Wednesday, May 16, 2007

Nitrogenasa

La nitrogenasa es el sistema enzimático responsable de la fijación de nitrógeno. Dos componentes proteicos, una proteína de Fe y otra de Mo-Fe, dan lugar al complejo enzimático nitrogenasa. Los electrones van de un agente reductor (ATP) a la proteína de Fe y después a la proteína de Mo-Fe para finalmente llegar al sustrato. La FeMo es un dímero (65 000 Da) con un enlace de un cluster simple de Fe4S4 entre las dos subunidades.

La molécula de N2 tiene un triple enlace con una energía de 225 kcal/mol, El nitrógeno molecular es la molécula diatómica más inerte. Su falta de reactividad se debe a la enorme diferencia de energía entre sus orbitales llenos y los vacantes. Los orbitales moleculares llenos son bajos en energía (-15.6 eV) y sus orbitales vacíos son de muy alta energía (-7 eV). Como resultado es muy difícil añadir o remover electrones a la molécula de dinitrógeno en el estado basal. Por lo tanto N2 a temperatura ambiente es inerte a fuertes agentes oxidantes como el F2, y a fuertes agentes reductores como el Na metálico, sin embrago, la reducción de N2 es termodinámicamente favorable:
Y a un pH=7

Uno de los avances más importantes para entender el funcionamiento de la nitrogenas fue la determinación estructural del cofactor MoFe7S8, que contiene dos clusters de 4fe-4S unidos por puentes de azufre, este tipo de clusters es común en los sistemas de transferencia electrónica y permanece intacto durante la secuencia de las reacciones de transferencia electrónica. Todo indica que en este cluster tiene lugar la reducción de N2, ya que este podría enlazarse a este cluster y reducirse adicionando protones.

No obstante el mecanismo sigue siendo poco claro y se siguen haciendo investigaciones con modelos para entender como es que la molécula de nitrógeno se enlaza. Lo que sí se sabe es que los electrones son transferidos, dentro del sistema de fijación de nitrógeno, a través de la ferredoxina (in vivo) o por la flavodoxina (in vitro), mediante la transferencia de un simple electrón a la proteína de Fe, luego la proteína de Fe transfiere los electrones (uno a la vez) a la proteína de MoFe, donde la N2 se transforma en NH3. La conversión de N2 a NH3 por las nitrogenasas ocurre por una secuencia de reacciones de transferencia hidronio-electrones (los electrones son provistos a través del sistema transportador de electrones y los hidronios son mediados por el solvente acuoso).

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