据估计，全世界陆地每年生物固氮量可达2亿【，比工业固氮量还要多。虽然由于工 业的发展工业固氨量有不断增加的趋势，但工业固氮要耗用大量的能源，而且会污染环境， 因此大力发展生物固氮，对增加浓作物的氮肥来源有重大意义。 生物固氮是在生物体内由酶催化进行的，所以能在常温常压下进行。目前国内外对生 物固氮的生化过程及固氮机理正在积极展开研究。在了解固氮机理之后，人们便可以进行 人工的化学模拟，大大节省能源，减少污染，为生产合成氨开辟广阔的途径。此外，人们 也企图通过遗传工程技术，使不能固氮的禾本科作物也能像豆科作物那样进行固氮，便可 以大量节省氮肥，并使禾本科作物的产量提高到一个新的水平。 (2)固氮酶的结构 目前己发现的固氮生物近50个属，包括细菌、放线菌和蓝细 菌，它们都是原核微生物。 在所有研究过的细菌中，固氮酶 ,铁蛋白 均是由两种铁硫蛋白组成的。其中一 种还含有钼，称为相铁蛋白：另一种 则不含钼而只含有铁，称为铁蛋白。 钼铁蛋白为一个四聚体，含2个α亚 基和两个B亚基(aB2),a、B亚 基的相对分子质量分别为51000和 60000,整个四聚体的相对分子质量 为220000。每个四聚体含2个M0 Mo 原子，约24个Fe原子，约24个s2, 约30个巯基，可能以三个Fe4S4簇 (FeS4 cluster)的形式存在。此外， 还发现有些钼铁蛋白含有相当量的 Mg、Cu、Ca、Zn。铁蛋白为二聚体， 图9-6固氮酶分子的假设结构 含两个相同的亚基，相对分子质量为 55000。每个二聚体含4个Fe原子、4个S2和12个巯基。铁蛋白是一种对氧十分敏感的 铁硫蛋白。钼铁蛋白与铁蛋白结合成固氮酶分子（图9-6）而起固氮作用。 (3)固氮酶催化的反应及反应条件固氮酶的主要底物是N2,还原产物是NH: N2+6H*+6e→2NH 固氮酶除可以还原N2外，还可以还原多种底物，如可以还原NO: N0+2H+2e N2O可结合在固氨酶的活性中心，因而对固氮起竞争性抑制作用。固氨酶也能使H还原 而放出氢： 2H++2e→H2 此外，固氮酶还能还原乙炔(CH)生成乙烯 CH2+2H+2e→CH 固氮酶的反应要求下列条件： ①还原剂Carnahan(1960)最初用无细胞提取液研究固氮作用时，发现必须有丙酮酸 241 241 据估计，全世界陆地每年生物固氮量可达 2 亿 t，比工业固氮量还要多。虽然由于工 业的发展工业固氮量有不断增加的趋势，但工业固氮要耗用大量的能源，而且会污染环境， 因此大力发展生物固氮，对增加农作物的氮肥来源有重大意义。 生物固氮是在生物体内由酶催化进行的，所以能在常温常压下进行。目前国内外对生 物固氮的生化过程及固氮机理正在积极展开研究。在了解固氮机理之后，人们便可以进行 人工的化学模拟，大大节省能源，减少污染，为生产合成氨开辟广阔的途径。此外，人们 也企图通过遗传工程技术，使不能固氮的禾本科作物也能像豆科作物那样进行固氮，便可 以大量节省氮肥，并使禾本科作物的产量提高到一个新的水平。 （２）固氮酶的结构 目前已发现的固氮生物近 50 个属，包括细菌、放线菌和蓝细 菌，它们都是原核微生物。 在所有研究过的细菌中，固氮酶 均是由两种铁硫蛋白组成的。其中一 种还含有钼，称为钼铁蛋白；另一种 则不含钼而只含有铁，称为铁蛋白。 钼铁蛋白为一个四聚体，含 2 个  亚 基和两个  亚基（ 22 ），α、  亚 基的相对分子质量分别为 51 000 和 60 000，整个四聚体的相对分子质量 为 220 000。每个四聚体含 2 个 Mo 原子，约 24 个 Fe 原子，约24 个 S 2-， 约 30 个巯基，可能以三个 Fe4S4 簇 （Fe4S4 cluster）的形式存在。此外， 还发现有些钼铁蛋白含有相当量的 Mg、Cu、Ca、Zn。铁蛋白为二聚体， 含两个相同的亚基，相对分子质量为 55 000。每个二聚体含 4 个 Fe 原子、4 个S 2-和 12个巯基。铁蛋白是一种对氧十分敏感的 铁硫蛋白。钼铁蛋白与铁蛋白结合成固氮酶分子（图 9-6）而起固氮作用。 （３）固氮酶催化的反应及反应条件 固氮酶的主要底物是 N2，还原产物是 NH3： N2 ＋ 6H＋ ＋ 6e- → 2NH３ 固氮酶除可以还原 N2 外，还可以还原多种底物，如可以还原 N2O： N2O ＋ 2H＋ ＋ 2e- → N2 ＋ H2O N2O 可结合在固氮酶的活性中心，因而对固氮起竞争性抑制作用。固氮酶也能使 H ＋还原 而放出氢： 2H＋ ＋ 2e- → H2 此外，固氮酶还能还原乙炔（C2H2）生成乙烯： C2H2 ＋ 2H＋ ＋ 2e- → C2H4 固氮酶的反应要求下列条件： ① 还原剂 Carnahan(1960)最初用无细胞提取液研究固氮作用时，发现必须有丙酮酸 图 9-6 固氮酶分子的假设结构