آنزیم نیتروژناز علاوه بر احیای نیتروژن قادر به احیای پیش ماده‌های دیگر با ویژگی معمول، مولکول‌های کوچک و با پیوندهای چندگانه است. از جمله سوبستراهای این انزیم عبارت‌اند از: استیلن و دیگر الکین ها مانند پروپین و 1ـ بوتین ، الکن ها مانند آلن، 3و3ـ دی فلوروسیلکوپروپن، اتیلن و سیلکو پروپن، ترکیبات حاوی کربن و نیتروژن با پیوند سه گانه از جمله سیانید هیدروژن، نیتریل ها و ایزونیتریل ها و... . نیتروژناز همچنین می تواند پیوندهای C=O و C=S را در کربونیل سولفید (COS)،کربن دی سولفید (CS2)، تیوسیانات و سیانیت احیا کند.

     جنبه مهم فهم سازوکار نیتروژناز این است که چطور و کجا سوبستراها باند می‌شوند؟ با استفاده از جانشینی آمینو اسیدها در کوفاکتور Fe Mo اطلاعات قابل‌توجهی به دست آمده است. با این جانشینی ها ثابت شد که یک ارتباط معکوس بین اندازه زنجیره جانبی در موقعیت آلفا والین شماره 70 (α-Val70) و اندازه سوبسترا وجود دارد. به طوری که با کاهش اندازه زنجیره جانبی اندازه سوبسترا افزایش و با افزایش آن سایز سوبستراها کاهش می‌یابد. جایگاه احیا سوبسترا در صفحه 4Fe4S  ویژه در کوفاکتورFeMo  قرار دارد که α-Val70  سایز سوبستراها را برای دستیابی به جایگاه فعال کنترل می‌کند. Fe6 به عنوان یک جایگاه پیوندی ویژه برای برهم‌کنش سوبسترا در کوفاکتور است. الکین ها و نیتروژن نیز به احتمال بسیار زیاد در یک جایگاه احیا می‌شود.

به طور خلاصه با در نظر گرفتن Co، استلین، آزید، N2O و N2 ، دو جایگاه پیوندی سوبسترا و مهارکننده وجود دارد که درون پروتئین Fe Mo قرار گرفته است. جایگاه اول که قادر به پیوند با استلین یا Co است اما قادر به پیوند با N2، آزید یا N2O نیست. جایگاه دوم قادر به پیوند با Co ، استلین، آزید، N2O و سوبستراهای فیزیولوژیکی N2 است. همچنین مشخص شد که سایت 1 و 2 درون یک صفحه 4Fe4S از کوفاکتور Fe Mo  قرارگرفته که توسط α-Val70 , α-Arg69  و α-His195پیوند شده است.

یکی از مهم‌ترین خصوصیات سازوکار احیای N2 توسط نیتروژناز این است که زمانی که N2 به آن باند می‌شود بدون هیچ حد واسطی در نیتروژناز وابسته به مولیبدن به 2NH3 تبدیل می‌شود. در مدل پیشنهادی، فعال‌سازی N2 منجر به تشکیل سریع و فوری حد واسط دیازن پیوندی با فلز می‌شود و هیدروژناسیون بعدی تشکیل هیدرودیازن پیوندی با فلز و نهایتاً با آزادسازی 2آمونیاک است. نیتروژناز باید انرژی این حد واسط ها را با پایداری آن‌ها کاهش دهد. که  اکثراً از طریق پیوند با کلاستر فلزی و احتمالاً از طریق واکنش با زنجیره‌های جانبی آمینو اسیدی این کار را انجام می‌دهد.

احیای پروتون: در فقدان N2 و سایر سوبستراها تمام الکترون‌هایی که نیتروژناز طی جریان الکترونی عبور می‌کند برای احیا پروتون به کار می رود. زمانی که N2وجود داشته باشد کمتر از 25درصد از جریان الکترونی به سمت احیا پروتون می رود و 75درصد در جهت احیا N2به کار می رود. مشخص‌شده که تولید H2 با احیا N2 رقابت می‌کند. H2 معمولاً هر جا یک هیدرید در محل آهن تشکیل شود تولید می‌شود و این زمانی است که پروتون‌های اضافی در عدم N2 پیوندی به کوفاکتور انتقال پیدا می‌کند اگر N2  به کوفاکتور متصل شود پروتون‌ها  N2 را احیا می‌کنند.

مهارکنندگان آنزیم نیتروژناز: CO یک مهارکننده غیررقابتی قوی برای تمام سوبستراها بجز پروتون است . در حضور CO انتقال الکترون در طول سیستم مهار نمی‌شود. اما تمام الکترون‌ها به سمت تولید H2 می روند. مهارکننده دیگر نیتروژناز NO  است که پروتئین آهن دار و احتمالاً پروتئین MOFe را به صورت غیر برگشت‌پذیری غیرفعال می‌کند. نیتریت نیز پروتئین آهن دار را به طور غیر برگشت‌پذیری غیرفعال می‌کند. بین سوبستراها نیز اثرات متقابلی وجود دارد برای مثال،  H2 و N2O مهارکنندگان رقابتی N2  هستند.  CH3NC ,N3-, CN- به طور دو جانبه رقابتی هستند اما با N2 غیررقابتی هستند.  C2H2  غیررقابتی با N2 و  N3- است و احیا CN-  را افزایش می‌دهد و نیز می‌تواند آزادسازی H2  را به طور کامل متوقف کند .  N2 به طور رقابتی احیا C2H2 را مهار می‌کند درحالی‌که C2H2 با N2 غیررقابتی است.

این مدل رفتار مهاری غیر دو جانبه بین N2 و C2H2 ایجاب می‌کند که مخزن الکترون در MOFe باید دارای 6 الکترون باشد تا N2 را احیا کند. اما تنها 2 الکترون برای احیا C2H2 کافی است. N2 و C2H2 هر کدام سایت پیوندی خود را دارند و مهار متقابل از اینجا نشأت می‌گیرد که آن‌ها مخزن الکترونی را به دام می‌اندازند. درحالی‌که غلظت بالای C2H2 این مخزن را کاهش می‌دهد بنابراین این مخزن هیچ‌گاه نمی‌تواند محتوای بیشتر از 2 الکترون باشد که بتواند N2 را احیا کند. غلظت بالای N2 هرگز دسترسی C2H2را به مخزن الکترونی ممانعت نمی‌کند. بنابراین C2H2 یک مهارکننده غیررقابتی در مقابل  N2 است.

خانم قاسمی - دکتری اصفهان

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: