Cơ chế cố định N2 của vi sinh vật potx

Cơ chế cố định N2
của vi sinh vật




Cơ chế hóa sinh của quá trình cố
định N
2
cho đến nay vẫn chưa
được sáng tỏ hoàn toàn, nhưng đa
số các nhà nghiên cứu đồng ý với
giả thuyết cho rằng NH
3
là sản
phẩm đồng hóa sơ cấp của N2 và
có thể nêu ra giả thuyết về 2 con
đường cố định N
2
của vi sinh vật
sống tự do trong đất như sau :


Sơ đồ giả thuyết về các con đường
của quá trình cố định N
2

Trong công nghiệp, nhờ các chất
xúc tác nên năng lượng dùng cho

phản ứng cố định N
2
được giảm
nhiều, chỉ vào khoảng 16-20
Kcalo/M, song lượng năng lượng
vẫn còn lớn so với trong cơ thể sinh
vật. Tốc độ phản ứng nhanh chóng
trong tế bào vi sinh vật ở nhiệt độ
thấp nhờ có hệ thống enzyme
hydrogenase họat hóa H
2
và
enzyme nitrogenase hoạt hóa N
2
.
Năm 1961-1962, người ta đã tách
từ Clostridium pasteurrianum hai
tiểu phần hoạt hóa H
2
và N
2
.
Sau này người ta tìm thấy ở
Azotobacter cũng có các tiểu phần
đó. Trong quá trình hoạt hóa này có
sự tham gia của 2 nguyên tố
khoáng Mo và Fe.
Nguồn hydro để khử N
2
có thể là

hydro phân tử (H
2
). Trong trường
hợp này thì dưới tác dụng của
enzyme hydrogenase, điện tử được
chuyền theo hệ thống

Nguồn cho điện tử và hydro là acid
pyruvic. Đáng chú ý là trong quá
trình chuyền điện tử có sự tham gia
tích cực của feredocine (Fd). Fd là
cầu nối giữa 2 hệ enzyme
hydrogenase và nitrogenase để cố
định N
2
.

Sự cố định N
2
của vi khuẩn nốt sần
có thể xãy ra theo sơ đồ phức tạp
hơn. Trong các nốt sần có một
chất có bản chất hem rất giống
với hemoglobin trong máu gọi là
leghemoglobin. Nó dễ dàng liên kết
với O
2
để biến thành
oxyhemoglobin. Leghemoglobin
chỉ được tạo nên khi vi khuẩn

sống cộng sinh với cây bộ đậu,
còn khi nuôi cấy tinh khiết
các Rhizobium sẽ không tạo
leghemoglobin và không cố định
được N2.
Những nghiên cứu gần đây về
quá trình cố định N2 cho thấy
quá trình cố định này đòi hỏi:
- Có sự tham gia của enzyme
nitrogenase. Có thể coi đây là nhân
tố chìa khóa cho quá trình này.
Enzyme này hoạt động trong điều
kiện yếm khí.
- Có lực khử mạnh với thế năng
khử cao (NAD, NADP, )
- Có năng lượng (ATP) đủ và
có sự tham gia của nguyên tố vi
lượng. Nhóm hoạt động của
enzyme nitrogenase có chứa Mo và
Fe. Vì vậy sử dụng Mo và Fe cho
cây họ đậu thường có hiệu quả rất
cao.
- Tiến hành trong điều kiện yếm
khí.
Các chất khử là NADH
2
và Fd
cùng với năng lượng do hô
hấp, quang hợp của cây chủ cung
cấp. Sự cố định N

2
cần rất nhiều
năng lượng, cần 16 ATP để khử 1
N
2
.
NH
3
tạo thành trong quá trình cố
định N2 được sử dụng dễ dàng vào
quá trình amine hóa các cetoacid để
tổng hợp một cách nhanh chóng
các acid amine, từ đó tham gia vào
tổng hợp protein và nhiều quá trình
trao đổi chất khác.