دي، دين دي آر، هوارد جيه بي (نوفمبر 1992). "نقل الإشارة لمجموعة النيوكليوتيدات والحديد والكبريت في بروتين الحديد النيتروجيناز: دور Asp125". مجلة ساينس . 258 (5084): 992-995 . Bibcode : 1992Sci...258..992W . doi : 10.1126/science.1359643 . PMID 1359643 . 
  41. ↑ كوهن، ميلدريد؛ هيوز، توماس ر. (1962). "أطياف الرنين المغناطيسي النووي لثنائي وثلاثي فوسفات الأدينوزين" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 237 : 176-181 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)81382-5 .
  42. 1 2 تشين إل، جافيني إن، تسورتا إتش، إليعازر دي، بورغيس بي كيه، دونياش إس، هودجسون كيه أو (فبراير 1994). "التغيرات التركيبية التي يحفزها MgATP في بروتين الحديد من بكتيريا أزوتوباكتر فيني لاندي، كما دُرست باستخدام تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 269 (5): 3290-3294 . doi : 10.1016/S0021-9258(17)41861-8 . PMID 8106367 . 
  43. ↑ سيفيلدت إل سي، دانس آي جي، دين دي آر (فبراير 2004). "تفاعلات الركيزة مع النيتروجيناز: الحديد مقابل الموليبدينوم". الكيمياء الحيوية . 43 (6): 1401-1409 . doi : 10.1021/bi036038g . PMID 14769015 . 
  44. ↑ أولز، ج. (أكتوبر 2000). "الحماية التنفسية للنيتروجيناز في أنواع الأزوتوباكتر: هل الفرضية الشائعة مدعومة بشكل قاطع بأدلة تجريبية؟" . مجلة FEMS لاستعراضات علم الأحياء الدقيقة . 24 (4): 321-333 . doi : 10.1111/j.1574-6976.2000.tb00545.x . PMID 10978541 . 
  45. ^ فرانكي ، فيليب. فرايبرجر، سيمون. تشانغ، لين؛ أينسل ، أوليفر (23/01/2025). "الحماية التكوينية لنيتروجين الموليبدينوم بواسطة بروتين شيثنا II" . طبيعة . 637 (8047): 998-1004 . دوى : 10.1038 / s41586-024-08355-3 . ISSN 0028-0836 . بمك 11754109 . بميد 39779845 .   
  46. ↑ شليزير، جوليا؛ رود، مايكل؛ جيرهاردت، ستيفان؛ إينسلي، أوليفر (13 يناير 2016). "تبديل بنيوي يُفعّل حماية النيتروجيناز من أضرار الأكسجين بواسطة بروتين شيثنا II (FeSII)" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 138 (1): 239-247 . doi : 10.1021/jacs.5b10341 . ISSN 0002-7863 . 
  47. ↑ أوت، توماس؛ فان دونجن، جوست ت.؛ غونتر، كاترين؛ كروسيل، لين؛ ديبروسيس، غيليم؛ فيجيولاس، هيلين؛ بوك، فيفيان؛ تشيكوفسكي، توماش؛ غايجنبرغر، بيتر؛ أودفاردي، مايكل ك. (29 مارس 2005). "الليغيموغلوبينات التكافلية ضرورية لتثبيت النيتروجين في عُقيدات جذور البقوليات، ولكنها ليست ضرورية لنمو النبات وتطوره بشكل عام". علم الأحياء الحالي . 15 (6): 531-535 . Bibcode : 2005CBio...15..531O . doi : 10.1016/j.cub.2005.01.042 . ISSN 0960-9822 . PMID 15797021 . كشف التحليل الفيزيولوجي للعقد من نباتات LbRNAi عن المساهمة الحاسمة لليغيموغلوبين في إنشاء تركيزات منخفضة من الأكسجين الحر ولكن حالة طاقة عالية في العقد، وهي ظروف ضرورية لتثبيت النيتروجين بشكل فعال.  
  48. 1 2 ريفيرا-أورتيز، جيه إم، وبوريس، آر إتش (أغسطس 1975). " التفاعلات بين ركائز ومثبطات النيتروجيناز" . مجلة علم البكتيريا . 123 (2): 537-45 . doi : 10.1128/JB.123.2.537-545.1975 . PMC 235759. PMID 1150625 .  
  49. 1 2 شراوزر، جي إن (أغسطس 1975). "محاكاة غير إنزيمية لتفاعلات النيتروجيناز وآلية تثبيت النيتروجين البيولوجي". Angewandte Chemie . 14 (8): 514-22 . doi : 10.1002/anie.197505141 . PMID 810048 . 
  50. 1 2 3 سيفيلدت إل سي، راش إم إي، إنسين إس إيه (أبريل 1995). "كبريتيد الكربونيل وثاني أكسيد الكربون كركائز جديدة، وثاني كبريتيد الكربون كمثبط جديد لإنزيم النيتروجيناز". الكيمياء الحيوية . 34 (16): 5382-9 . doi : 10.1021/bi00016a009 . PMID 7727396 . 
  51. 1 2 3 راش، م. إي.، وسيفيلدت، ل. س. (يوليو 1997). "اختزال الثيوسيانات والسيانات وثاني كبريتيد الكربون بواسطة النيتروجيناز: توصيف حركي وتحليل طيفي بالرنين المغناطيسي الإلكتروني". الكيمياء الحيوية . 36 (28): 8574-8585 . doi : 10.1021/bi970217e . PMID 9214303 . 
  52. ↑ غوث جيه إتش، بوريس آر إتش (أكتوبر 1983). "تثبيط تكوين الأمونيا المحفز بواسطة النيتروجيناز بواسطة الهيدروجين". الكيمياء الحيوية . 22 (22): 5111-22 . doi : 10.1021/bi00291a010 . PMID 6360203 . 
