Bioquímica fijación

Bioquímica de la fijación:
La mayor parte del N2 necesario para el crecimiento de las plantas proviene de la atmosfera.
5% se fija por oxidación, provocada por las descargas de las tormentas + 95% se fija por microorganismos (fijación biológica del N2)
Forma parte de las biomoléculas: proteínas, ácidos nucleicos, porfirinas y alcaloides.
N2 se obtiene por las plantas por absorción del sueloen forma de NO3 y NH4, o por reducción del N2 atmosférico estableciendo asociaciones simbióticas con diversas bacterias.
FIJACION BIOLOGICA DEL NITROGENO
Es catalizada por el complejo enzimático nitrogenasa.
Es una reacción endergónica (aprox. 960 kJ/mol N2 fijado)
Estequiometria: N2+16ATP+10H+8e  2NH4+H2+16ADP+16Pi
En condiciones fisiológicas los electrones son utilizados para reducir N2a NH4 y en menor cuantía H a H2.
Propiedades físico químicas:
Este enzima consta de dos ferrosulfoproteínas:
1. Fe-proteína (dinitrogenasa reductasa, componente II) dímero con una estructura α2, que contiene un centro [4Fe-4S]
2. FeMo-proteína (dinitrogenasa, componente I) tetrámero con estructura α2β2. Contiene átomos de Fe, S y Mo : 16 formando 4 centros [4Fe-4S] llamados centros P, 2 Feformando un centro S y los restantes forman dos centros que contienen además Mo.
Estequiometria de los centros: [Fe6MoS8]. Los dos centros constituyen el cofactor FeMo. Las dos proteínas que componen este cofactor son sensibles al O2 y se inactivan irreversiblemente cuando se exponen al aire.
Requerimientos enzimáticos
Donador de electrones: ATP, Mg+2
[O2] extremadamente baja.
El reductor invivo de la nitrogenasa es una proteína de potencial redox muy negativo. Ejemplo: flavodoxina (klebsiella) o ferredoxina (B. japonicum).
Mecanismo de reacción
Durante la reacción de la nitrogenasa el ATP debe encontrarse como complejo ATP-Mg, ya que el ATP libre es un inhibidor. La Fe-proteína atrapa al ATP-Mg y reduce específicamente a la FeMo-proteína, mientras que esta enlaza y reduce alsustrato.
El reductor fisiológico de la Fe-proteína de bacteroides es la ferredoxina, una proteína de potencial redox muy negativo y muy sensible al O2. La Fe-proteína reducida se activa por el enlace de dos moléculas de ATP-Mg. La activación de esta proteína provoca un cambio conformacional que hace que el potencial redox sea más negativo (100 mV) y así poder reducir la FeMo-proteína.
En cada ciclo setransfiere 1 electrón de Fe-proteína a FeMo-proteína por dos moléculas de ATP-Mg hidrolizadas.
Después de tres ciclos de transferencia se genera un trihidruro de la proteína FeMo-proteína. El N2 entonces desplaza dos átomos de hidrogeno del trihidruro de FeMo-proteína, se une a la proteína y libera 2H.
Después de 5 ciclos, se liberan las dos moléculas de NH4.
Regulación de la síntesis y de laactividad de la nitrogenasa
Regulada a muchos niveles: transcripción, traducción, disponibilidad de sustrato, modificación covalente y moduladores alostericos.
Genes nif H, nif D y nif K codifican proteínas estructurales de la nitrogenasas (subunidades de Fe-proteína y FeMo-proteína).
Genes nif A y nif L que forman un operon, tienen función reguladora (afectan a otros genes nif) y soncontrolados por genes ntr.
En condiciones anaeróbicas y limitantes de N combinado los productos de los genes ntr A y ntr C activan la transcripción del operon nif LA. Entonces los productos de los genes ntr A y nif A activan la transcripción de otros operones nif.
En presencia de O2 y alta concentración de N combinado, los productos ntr B y ntr L reprimen la expresión de la nitrogenasa.
El N combinadoen diversas formas (NH4, NO2, NO3) inhibe también la actividad de la nitrogenasa directamente, aunque se desconoce el mecanismo.
El ADP-MG y el H2, productos de su actividad son potentes inhibidores.
O2 inactiva irreversiblemente, por oxidación, las proteínas del cofactor FeMo de la nitrogenasa.
Sustratos carbonados para la actividad nitrogenasa
Energía necesaria para la fijación de N2...