ь использование АТР-генерирующей системы в виде смеси креа-тинфосфата (дополнение 10-Е), креатинкиназы и небольшого количества ADP.

В каждом случае исследовавшуюся нитрогеназную систему можно было легко разделить на два компонента. Один из них, азоферредок-син (azoFd, известный также как компонент II), представляет собой чрезвычайно чувствительный к кислороду Fe-S-белок. Азоферредоксии состоит из двух идентичных пептидных цепей с одинаковым (30 ООО) мол. весом. Каждый димер содержит четыре атома Железа, 4S2- и 12

8* Йц*а-;14

титруемых тиоловых групп. Другим компонентом служит молнбдофер-редоксин (MoFd, называемый также компонентом I), который содержит железо, молибден и лабильный сульфид. В этом белке имеются пептидные цепн двух типов, с мол. весом ~51 ООО н 60 000, составляющие смешанный (агРг) тетрамер. Каждый смешанный тетрамер содержит два атома молибдена, ~24 атома железа, ~24 сульфид-иона и

~ 30 титруемых тиоловыхFe4S,-кластеры ГруПП, ВерОЯТНО СОСТЭБЛЯЮЩИХ

по три Fe4S4-KJiacTepa на каждый атом молибдена (гл. 10, разд. В). В результате ассоциации этих белков образуется нитрогеназный комплекс, содержащий две димерные молекулы azoFd и одну молекулу MoFd (рис. 14-1).

При восстановлении azoFd наблюдается сигнал ЭПР с g=l,94, типичный для Fe-S-белков (гл. 10, разд. В). На этот сигнал сильное влияние оказывает взаимодействие Mg2+ и АТР; вместе с тем на сложную совокупность сигналов ЭПР, наблюдаемых при восстановлении MoFd, АТР никакого действия не оказывает. Из этих и других наблюдений сложилось представление о том, что azoFd служит переносчиком электронов, ответственным за восстановление молибдена, содержащегося в MoFd. Образовавшийся таким путем Mo(IV) далее восстанавливает N2 путем двухэлектронного процесса, сопровождающегося образованием Mo (VI) [уравнение (14-6)]:

OKUCA

Восстановитель - Аэо Fdi

'soccm

Окисленнь/й

восстановитель ^ АзоШ

Согласно этой схеме, для полного восстановления N2 до двух молекул аммиака требуются три последовательные двухэлектронные стадии. Альтернативным процессом служит восстановление двух протонов в Н2, как это указано штриховыми стрелками в уравнении (14-6). АТР, по-видимому, приводит в действие поток электронов аналогично идущему под действием АТР «обратному потоку электронов» в дыхательной цепи (гл. 10, разд. Д, 7). Это также схематически показано в уравнении (14-6). Было показано [9], что АТР прочно связывается с azoFd и понижает Я0' (рН 7,5) с —0,29 до —0,40 В. Как ни удивительно, но большинство исследователей обнаруживали, что на перенос двух электронов расходуется 4—5 молекул АТР. Восстановление N2 восстановленным ферредоксином [уравнение (14-7)] с термодинамической точки зрения может идти самопроизвольно:

, . N8+6FdBoccT + 8H+ * 2NHt-f SFd^ , (14-7)

< АГ?' (ПН 7) 4- 89,3* кДж * моль-1 нли, —- 29,8 кДж на 2 электрона.

Однако N2 химически необычайно инертен. Таким образом, для преодоления высокого активационного барьера распад АТР, возможно, должен быть сопряжен с работой иитрогеназной системы более чем одним путем [10]. Не исключено и то, что in vivo потребность в АТР ниже, чем в изолированных системах.

У некоторых бактерий, например у строгого анаэроба Azotobacter, донором электронов для восстановления N2 служит NADPH. AzoFd, согласно имеющимся данным, предпочтительно акцептирует электроны, поступающие из цепи переносчиков, включающей по крайней мере обычный бактериальный ферредоксин (Fd) и специальный одноэлек-тронный акцептор азотофлавин [11]. Этот флавопротеид, несколько более крупный, чем флаводоксины (гл. 8, разд. И, 5), по-видимому, играет особую роль в фиксации N2. Предполагаемая система переноса электронов схематически представлена в уравнении

\ АТР

NADPH >- Fd »- Азотофлавин >- AzoFd >- MoFd »- Na (14-8)

Дополнение 14-A

Молибден

Уже давно признано, что молибден относится к элементам, необходимым растениям для роста, однако никаких убедительных данных об обязательном его присутствии в пище животных пока не получено. Тем не менее он обнаружен по крайней мере в трех ферментах животных и, кроме того, еще в четырех ферментах бактерий и растений3'б. Альдегидоксида-за, ксантиноксидаза печени (т. 2, стр. 265) и родственные ксантиндегидрогеназы некоторых бактерий содержат молибден, существенный для проявления каталитической активности. Сульфитоксидаза печени (гл. 14, разд. Ж), нитратредук-таза бактерий ,и растений (гл. 10, разд. Е.2), бактериальная формиатдегидрогеназа (гл. 9, разд. В, 3) и нитрогеназа (данный раздел книги) — вот список известных ферментов, активность которых зависит от присутствия молибдена.

Молибден — металл второй переходной группы, один из немногих тяжелых элементов, заведомо существенных для жизни. В наиболее устойчивом окисленном состоянии, Mo(VI), молибден содержит заполненную 4Б-оболочку и имеет 4fif-op-битали, доступные для образования координационных связей с анионными лигандами. Предпочтительными являются координационные числа 4 или 6, но к молибдену