Nitrogenase

Nitrogenase is een enzym dat stikstof (N₂) in de lucht door reducering kan omzetten in een voor organismen opneembare vorm. Dit enzym komt o.a. voor bij wortelknobbelbacteriën (Rhizobium sp.), die voorkomen in de stikstofknolletjes van vlinderbloemigen. Maar het komt ook voor bij vrijlevende bacteriën. Zo komt het voor bij bepaalde Archaea. Stikstoffixerende Actinomyceten zijn eveneens bekend, zoals Cyanobacteriën (bijvoorbeeld Anabaena) of Proteobacteria (bijvoorbeeld Azotobacter).

Daar N₂ een zeer stabiel molecule is, is veel energie in de vorm van ATP nodig om de drievoudige binding tussen de stikstofatomen te verbreken. Bij deze reactie wordt ammoniak gevormd, dat gewoonlijk samen met glutaminezuur glutamine vormt.

Het nitrogenase van de meeste bacteriën is extreem gevoelig voor zuurstof. Daarom hebben deze bacteriën dikke slijmkapsels of bijzonder dikke celwanden. Bacteriën die een oxygene fotosynthese hebben, scheiden stikstoffixerende cellen (heterocysten) ruimtelijk af of assimileren de stikstof alleen s' nachts als de lichtafhankelijke fotosynthese in rust is.

Streptomyces thermoautotrophicus, een thermofiele bacterie die uit kolenmeilers geïsoleerd werd, heeft een nitrogenase dat geen last heeft van zuurstof.

De door nitrogenase gekatalyseerde gesommeerde reactie is:

N₂ + 8H⁺ + 8e^- + 16 ATP → 2NH₃ + H₂ + 16ADP + 16 P_i

Het actieve centrum van het enzym bestaat uit een cluster van ijzer- en molybdeenatomen. Enkele bacteriën zijn in staat om bij gebrek aan molybdeen andere nitrogenasen te vormen, die in plaats van molybdeen vanadium of ijzer bevaten.

Stikstofbinding is een relatief complex, zeer goed gereguleerd proces, waarbij verschillende enzymen betrokken zijn, waarvan nitrogenase de belangrijkste is. Een ander belangrijk enzym bij de stikstofbinding is dinitrogenase-reductase.