固氮作用

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固气作用是一种化学过程,分子氮(N2)在空气中具有很强的三重共价键转化为氨(NH3)或相关的含氮化合物,通常存在于土壤或水生系统中,也存在于工业中。大气中的氮是分子二氮,一种相对不活泼的分子,除了少数微生物外,对所有微生物都没有新陈代谢作用。生物固氮或固氮是一种重要的微生物介导过程,利用固氮酶蛋白复合物(Nif)将氮气(N2)转化为氨气(NH3)。 固氮作用对生命至关重要,因为所有含氮有机化合物(...

固氮作用

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固气作用是一种化学过程,分子氮(N2)在空气中具有很强的三重共价键 转化为氨 (NH3) 或相关的含氮化合物,通常存在于土壤或水生系统中,也存在于工业中。 大气中的氮是分子二氮,一种相对不活泼的分子,除了少数微生物外,对所有微生物都没有新陈代谢作用。 生物固氮或固氮是一种重要的微生物介导过程,利用固氮酶蛋白复合物 (Nif) 将氮气 (N2) 转化为氨气 (NH3)。

固氮作用对生命至关重要,因为所有含氮有机化合物(如氨基酸蛋白质、核苷三磷酸和核酸)的生物合成都需要固定的无机氮化合物。 作为氮循环的一部分,它对农业和化肥生产至关重要。 它还间接地与所有含氮化合物的制造有关,其中包括一些炸药、药物和染料

固氮作用是通过称为固氮菌的微生物在土壤中自然进行的,这些微生物包括细菌,如固氮菌和古细菌。 一些固氮细菌与植物群有共生关系,尤其是豆类。 固氮菌和植物之间较松散的非共生关系通常被称为缔合关系,如水根部的固氮作用所示。 固气作用发生在一些白蚁真菌之间。 它通过闪电产生的氮氧化物在空气中自然发生。

所有涉及固氮过程的生物反应都是由称为固氮酶的酶催化的。 这些酶含有铁,通常含有第二种金属,通常是钼,但有时是钒。

历史

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生物固氮作用于 1838 年由 Jean-Baptiste Boussingault 发现。后来,在 1880 年,德国农学家 Hermann Hellriegel 和 Hermann Wilfarth 发现了它发生的过程,并由荷兰微生物学家 Martinus Beijerinck 进行了全面描述。

Saussure、Ville、Lawes 和 Gilbert 等人开始对植物与氮获取之间的关系进行了长期研究,最终于 1887 年由 Hellriegel 和 Wilfarth 发现了共生固定。

Bossingault 于 1855 年和 Pugh、Gilbert & 进行的实验 劳斯在 1887 年已经表明,氮并没有直接进入植物。 Herman Hellriegel 和 Herman Wilfarth 在 1886-8 年发现的固氮细菌的作用开启了土壤科学的新纪元。

1901 年 Beijerinck 表明 Azotobacter chroococcum 能够固定大气中的氮。 这是固氮菌属的xxx个物种,由他命名。 它也是xxx个已知的固氮菌,即使用双原子氮作为完整氮循环中的一个步骤的物种。

生物

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当固氮酶将大气中的氮转化为氨时,就会发生生物固氮 (BNF)。 BNF 的总体反应是:

N 2 + 16 ATP + 16 H 2 O + 8 e − + 8 H + ⟶ 2 NH 3 + H 2 + 16 ADP + 16 {\displaystyle {\ce {N2 + 16ATP + 16H2O + 8e- + 8H+ - > 2NH3 +H2 + 16ADP + 16}}} P i {\displaystyle {\text{P}}_{i}}

该过程与 16 个当量 ATP 的水解相结合,并伴随着一个当量 H 的共同形成 2. N2 转化为氨发生在称为 FeMoco 的金属簇中,FeMoco 是铁钼辅助因子的缩写。 该机制通过一系列质子化和还原步骤进行,其中 FeMoco 活性位点氢化 N2 底物。 在自由生活的固氮菌中,固氮酶产生的氨通过谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶途径被同化为谷氨酸。 固氮所需的微生物nif基因广泛分布于不同的环境中。

固氮作用

例如,通常具有低氮含量的分解木材已被证明具有重氮营养群落。 细菌通过固定使木材基质富含氮,从而使枯木能够被真菌分解。

固氮酶被氧气迅速降解。 出于这个原因,许多细菌在氧气存在的情况下停止产生这种酶。 许多固氮生物仅存在于厌氧条件下,呼吸以降低氧气水平,或将氧气与蛋白质(如豆血红蛋白)结合。

氮的重要性

大气中的氮对于大多数生物来说是无法接近的,因为它的三重共价键非常强。 生命以各种方式吸收固定氮。

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  1. 固氮作用
  2. 历史
  3. 生物
  4. 氮的重要性

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