Como funciona a nitrogenase?
A atividade da nitrogenase, a enzima chave no processo de fixação biológica de nitrogênio é influenciada pela disponibilidade de oxigênio no meio. Em fixadores livres, as células em que esta enzima é expressa geralmente apresentam modificações que permitem o desenvolvimento de condições de hipo ou anoxia intracelular, como o espessamento da parede celular, desativação do metabolismo aeróbico e transporte ativo de oxigênio. É o caso dos heterocitos das cianobactérias como a Anabaena.
Cianobactérias e Heterocitos
Nos bacteriódes ocorrem indução dos genes NIF e FIX responsáveis pela síntese do complexo enzimático denominado nitrogenase, enzima que catalisa as reações de redução N2 a NH3. Então o complexo da enzima nitrogenase catalisa a seguinte reação:
N2 + 8e– + 8H+ + 16ATP –> 2 NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi
Esse complexo pode ser separado em dois componentes: A Fe-proteína e MoFe-proteína (nenhuma delas com atividade catalítica própria).
Na reação geral de redução de nitrogênio (figura acima), a ferredoxina atua como doador de elétrons para a Fe-proteína, a qual, por sua vez, hidrolisa ATP e reduz a MoFe-proteína. A MoFe-proteína pode, então, reduzir inúmeros substratos (com ligações triplas) embora, sob condições naturais, ela reage somente N2 e H+.
Acredita-se que a ligação e a hidrólise do ATP à Fe-proteína provocam uma mudança na conformação dessa proteína o que facilita as reações redox. A redução enzimática do N2 pela nitrogenase requer um grande investimento de energia (ver equação acima), embora as mudanças exatas na energia livre ainda sejam desconhecidas.
A medida que os simbiossomos (bacterióde + peribacterióide) vão sendo formados, tem início a produção de outras proteínas associadas ao processo de fixação, codificadas pelos genes nodulinas tardias. Estas incluem as enzimas adicionais associadas à assimilação da amônia produzida na fixação, a Leg-hemoglobina, pigmento de coloração avermelhada, cuja função é facilitar o transporte do oxigênio, indispensável à produção de ATP necessário para a fixação e nitrogenase.
Entenda como é feito o controle da concentração de oxigênio nos nódulos e a função da hemoglobina em plantas.