Nitrogenazlar ammonyak və karbon birləşmələrinin davamlı enzimatik istehsalı üçün perspektivli namizədlər hesab olunur. Təəssüf ki, bu mürəkkəb prosesdə bir darboğaz, fermentlərə elektronların verilməsi indiyədək sirr olaraq qalır. İndi Marburqdakı Maks Plank Yer Mikrobiologiya İnstitutunda bir komanda dəmir (Fe) nitrogenazanın performansını təyin etməkdə əsas rol oynayan iki vacib elektron daşıyıcısını kəşf etdi və beləliklə, nitrogenazın potensialını aydınlaşdırmaq və maksimum dərəcədə artırmaq üçün yeni imkanlar açır.

Nitrogenazlar bir neçə sənaye əhəmiyyətli reaksiyalar üçün katalizatordur, bunlardan ən vacibi azotun kimyəvi fiksasiyası və gübrələr üçün xammal olan ammonyaka çevrilməsidir. Onların sənaye istehsalı hazırda ekoloji cəhətdən zərərli Haber-Bosch prosesindən istifadə etməklə həyata keçirilir.

Enzimatik və dayanıqlı şəkildə istehsal olunan gübrələr qlobal miqyasda istehlak edilən enerjinin təxminən bir faizini və bununla əlaqədar buraxılan karbon dioksidi qənaət edə bilər, buna görə də bir çox tədqiqat laboratoriyaları və startaplar bu mövzuya diqqət yetirirlər. Bununla belə, nitrogenaza tədqiqatı çətindir, çünki nitrogenazlar olduqca mürəkkəb metalloenzimlərdir və onların reaktivliyinin və katalizinin bir çox aspektləri hələ də zəif başa düşülür.

Dəmir nitrogenaz yalnız azotu deyil, həm də karbon dioksidi düzəldir

Almaniyanın Marburq şəhərindəki Maks Plank Yer Mikrobiologiyası İnstitutunda Johannes Rebeleinin rəhbərlik etdiyi tədqiqatçılar indi ferment kompleksinin enerji təchizatı, yəni onun elektron tədarükü ilə bağlı ilk anlayışları əldə ediblər.

Onların nəticələri təkcə sənaye azotu üçün deyil, həm də sənaye karbon qazının fiksasiyası üçün vacibdir, çünki eyni komanda bu yaxınlarda dəmir nitrogenazlarının karbon qazını da qısa zəncirli karbohidrogenlərə çevirməyə qadir olduğunu göstərdi. Tədqiqatçılar Rhodobacter capsulatus model bakteriyasında dəmir nitrogenazaya elektron nəqlini xarakterizə etdilər və ferredoksinlər adlanan iki fərqli elektron daşıyıcı zülalın azot fiksasiyası üçün vacib olduğunu göstərdilər.

Enerji darboğazı optimallaşdırma üçün yeni yanaşmalar açır

“Biz nitrogenaz katalizi üçün hansı ferredoksinlərin vacib olduğunu öyrənmək istədik. Bütün hüceyrələr çoxlu ferredoksinlərə malik olduğundan, model bakteriyamız R. capsulatus altı fərqli ferredoksin istehsal edir, biz də bu ferredoksinlərdən bir neçəsinin eyni vəzifəni yerinə yetirə biləcəyini və ya onların ciddi şəkildə spesifik funksiyalara malik olub-olmadığını öyrənmək istədik,” birinci müəllif Holli Addison izah edir. “İki xüsusi ferredoksin sıradan çıxarıldıqda, digərləri öz funksiyalarını öhdəsinə götürə bilmədi. Bu ferredoksinlərin vacib olduğu və azotun fiksasiyasında fərqli rol oynadığı qənaətinə gəldik.

Elektronların tədarükü katalizdə darboğaz hesab olunur. İki ferredoksinlə tədqiqatçılar indi elektron axınına və beləliklə, nitrogenazların biokatalizatorlar kimi fəaliyyətinə təsir etmək üçün aydın hədəfləri müəyyən etdilər. “Nəticələrimiz azot və ya karbon dioksidin ammonyak və ya qısa zəncirli karbohidrogenlərə çevrilməsi üçün model sistem kimi R. capsulatus- un optimallaşdırılması üçün vacib şərtdir”, – Johannes Rebelein əlavə edir. “İndi məqsəd anlayışımızı genişləndirmək və sənaye toplu kimyəvi maddələrin istehsalını təmin etmək üçün nitrogenazları və onlarla əlaqəli zülalları daha da araşdırmaq və mühəndislik etməkdir.”