Nitrogenasa: estructura, función en la fijación de nitrógeno y actividad

Publicado el 16 septiembre, 2020

Fijación de nitrogeno

La fijación de nitrógeno es un proceso natural en el que el gas nitrógeno se convierte en amonio mediante microbios o rayos. El proceso es vital para la vida en el planeta y la producción de alimentos, ya que el nitrógeno es necesario para la producción de biomasa. La fijación de nitrógeno no se produciría sin una enzima especial llamada nitrogenasa , una enzima que se encuentra en algunos tipos de microbios nitrificantes que permite la reducción del gas nitrógeno a amonio.

Hay dos formas principales de microbios nitrificantes: bacterias fijadoras de nitrógeno simbióticas y bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre.

Microbios nitrificantes

1. Las bacterias fijadoras de nitrógeno simbióticas viven en las plantas y se encuentran en todo el mundo. Se asocian más comúnmente con la bacteria Rhizobia que vive en una clase de plantas llamadas legumbres (que incluyen los frijoles pintos en su burrito, garbanzos en su hummus, soja en su tofu y guisantes en su ensalada). Estas bacterias viven en nódulos en las raíces de las plantas, que se parecen mucho a pequeñas perlas, para protegerse del mundo exterior. La nitrogenasa es incapaz de funcionar cuando hay oxígeno presente. La planta proporciona azúcares simples al microbio y, a cambio, la planta recibe el exceso de nitrógeno fijado por el microbio.

La bacteria Frankia también puede fijar nitrógeno a través de relaciones simbióticas con algunos árboles y arbustos, como abedules, rosas y pinos australianos. Estas bacterias también viven en los nódulos de las raíces.

Algunas cianobacterias también tienen relaciones simbióticas con algunas agriminas, hepáticas, musgos, colas de caballo, helechos, cícadas, líquenes y otras plantas. Estas bacterias tienen células especiales llamadas heterocistos, que no llevan a cabo reacciones de oxígeno en la fotosíntesis, lo que permite que se produzca la fijación de nitrógeno.

2. Las bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre no requieren asociaciones con otros organismos para sobrevivir. Estos incluyen algunas cianobacterias y bacterias verdes, púrpuras y sin azufre. Las cianobacterias fijan más de la mitad del nitrógeno que se encuentra en los ecosistemas marinos.

Estructura y actividad

Así que ahora sabemos que la nitrogenasa es la enzima responsable de fijar el nitrógeno atmosférico y se encuentra en varios microbios que pueden vivir solos en la naturaleza o en relaciones simbióticas con las plantas. Ahora analicemos su estructura. La enzima nitrogenasa se parece a un sándwich. En ambos extremos de la enzima hay dos proteínas que contienen hierro que están unidas a una proteína de molibdeno / hierro.

En el corazón de esta enzima nitrogenasa hay una proteína cara en energía que necesita muchos electrones para fijar el nitrógeno y la proteína molibdeno / hierro. El trabajo de las otras dos proteínas de hierro es bombear electrones a la proteína central. Una regla general es que se necesitan dos moléculas de energía para bombear un electrón a la proteína central.

La otra razón por la que esta reacción es tan intensa en energía es porque romper el nitrógeno atmosférico es un trabajo duro. El nitrógeno de la atmósfera tiene una fórmula química de N2. Esto significa que dos moléculas de nitrógeno se unen para formar gas nitrógeno. Si bien esto puede parecer simple, estas dos moléculas de nitrógeno tienen tres enlaces químicos y para separarlas se requiere mucha energía. Sin embargo, este proceso vale la pena, especialmente donde el nitrógeno es escaso y se produce naturalmente debido a la nitrogenasa.

Resumen de la lección

La próxima vez que se siente y coma un burrito, piense en los frijoles que está comiendo. Los frijoles tienen nódulos en las raíces que albergan la bacteria Rhizobia , un microbio que produce nitrogenasa , la enzima responsable de la fijación del nitrógeno atmosférico al nitrógeno utilizable por las plantas en forma de amonio. Las bacterias fijadoras de nitrógeno simbióticas son microbios que tienen relaciones interdependientes con las plantas. Las bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre no necesitan de otros organismos para sobrevivir.

La enzima nitrogenasa se asemeja a un sándwich con dos proteínas de hierro en cada extremo de una proteína de molibdeno / hierro. Esta enzima requiere mucha energía, pero es vital para la producción de plantas y alimentos en el planeta.

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