Φωτίζοντας τον τρόπο με τον οποίο η αζωτάση κάνει αμμωνία

Η αζωτάση είναι ένα αξιοσημείωτο σύμπλεγμα ενζύμων που καταλύει τη μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου (N2) στην αμμωνία (NH3), ένα κρίσιμο βήμα στον κύκλο του αζώτου και απαραίτητο για τη ζωή στη γη. Η κατανόηση του περίπλοκου μηχανισμού της αζωτάσης υπήρξε μια μακροχρόνια πρόκληση στη βιοχημεία και έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος τα τελευταία χρόνια.

Το σύμπλοκο ενζύμου αζωτάσης αποτελείται από δύο μεταλλοενζύματα:την πρωτεΐνη μολυβδαινίου-σιδήρου (MOFE) και την πρωτεΐνη σιδήρου-θηλίου (FES). Η πρωτεΐνη MOFE φιλοξενεί την ενεργό θέση όπου συμβαίνει η μείωση του Ν2, ενώ η πρωτεΐνη FES χρησιμεύει ως δότη ηλεκτρονίων και μονάδα υδρολύματος ΑΤΡ.

δέσμευση αζώτου:

1. πρόσβαση υπόστρωμα: Η ενεργός θέση της αζωτάσης είναι βαθιά θαμμένος μέσα στην πρωτεΐνη MOFE, δημιουργώντας ένα προστατευτικό περιβάλλον για τη λεπτή διαδικασία μείωσης του Ν2. Μία σειρά υπολειμμάτων αμινοξέων και συμπαράγοντα μολυβδαινίου (MOFE7S9C-homocithate) σχηματίζουν τον "συμπαράγοντα Femo", το οποίο χρησιμεύει ως θέση δέσμευσης για το Ν2.

2. Αδύναμη δέσμευση: Το άζωτο δεσμεύει αναστρέψιμα τον συμπαράγοντα Femo μέσω μιας αλληλεπίδρασης "side-on", όπου ο τριπλός δεσμός Ν-Ν είναι παράλληλος με το συμπλέγματος FEMO. Αυτή η αδύναμη δέσμευση επιτρέπει την απαραίτητη κινητικότητα και ενεργοποίηση του N2.

μείωση του αζώτου:

1. υδρόλυση ATP: Η πρωτεΐνη FES υδρολύει την ΑΤΡ για να παρέχει ενέργεια για τη διαδικασία μείωσης του αζώτου. Αυτή η υδρόλυση παράγει ένα ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας που μεταφέρεται στην πρωτεΐνη MOFE.

2. Μεταφορά ηλεκτρονίων: Το ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας μειώνει μια σειρά συστάδων σιδήρου-θηλίου μέσα στην πρωτεΐνη MOFE, παρέχοντας τελικά το ηλεκτρόνιο στον συμπαράγοντα Femo.

3. Πρωτονία και αναγωγική διάσπαση: Ο μειωμένος συμπαράγοντας Femo αλληλεπιδρά με πρωτόνια (Η+) από το περιβάλλον. Αυτά τα πρωτόνια, μαζί με τα ηλεκτρόνια, συμμετέχουν σε μια σειρά βημάτων μείωσης πρωτονίωσης που οδηγούν στη διάσπαση του τριπλού δεσμού Ν-Ν. Αυτή η διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό δύο μορίων NH3.

Ο μηχανισμός αζωτάσης περιλαμβάνει πολλαπλούς κύκλους υδρόλυσης, μεταφορά ηλεκτρονίων και αντιδράσεις μείωσης πρωτονίων. Κάθε κύκλος φέρνει το N2 πιο κοντά στην πλήρη μείωση, αποδίδοντας τελικά δύο μόρια αμμωνίας. Το σύμπλεγμα ενζύμου υφίσταται επίσης μια σειρά μεταβολών διαμόρφωσης κατά τη διάρκεια του καταλυτικού κύκλου, οι οποίες διευκολύνουν τη δέσμευση του υποστρώματος, τη μεταφορά ηλεκτρονίων και την απελευθέρωση του προϊόντος.

Παρά τη σημαντική πρόοδο που σημειώθηκε στην κατανόηση της αζωτάσης, εξακολουθούν να υπάρχουν πτυχές του μηχανισμού της που παραμένουν να διασαφηνιστούν πλήρως. Περαιτέρω έρευνα στοχεύει στην παροχή λεπτομερέστερης περιγραφής των περίπλοκων βημάτων που εμπλέκονται στη μείωση του αζώτου και στη ρύθμιση της δραστικότητας της αζωτάσης, συμβάλλοντας στην κατανόηση αυτής της ζωτικής βιολογικής διαδικασίας.