生物固氮原理PowerPoint 演示文稿

1、1胡吉利胡吉利 齊永峰齊永峰 呂勝滿呂勝滿 董申申董申申2自然界中的N循環(huán)3N2 NH3N2 NH3N2 NH34氮單孢菌屬氮單孢菌屬拜耶林克氏菌拜耶林克氏菌屬屬德克斯氏菌屬德克斯氏菌屬固氮菌屬固氮菌屬5固氮菌的發(fā)現(xiàn)固氮菌的發(fā)現(xiàn) 1901年，M.W.拜耶林克首先發(fā)現(xiàn)并描述了這類細(xì)菌，他定名的有2個(gè)種：一是褐色固氮菌,常生存于中性或堿性土壤中；一是活潑固氮菌，常生存于水中。 1938年，C.H.維諾格拉茨基將生產(chǎn)孢囊的菌株（以褐色固氮菌為代表）歸屬于固氮菌屬，將不產(chǎn)生孢囊的菌株（以活潑固氮菌為代表）歸屬于氮單孢菌屬。 1950年，H.G.德克斯先后提出建立拜耶林克氏菌屬和德克斯氏菌屬。6什么是固

2、氮菌什么是固氮菌 細(xì)菌的一科。菌體桿狀、卵圓形或球形，無內(nèi)生芽孢，革蘭氏染色陰性。嚴(yán)格好氧性，有機(jī)營養(yǎng)型，能固定空氣中的氮素。7生物固氮(nitrogen fixation )定義： 分子態(tài)氮在生物體內(nèi)還原為氨的過程特點(diǎn)： 1、生物固氮是固氮微生物的一種特殊的生 理功能，具固氮作用的微生物約近50個(gè)屬，它們的生活方式、固氮作用類型有較大區(qū)別，但細(xì)胞內(nèi)都具有固氮酶 82、不同固氮微生物的固氮酶均由鉬鐵蛋白和鐵蛋白組成。固氮酶必須在厭氧條件下，即在低的氧化還原條件下才能催化反應(yīng)3、固氮作用過程十分復(fù)雜，目前還不完全清楚。 9固氮作用的總反應(yīng)可用簡式表示：10固氮酶！11固氮酶由2種蛋白質(zhì)組成：一種

3、為含有鉬和鐵的鉬鐵蛋白，分子量為200000；另一種為含鐵的鐵蛋白,分子量為65000。鐵蛋白具有很強(qiáng)的還原力，它提供電子給鉬鐵蛋白。鉬鐵蛋白能與氮?dú)夥肿咏j(luò)合，然后使之還原為氨。在這個(gè)過程中，需要腺苷三磷酸 (ATP)提供能量和鐵氧還蛋白充當(dāng)強(qiáng)還原劑。12一、一、固氮酶的催化反應(yīng)固氮酶的催化反應(yīng)固氮酶來源于多種固氮微生物固氮酶來源于多種固氮微生物, ,能催化大能催化大氣中的氣中的N N2 2還原為還原為NHNH3 3, ,N N2 2+8H+8H+ + + 8e+ 8e- - + 16MgATP+ 16MgATP 2NH2NH3 3 + H+ H2 2 + 16MgADP + 16Pi+ 16

4、MgADP + 16Pi ( (無機(jī)磷酸鹽無機(jī)磷酸鹽) )13除催化除催化N N2 2還原為還原為NHNH3 3外外, ,固氮酶還能和許固氮酶還能和許多小分子底物作用多小分子底物作用, ,沒有嚴(yán)格的專一性沒有嚴(yán)格的專一性。 如如：氮酶催化反應(yīng)氮酶催化反應(yīng)HCN + 6H+ + 6e CH4 + NH3 N2O + 3H+ + 2e N2 + NH3 C2H2 + 2H+ + 2e C2H4 14二、二、固氮酶的組成和結(jié)構(gòu)固氮酶的組成和結(jié)構(gòu)固氮酶固氮酶由各種固氮微生物分離出來由各種固氮微生物分離出來, ,均為均為由由鉬鐵蛋白鉬鐵蛋白和和鐵蛋白鐵蛋白組成。組成。 1993 1993年才基年才基本確

