[科普中國(guó)]-釩固氮酶

釩固氮酶，是一種在固氮細(xì)菌身上發(fā)現(xiàn)的酵素，它是第二種固氮方法，當(dāng)主要的金屬鉬固氮酵素?zé)o法運(yùn)作時(shí)。 在自然的氮循環(huán)中，釩固氮酶是非常重要的構(gòu)成要素，它將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)換成氨，使原本無(wú)法被植物利用的氮?dú)庾兂捎杏玫摹Ｗ罱绹?guó)的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一氧化物存在時(shí)就會(huì)減少釩固氮酶，并產(chǎn)生乙烯、乙烷、丙烷。

簡(jiǎn)介釩固氮酶，是一種在固氮細(xì)菌身上發(fā)現(xiàn)的酵素，它是第二種固氮方法，當(dāng)主要的金屬鉬固氮酵素?zé)o法運(yùn)作時(shí)。在自然的氮循環(huán)中，釩固氮酶是非常重要的構(gòu)成要素，它將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)換成氨，使原本無(wú)法被植物利用的氮?dú)庾兂捎杏玫?。最近美?guó)的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一氧化物存在時(shí)就會(huì)減少釩固氮酶，并產(chǎn)生乙烯、乙烷、丙烷。1

生物上的功能釩固氮酶在一些菌屬中被發(fā)現(xiàn)，例如：Azotobacter和R. palustris及A. variabilis等品種的細(xì)菌.釩固氮酶的最重要功能是和常見(jiàn)的鉬固氮酵素相配合，且作為替代的固氮方法，當(dāng)鉬的固氮酵素?zé)o法作用時(shí)。

釩固氮酶有 α2β2?2的單位蛋白結(jié)構(gòu)，而鉬的固氮酵素則是α2β2的結(jié)構(gòu)。 雖然在結(jié)構(gòu)的基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)譯后，只有15%與鉬的固氮酵素相同，但兩者卻有著相同的氧化還原中心。在室溫下，釩固氮酶較鉬的固氮酵素不活潑， 這是因?yàn)樗D(zhuǎn)換更多的H成 H2.然而，在低溫下，釩固氮酶被發(fā)現(xiàn)是比鉬的固氮酵素還活潑，而且它甚至可以在5℃下的低溫下固氮，它在低溫下的固氮能力是鉬鐵酵素的十倍高。不像鉬的固氮酵素，少量的聯(lián)氨、異腈、和乙炔能在接觸反應(yīng)中被轉(zhuǎn)換成乙烯、乙烷、和丙烷。 釩固氮酶痕容易被氧化，所以它只能在無(wú)氧的環(huán)境下作用并且它有著相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)制來(lái)預(yù)防接觸到氧氣。1

固氮作用固氮作用（英語(yǔ)：Nitrogen fixation），簡(jiǎn)稱固氮，指將空氣中游離態(tài)的氮（氮?dú)猓┺D(zhuǎn)化為含氮化合物（如硝酸鹽、氨、二氧化氮）的過(guò)程。可分為自然固氮以及人工固氮兩種。

自然固氮（Natural nitrogen fixation）是在自然狀態(tài)下（非人工），將大氣中游離態(tài)的氮（氮?dú)猓┺D(zhuǎn)化為含氮化合物（如硝酸鹽、氨、二氧化氮）的過(guò)程。自然固氮的途徑主要有兩種：

氣電固氮：在大氣中游離態(tài)的氮通過(guò)閃電等產(chǎn)生含氮化合物的高能固氮，約占自然固氮的10%。

生物固氮：即自然界中的一些微生物種群（如豆科植物的根瘤菌）通過(guò)體內(nèi)的固氮酶將空氣中的氮?dú)馔ㄟ^(guò)生物化學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)化為含氮化合物，約占自然固氮的90%。

生物固氮更多信息：固氮生物

微生物自生或與植物共生，通過(guò)體內(nèi)固氮酶的作用，將大氣中的氮還原成氨的過(guò)程。自生固氮的細(xì)菌有固氮菌、巴氏梭菌、克氏桿菌、光合細(xì)菌等。與豆科植物共生固氮的有根瘤菌。非豆科植物共生固氮的有放線菌。藍(lán)綠藻如念珠藻、項(xiàng)圈藻等能自身固氮，也能與其他植物如滿地紅共生固氮。此外茜草科、紫金?？坪褪硎毧浦心承┲参锶~片上有固氮微生物共生的葉瘤。

固氮機(jī)制固氮對(duì)于植物和土壤的氮肥供應(yīng)有重要作用。其機(jī)制即菌體通過(guò)固氮酶將大氣中游離態(tài)的氮（氮?dú)猓┺D(zhuǎn)化為含氮化合物、注入到土壤中，從而提高土壤的肥力，謂之生物固氮。或大氣中游離態(tài)的氮通過(guò)閃電等產(chǎn)生含氮化合物的高能固氮，謂之氣電固氮。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)