概述固氮酶的多样性介绍

　　在 Bishop等发现第二套固氮系统以前 , 人们一直认为 ,钼铁蛋白和铁蛋白组成的固氮酶系统是固氮生物中起固氮作用的唯一系统 。 Bishop在对棕色固氮菌的研究中 ,发现存在另外一种固氮酶系统 , 使生物体在缺乏 Mo的条件下可以固氮生长 。这种含钒固氮酶只在无 Mo而有 V的条件下表达 ,由 VFe蛋白和 Fe蛋白 -2组成 ,被认为是一种 “备份 ”的固氮酶系统。 Fe蛋白 -2由 vnfH编码 ,分子量为 64kD,结构和功能均与含钼固 氮酶的 铁蛋 白类 似 ；二 者之 间的 同源 性达90%。钒铁蛋白的结构特性和钼铁蛋白相似 ,但除 α2β 2外 ,还含有一个小的 δ亚基 , 组成 α2 β2 δ2六聚体 。VFe蛋白含有一个与 FeMoco类似的FeVco活性中心和一个与 MoFe蛋白中具有相似波谱特性的 P-簇 。在催化氮还原的过程中 ,与含钼固氮酶相比较 , 含钒固氮酶的催化过程释放更多的 H2, 消耗更多的 MgATP。但是 ,含钒固氮酶在低温条件下比含钼固氮酶更具有活性 ,从而在进化过程中得以保存 。

　　第三套固氮酶系统是铁铁固氮酶 , 其固氮活性极低 ,由 FeFe蛋白和 Fe蛋白 -3组成 。 Fe蛋白 -3与含钼固氮酶系统中的 Fe蛋白的氨基酸序列同源性只有60%；FeFe蛋白与 VFe蛋白在 α和 β 的氨基酸序列同源性为 55%,与 MoFe蛋白的同源性只有 32%。这三套固氮酶分别由 nif、vnf及其 anf基因簇调控 ,它们的固氮能力表现为含 Mo酶 >含 V酶 >仅含Fe。