Als Enzym, das von einigen Organismen verwendet wird, um das Vorhandensein von Stickstoff in der Atmosphäre zu fixieren, trägt Nitrogenase dazu bei, das Gleichgewicht der Verbindungen in der Luft, die wir atmen, aufrechtzuerhalten, einen Überfluss an Stickstoff (N2) zu verhindern und den Planeten für den Menschen unbewohnbar zu machen . Hier sind einige Hintergrundinformationen darüber, wie Nitrogenase funktioniert und was passieren kann, wenn das Verfahren angewendet wird.
Nitrogenase ist essentiell für den Abbau der sogenannten Dreifachbindung, die mit Stickstoffatomen auftritt. Im Wesentlichen enthält jedes Stickstoffatom eine Reihe von drei Orbitalen, die Teil der Atomhülle sind. Da sich zwei Stickstoffatome miteinander verbinden, verbinden sich auch die Orbitale. Die Aufspaltung der beiden gebundenen Stickstoffatome bedeutet also auch die Trennung der Orbitale. Nitrogenase erreicht dies, indem sie Elektronendonatoren von jedem der drei Orbitale erhält. Obwohl jedes Orbital einzeln zerlegt wird, ist der Prozess erst abgeschlossen, wenn alle drei getrennt wurden. Obwohl das vollständige Verfahren zur Durchführung dieser Trennung nicht verstanden wird, ist bekannt, dass Nitrogenase sowohl MoFe-Protein als auch ATP verwendet, um die Energie zu erzeugen, um die Trennung zu bewirken.
Beim Abbau der Atome wirkt Nitrogenase als Katalysator, um jedes Atom mit drei Wasserstoffatomen zu verbinden und Ammoniak zu bilden. Das Ammoniak wiederum wird mit Glutamat zu Glutamin gebunden. Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass drei Zyklen erforderlich sind, um zur Bildung von atmosphärischem Stickstoffgas zu führen, obwohl einige Experten sich über die genaue Anzahl der erforderlichen Zyklen unterscheiden.
Die Untersuchung der Funktionsweise von Nitrogenase ist ein fortlaufender Prozess, da es schwierig ist, Stickstoffkristalle zu erhalten, die an Nitrogenase gebunden sind. Es ist bekannt, dass Nitrogenase die Fähigkeit besitzt, Acetylen und Kohlenmonoxid zu binden, und dass Distickstoff ein Beispiel für ein Substrat ist, das um die Bindung von Acetylen kompetitiv ist. Distickstoff, allgemein als Lachgas oder Lachgas bezeichnet, hemmt die Bindung von Acetylen an Stickstoffatome und verhindert so die Störung der Bindung zwischen Stickstoffatomen und Wasserstoff.
Die meisten Formen der Nitrogenase werden durch die Anwesenheit von Disauerstoff gehemmt, obwohl es immer neue Entdeckungen gibt, die dies in Frage stellen. Mindestens eine Form der Nitrogenase, die als Streptomyces thermautotrophicus bezeichnet wird, unterliegt keiner Art von Sauerstoff. Auch wenn es noch viel darüber zu entdecken gibt, wie Nitrogenase die Atmosphäre schafft, von der ein Großteil des Lebens abhängt, besteht kein Zweifel, dass das Leben, wie wir es kennen, ohne die Anwesenheit von Enzymen wie Nitrogenase in unserer Atmosphäre aufhören würde zu existieren .