(二)固氨酶催化的反应及条件 周氮酶催化N,还原为NH,的反应： N、+6e-+12ATp+12H.O 2NH:+12ADP+12Pi+4H 固氨酶还可催化其它 些还原反应，例如将乙炔还原为乙烯的反应 CH≡CH+2H+2e CH2=CH2 所以常通过测定乙烯生成量来测定固氮酶的活性。 固氮酶催化还原反应需要满足下列条件： 1。还厦剂 固氮酶催化的反应是还原反应，所以需要有强还原剂。在多数固氮微生物中这个电子 来源是铁氧还蛋白(ferredoxin,Fd),铁氧还蛋白是由4fe-4S组成的一种电子载体，有氧 化(Fd)和还原(Fdd)两种状态。首先，铁氧还蛋白接受光合作用或氧化反应产生的 电子，转变成还原态，还原态铁氧还蛋白再把电子传递给铁蛋白，然后ATP与铁蛋白结合， 并通过改变其构象而将其氧化还原电势从029V变为-040V,从而使铁蛋白的还原能力加 强，进而把自己的电子传递给钼铁蛋白，然后ATP被水解，铁蛋白与钼铁蛋白分离开，最 后 与钼铁蛋白复合物相结合的N被还原为NH(图8-6)。 2ADP+2Pi Fd Fe-蛋白ox MoFe.蛋白red 光合 生的电 Fd Fe.蛋白re MoFe-蛋白ox 2NH 2ATP 图8-6图氯南的电子传递体系 2.ATP供能 由于还原N2的反应是一个放能反应： N2+6Fdox+8H* 2NH4*+6Fd'cd △G'(pH=7)=-8.910/moL 这个反应可以自发进行，但固氮反应中铁氧还蛋白的还原需要有ATP提供能量。ATP以 Mg-ATP络合物的形式存在，每传递一个电子需要2分子MgAP,即每还原一分子 需消耗约12分子Mg-ATP 3.厌氧环境 由于铁蛋白对氧十分敏感，所以固氮酶要在厌氧条件下才能催化固氮反应。这对厌气 性微生物来说是不成问题的：兼气性固氨微生物则只有在厌气条件下才能固氮：而对于好 气性固氨生物必须有防氧指施，现在已知道，不同的固氮微生物有不同的防氧机理。例如 吸作用把氧消耗掉：根瘤菌是靠豆血红蛋白(leghemoglobin 与氧结合而作为一种防氧措施。 (三)氢代谢 在固氮过程中常伴有H,的产生。氢代谢的内容较复杂，主要包括以下两方面： 266266 （二）固氮酶催化的反应及条件 固氮酶催化 N2 还原为 NH3 的反应： N2 + 6e － + 12ATP + 12H2O 2NH3 +12ADP + 12Pi + 4H + 固氮酶还可催化其它一些还原反应，例如将乙炔还原为乙烯的反应： CH≡CH +2H ＋ +2e － CH2＝CH2 所以常通过测定乙烯生成量来测定固氮酶的活性。 固氮酶催化还原反应需要满足下列条件： 1．还原剂 固氮酶催化的反应是还原反应，所以需要有强还原剂。在多数固氮微生物中这个电子 来源是铁氧还蛋白（ferredoxin，Fd），铁氧还蛋白是由 4Fe-4S 组成的一种电子载体，有氧 化（Fdox）和还原（Fdred）两种状态。首先，铁氧还蛋白接受光合作用或氧化反应产生的 电子，转变成还原态，还原态铁氧还蛋白再把电子传递给铁蛋白，然后 ATP 与铁蛋白结合， 并通过改变其构象而将其氧化还原电势从-0.29V 变为-0.40V，从而使铁蛋白的还原能力加 强，进而把自己的电子传递给钼铁蛋白，然后 ATP 被水解，铁蛋白与钼铁蛋白分离开，最 后，与钼铁蛋白复合物相结合的 N2 被还原为 NH4 +（图 8-6）。 2ADP+2Pi Fdred Fe-蛋白 ox MoFe-蛋白 red N2 光合作用 或呼吸作用 产生的电子 Fdox Fe-蛋白 red MoFe-蛋白 ox 2NH3 2ATP 图 8-6 固氮酶的电子传递体系 2．ATP 供能 由于还原 N2 的反应是一个放能反应： N2 + 6Fdox + 8H + 2NH4 + + 6Fd + red △G′（pH=7）= －8.9 10 4 J/moL 这个反应可以自发进行，但固氮反应中铁氧还蛋白的还原需要有 ATP 提供能量。ATP 以 Mg-ATP 络合物的形式存在，每传递一个电子需要 2 分子 Mg-ATP，即每还原一分子 N2 需消耗约 12 分子 Mg-ATP。 3． 厌氧环境 由于铁蛋白对氧十分敏感，所以固氮酶要在厌氧条件下才能催化固氮反应。这对厌气 性微生物来说是不成问题的；兼气性固氮微生物则只有在厌气条件下才能固氮；而对于好 气性固氮生物必须有防氧措施，现在已知道，不同的固氮微生物有不同的防氧机理。例如， 固氮菌属（azotobacter）通过呼吸作用把氧消耗掉；根瘤菌是靠豆血红蛋白（leghemoglobin） 与氧结合而作为一种防氧措施。 （三）氢代谢 在固氮过程中常伴有 H2 的产生。氢代谢的内容较复杂，主要包括以下两方面：