Le complexe enzymatique nitrogénase est constitué de deux métalloenzymes :la protéine molybdène-fer (MoFe) et la protéine fer-soufre (FeS). La protéine MoFe héberge le site actif où se produit la réduction du N2, tandis que la protéine FeS sert de donneur d'électrons et d'unité d'hydrolyse de l'ATP.
Liaison de l'azote :
1. Accès au substrat : Le site actif de la nitrogénase est profondément enfoui dans la protéine MoFe, créant ainsi un environnement protecteur pour le processus délicat de réduction du N2. Une série de résidus d'acides aminés et un cofacteur de molybdène (homocitrate MoFe7S9C) forment le « cofacteur FeMo », qui sert de site de liaison pour N2.
2. Faible liaison : L'azote se lie de manière réversible au cofacteur FeMo via une interaction « side-on », où la triple liaison N-N est parallèle au cluster FeMo. Cette faible liaison permet la mobilité et l’activation nécessaires du N2.
Réduction de l'azote :
1. Hydrolyse de l'ATP : La protéine FeS hydrolyse l'ATP pour fournir de l'énergie au processus de réduction de l'azote. Cette hydrolyse génère un électron de haute énergie qui est transféré à la protéine MoFe.
2. Transfert d'électrons : L'électron à haute énergie réduit une série d'amas fer-soufre au sein de la protéine MoFe, délivrant finalement l'électron au cofacteur FeMo.
3. Protonation et clivage réducteur : Le cofacteur FeMo réduit interagit avec les protons (H+) du milieu environnant. Ces protons, ainsi que les électrons, participent à une série d’étapes de protonation-réduction qui conduisent au clivage de la triple liaison N-N. Ce processus aboutit à la formation de deux molécules de NH3.
Le mécanisme de la nitrogénase implique plusieurs cycles de réactions d'hydrolyse de l'ATP, de transfert d'électrons et de protonation-réduction. Chaque cycle rapproche le N2 de sa réduction complète, produisant finalement deux molécules d'ammoniac. Le complexe enzymatique subit également une série de changements conformationnels au cours du cycle catalytique, qui facilitent la liaison au substrat, le transfert d'électrons et la libération du produit.
Malgré les progrès significatifs réalisés dans la compréhension de la nitrogénase, certains aspects de son mécanisme restent encore à élucider. Des recherches plus approfondies visent à fournir un compte rendu plus détaillé des étapes complexes impliquées dans la réduction de l'azote et la régulation de l'activité de la nitrogénase, contribuant ainsi à notre compréhension de ce processus biologique vital.
