DSC00057 (43)

-r.    miMoicuna. ivoihi

wodorem (HCsN), związkami które mają wiązania potrójne, podobnie jak cząsteczka azotu. Redukcja acetylenu do etylenu jest reakcją charakterystyczną dla nitrogenazy i służy do oceny jej aktywności, zarówno in vivo, jak i in viiro.

Wyizolowana nitrogenaza równolegle z redukcją N2 katalizuje także wydzielanie gazowego wodoru:

8H⁺ +8e~ + N₂ -* 2NH₃+H₂

Jednak w nienaruszonych komórkach wydzielanie to jest niewielkie, ponieważ H2 jest natychmiast rozkładany w reakcji odwrotnej:

H₂ -» 2H⁺ +2e“

katalizowanej przez hydrogenazy. Enzymy te, różniące się umiejscowieniem w komórkach, należą do trzech odrębnych klas zależnie od składu grup prostetycznych. Zawierają centra Fe-S, Ni/Fe-S lub Ni/Fe-S/Se. Sinica Anacystis nidulans ma dwie różne hydrogenazy: jedną znajdującą się w tylakoidach, a drugą i w błonie cytoplazmatycznej. Zainteresowanie mikroorganizmami zdolnymi do fotosyntetycznej produkcji wodoru wzrasta ze względu na perspektywy użycia ich na dużą skalę do przetwarzania energii słonecznej.

Redukcja wiązania N2 nie może zachodzić w obecności tlenu. Reduktaza dinitrogenazy jest niezwykle wrażliwa na tlen, który inak-tywuje ją nieodwracalnie w czasie kilkudziesięciu sekund. Dlatego proces wiązania azotu musi odbywać się w warunkach beztlenowych. Nie stanowi to problemu dla • bakterii beztlenowych, takich jak Clostridium i Rhodobacter. Natomiast organizmy żyjące w warunkach tlenowych, zwłaszcza sinice wydzielające O2 fotosyntetyczny, muszą wytworzyć wewnętrzne mikrośrodowisko pozbawione tlenu. Środowiskiem takim jest wnętrze wspomnianych poprzednio wyspecjalizowanych heterocyst. Cyjanobakterie nie wytwarzające heterocyst ihogą wiązać N2

tylko w warunkach anaerobowych, np. wówczas, gdy znajdą się pod wodą. Na polach ryżowych żyją cyjanobakterie Ana-baena, które mogą wchodzić w symbiozę z paprocią wodną Azolla. W ciepłej wodzie pól ryżowych wiążą one do 80 kg Ńąjjią w ciągu roku. Inne (np. Gleotheca) rozdzielają czasowo fotosyntezę i wiązanie N2: wiążą azot w nocy, kiedy nie wydziela się fotosyntetyczny tlen. Wiele organizmów, zarówno symbiotycznych, jak i niesybiotycz-nych, zmniejsza stężenie O2 w komórkach bardzo intensywnie oddychając. Komórki roślin wchodzących w symbiozę dodatkowo wytwarzają duże ilości leghemoglobiny, białka hemowego wiążącego tlen, wykazującego znaczną homologię i podobieństwo strukturalne do zwierzęcej hemoglobiny. Białko to nadaje różowy kolor brodawkom zawierającym bakteroidy, a jego stężenie w cytoplazmie zainfekowanych komórek może być rzędu milimolowego. Leghemoglo-bina spełnia podwójną rolę: z jednej strony kontroluje stężenie wolnego tlenu, uczestnicząc w ten sposób w ochronie nitrogenazy. z drugiej ułatwia dyfuzję tlenu z cytoplaz-my rośliny do oddychających bakteroidów, a więc uczestniczy w dostarczaniu energii niezbędnej do redukcji cząsteczki N2.

Wrażliwość na tlen jest jedną z najlepiej poznanych cech systemu nitrogenazy. Przed kilkoma laty odkryto jednak nową nitrogenazę, która nie tylko jest niewrażliwa na tlen, ale w dodatku korzysta z elektronów dostarczanych przez reaktywną formę tlenu - ponad-tlenek. Ten nowy mechanizm wiązania N₂ odkryto w Streptomyces thermoautotrophicus, organizmach żyjących w glebie okrywającej stosy żarzącego się węgla drzewnego. W wyniku utlenienia tlenku węgla powstaje ponadtlenek, utleniany następnie przez oksy-doreduktazę ponadtlenkową zawierającą Mn, przekazującą elektrony z ponadtlenku na nitrogenazę. Nitrogenaza S. thermoautotrophicus zawiera wprawdzie klastery FeS i Mo, ale różni się od dotychczas poznanych enzymów działających w mikroorganizmach wiążących azot, między innymi niezdolnością do redukcji acetylenu.