Nitrogénase

Le système nitrogénase est un assemblage de 3 protéines : la nitrogénase proprement dite qui est un tétramère de 220 kDa (2 x 51 kDa et 2 x 59 kDa) : chaque monomère contient un centre [4 Fe - 4 S] ce tétramère est associé à un cofacteur protéïque qui contient 8 Fe et 2 atomes de molybdène (Mo) en conséquence, la nitrogénase fonctionnelles contient: 5 sous-unités ; 24 Fe ; 32 S et 2 Mo une réductase qui est un dimère de 60 kDa (2 x 30 kDa), le dimère contenant un centre [4 Fe - 4 S] la

Purification de l’enzyme nitrogénase d’dnabaena sp. Pierre - Adrien REYNAUD O.R.S.T.O.M., RÉSUMÉ La purification de l’enzyme nitrogénase a été tentée à partir d’un entrait brut de Cyanophycée hétérocystée : Anabaena sp. La fraction molybdo-ferrique de cette enzyme a été isolée et un antisérum a été préparé. On a observé : 1” des réactions croisées entre la protéine molybdo-ferrique et les ferroprotéines de Klebsiella pneumoniae et d’Azotobacter cbroococcum

absorbant. Il y a également au cours de cette symbiose un échange de métabolites qui profitent à la plante et à la bactérie. Les nodules présentent une activité nitrogénase, qui permet la réduction du diazote atmosphérique en ammoniac utilisable pour la synthèse protéique. L'acide abscissique (ABA) induit la diminution de cette activité nitrogénase, et par conséquent la fixation d'azote. En présence d'ABA, la quantité de leghémoglobine diminue également. C'est une chromoprotéine contenant un hème ferreux

Formation des nodosités 2. Nodulation Rhizobium Rhizobium poil absorbant cordon infectieux racine Croissance de la nodosité Modalités de la fixation de N2 Pouvoir réducteur 15N + 2 6H+ + 6e∆G’0 = + 35 kCal 2 15NH3 Enzyme = NITROGÉNASE (NT) Remarque : NH3 + H20 ammoniac NH4 + ; OH ammonium ammoniaque Quelle est l’origine du pouvoir réducteur nécessaire à la fixation ??… Vitesse d’incorporation du 15N2 par Clostridium pasteurianum (anaérobie) 60 mn + Pi + (10-6

réaction de réduction couplée à une hydrolyse d’ATP catalysée par la nitrogénase 9 La nitrogénase fonctionne en conditions anaérobies 9 Bactérie Æ plante : azote réduit ; en cas de fixation importante NH4+ est exporté dans le sol Æ fertilisation 9 Plante Æ bactérie : - coût de la fixation symbiotique pour l’hôte : 12-17 g de glucides / 1 g d’azote fixé - production de léghémoglobine (protéine fixant O2) pour protéger la nitrogénase 8 Fdred N2 Fe cellule végétale MoFe 8 Fdox 2

un complexe enzymatique particulier, la nitrogénase (nitrate réductase et nitrite réductase), qui permet de transformer le diazote en ammonium : [pic] La quantité d’oxygène est un facteur limitant pour cette enzyme. Cette réaction se réalise donc préférentiellement en anaérobie, à l’exception des cyanobactéries qui sont capables de réaliser parallèlement la photosynthèse et la fixation d’azote grâce à leur hétérocyste (cellule) qui protège la nitrogénase de l’oxygène. Les associations symbiotiques

formes libres ne fixent que 40kg/hec/an. Hétérocyste : Paroi cellulaire épaisse faite de Glycolipides, polysaccharides et couche fibreuse. Elle empêche la diffusion d’O2, Lieu d’activité de la nitrogénase. Nitrogénase : Enzyme spécifique aux procaryotes : Transforme N2 en NH3. Activité de la nitrogénase fortement réduite en présence d’O2.

On peut classer les êtres vivants fixateurs d’azote en deux groupes : * Des microorganismes autonomes * Des végétaux symbiotiques La fixation biologique de l'azote se déroule à 25°C et est catalysée par un complexe enzymatique : la Nitrogénase/Hydrogénase. La réaction, réalisée par les fixateurs biologiques, exige : - 8 électrons et 8 protons pour la réduction, - et 16 ATP pour la fourniture de l'énergie d'activation. La réaction globale devient : N2 + 8 e + 8 H+ 16 ATP →

vivent au dépend d’une atmosphère riche en azote et pauvre en gaz, mais uniquement certaines espèces spécifiques sont intégrées dans ce cycle. La fixation de l’azote est liée à la formation des vésicules, structures qui renferment une enzyme : la nitrogénase. Dont seules les cellules procaryotes possèdent le gène qui code pour cette enzyme. Le mécanisme de protection se situe dans la membrane des vésicules qui est constituée de nombreuses lamelles de composés lipidiques bactériens. Les scientifiques

exemple, Mg2+ s'associe aux pigments chlorophylliens, Ca2+ s'associe aux pectates de la paroi cellulaire, Ca2+ s'associe aux pectates de l'eau. pectates de la paroi cellulaire et Mo 6+ s'associe à des enzymes telles que la nitrate réductase et la nitrogénase. Ces complexes sont très stables et l'élimination du nutriment du complexe peut entraîner une perte totale de fonction. Ce chapitre décrit les réactions primaires par lesquelles les principaux nutriments (azote, soufre, phosphate et fer) sont assimilés