5、定本確定功能功能: : 鐵蛋白鐵蛋白是依賴于是依賴于ATPATP供給能量的電供給能量的電子傳遞體子傳遞體, ,把電子傳遞給把電子傳遞給鉬鐵蛋白鉬鐵蛋白, ,鉬鐵蛋鉬鐵蛋白白結(jié)合底物結(jié)合底物（N N2 2）分子并催化其還原。分子并催化其還原。15三、三、固氮酶作用機(jī)理研究固氮酶作用機(jī)理研究固氮酶固氮酶中鐵蛋白的作用是傳遞電子中鐵蛋白的作用是傳遞電子, , 鉬鐵鉬鐵蛋白蛋白與底物結(jié)合并還原與底物結(jié)合并還原N N2 2的催化部位的催化部位, ,即即N N2 2只有與只有與鉬鐵蛋白鉬鐵蛋白結(jié)合、方可被催化還結(jié)合、方可被催化還原為原為NHNH3 3。固氮酶的作用機(jī)理包括固氮酶的作用機(jī)理包括: : 電子的

6、傳遞電子的傳遞、N N2 2分子的鍵合分子的鍵合、催化和還催化和還原等原等。16n1 1. .電子的傳遞電子的傳遞 研究表明，在固氮酶催化研究表明，在固氮酶催化N N2 2和其他底物和其他底物的還原反應(yīng)中，電子傳遞順序?yàn)椋旱倪€原反應(yīng)中，電子傳遞順序?yàn)椋海ɑ铙w內(nèi)）鐵氧還蛋白（活體內(nèi)）鐵氧還蛋白或黃素蛋白或黃素蛋白 （活體外）（活體外）NaNa2 2S S2 2O O4 4 鐵蛋白鐵蛋白 鉬鐵蛋白鉬鐵蛋白底物底物 MgATP17n2 2. .底物的結(jié)合和還原底物的結(jié)合和還原nMoFePMoFeP輔基是底物結(jié)合的部位，從鐵鉬輔輔基是底物結(jié)合的部位，從鐵鉬輔基中鐵配位不飽和的事實(shí)出發(fā)，一般認(rèn)為，基中鐵

7、配位不飽和的事實(shí)出發(fā)，一般認(rèn)為，底物是通過與三角形配位的鐵配位而結(jié)合底物是通過與三角形配位的鐵配位而結(jié)合的。但也有其他觀點(diǎn)：一種認(rèn)為的。但也有其他觀點(diǎn)：一種認(rèn)為N N2 2分子通分子通過鐵鉬輔基中存在的過鐵鉬輔基中存在的FeFeFeFe鍵形成鍵形成FeNFeN鍵鍵而與鐵鉬蛋白結(jié)合；也有人認(rèn)為以另一種而與鐵鉬蛋白結(jié)合；也有人認(rèn)為以另一種方式結(jié)合。方式結(jié)合。nN N2 2與鐵鉬輔基結(jié)合方式目前仍是一個(gè)未解與鐵鉬輔基結(jié)合方式目前仍是一個(gè)未解決的問題。決的問題。 FeNN-Fe Fe Fe NN18固氮酶的作用機(jī)理固氮酶的作用機(jī)理小結(jié)小結(jié): : 電子的傳遞、電子的傳遞、N N2 2分子的鍵合分子的鍵合、催化和催化和還還原原等。等。19意義與前景意義： 203 3、固氮微生物的固氮過程完全是生物、固氮微生物的固氮過程完全是生物和微生物自發(fā)進(jìn)行的，無須提供任何和微生物自發(fā)進(jìn)行的，無須提供任何能源和設(shè)備，因而它減少了能源的消能源和設(shè)備，因而它減少了能源的消耗。由于全部固氮過程都是生物活動(dòng)，耗。由于全部固氮過程都是生物活動(dòng)，無污染物排放，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。無污染物排放，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，同時(shí)，由于減少和免除