  53. 1 2 3 غارسيا، أماندا ك؛ هاريس، ديريك ف؛ ريفيير، أليكس ج؛ كاروثرز، بروك م؛ بينوشيه-باروس، أزول؛ سيفيلدت، لانس س؛ كاجار، بتول (17 فبراير 2023). " إحياء إنزيم النيتروجيناز وتطور آلية إنزيمية فريدة" . eLife . 12. Bibcode : 2023eLife..1285003G . doi : 10.7554 /eLife.85003 . PMC 9977276. PMID 36799917 .  
  54. ^ كويفاس-زوفيريا، برونو؛ ديتيمبلي، فرانكا؛ أمريتكار، كوستوب؛ جارسيا، أماندا ك.؛ سيفيلدت، لانس C؛ اينسل، أوليفر. كاجار، بتول (9 أبريل 2025). "التطور الهيكلي للنيتروجين عبر تاريخ الأرض" . الحياة الإلكترونية . 14 . دوى : 10.7554/eLife.105613.1 .
  55. 1 2 3 4 بي، هونغ وي؛ لين، جين جي؛ تشين، تشي آن؛ وانغ، بو هسيانغ؛ تشيانغ، ين رو؛ هوانغ، تشيه تشين؛ يونغ، تشيو تشونغ؛ لي، وين هسيونغ (1 سبتمبر 2022). "أصل وتطور تثبيت النيتروجين في بدائيات النوى" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 39 (9). doi : 10.1093 / molbev/msac181 . PMC 9447857. PMID 35993177 .  
  56. ^ ليو، يلينغ أ. لي تشي تشونغ. جوريكي، كامل؛ ستيبريتز، مارتن T .؛ دوفين، كالدر. سليمان، جوزيف ب. ريب، ماركوس دبليو؛ هو ، يلين (2 مايو 2025). "التوليف غير المتجانس لتناظرية النيتروجيناز المبسطة في الإشريكية القولونية" . تقدم العلوم . 11 (18) إيدو6785. بيب كود : 2025SciA...11.6785L . دوى : 10.1126/sciadv.adw6785 . بمك 12047441 . بميد 40315313 .  
  57. ^ لي تشي تشونغ. جوريكي، كامل؛ ستانج، مارتن؛ ريب، ماركوس دبليو؛ هو ، ييلين (14 يونيو 2024). "العامل المساعد maturase NifEN: نموذج أولي للنيتروجيناز القديم؟" . تقدم العلوم . 10 (24) eado6169. بيب كود : 2024SciA...10O6169L . دوى : 10.1126/sciadv.ado6169 . بمك 11168457 . بميد 38865457 .  
  58. ↑ لي جيه، غولدشميت-كليرمونت إم، تيمكو إم بي (ديسمبر 1993). "يُعدّ الجين chlB المُشفّر في البلاستيدات الخضراء ضروريًا لنشاط مختزلة بروتوكلوروفيليد غير المعتمد على الضوء في طحلب الكلاميدوموناس رينهاردتي" . خلية النبات . 5 (12): 1817-29 . doi : 10.1105/tpc.5.12.1817 . PMC 160407. PMID 8305874 .  
  59. ↑ واتزليش، د؛ بروكر، م. ج؛ أوليتشكا، ف؛ ريب، م؛ فيروس، س؛ يان، د؛ موزر، ج (5 يونيو 2009). "إنزيمات شبيهة بالنيتروجيناز هجينة لتخليق الكلوروفيل (البكتيري)" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 284 (23): 15530-40 . doi : 10.1074/jbc.M901331200 . PMC 2708849. PMID 19336405 .  
  60. 1 2 ستابلز سي آر، لاهيري إس، ريموند جيه، فون هيربوليس إل، موخوبادياي بي، بلانكنشيب آر إي (أكتوبر 2007). " التعبير عن نظائر النيتروجيناز من المجموعة الرابعة NifD وNifH وارتباطها في الأركيا غير المثبتة للنيتروجين Methanocaldococcus jannaschii" . مجلة علم البكتيريا . 189 (20): 7392-8 . doi : 10.1128/JB.00876-07 . PMC 2168459. PMID 17660283 .  
  61. ↑ ريموند جيه، سيفرت جيه إل، ستابلز سي آر، بلانكنشيب آر إي (مارس 2004). "التاريخ الطبيعي لتثبيت النيتروجين" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 21 (3): 541-554 . doi : 10.1093/molbev/msh047 . PMID 14694078 . 
  62. ↑ ديلورث، إم. جيه. (أكتوبر 1966). "اختزال الأسيتيلين بواسطة مستحضرات تثبيت النيتروجين من كلوستريديوم باستوريانوم". مجلة بيوشيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - مواضيع عامة . 127 (2): 285-294 . doi : 10.1016/0304-4165(66)90383-7 . PMID 5964974 . 
  63. ↑ سيمز جي كي، دونيجان إي بي (1984). "التغيرات اليومية والموسمية في نشاط النيتروجيناز ( اختزال C2H2) في جذور الأرز". بيولوجيا التربة والكيمياء الحيوية . 16 : 15-18 . doi : 10.1016/0038-0717(84)90118-4 .

للمزيد من القراءة

  • زومفت دبليو جي، مورتنسون إل إي (مارس 1975). "مركب تثبيت النيتروجين في البكتيريا". مجلة بيوكيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - مراجعات في علم الطاقة الحيوية . 416 (1): 1-52 . doi : 10.1016/0304-4173(75)90012-9 . PMID 164247 . 
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بالنيتروجيناز على ويكيميديا ​​كومنز