固氮酶 固氮酶英語Nitrogenase是一类在许多有机体中被利用于将空气中的氮气转化为含氮化合物的酶这类酶是现在已被人们发现的唯一一种能完成该过程的酶氮一般以含有键能较高的氮氮三键的氮分子形式存在于自然界中必须将这三个化学键完全破坏才能把该双原子分子中的两个氮原子分开 固氮酶可以看作是固氮作用中的催化剂固氮酶使以下反应的活化能降低从而使反应更容易进行 固氮酶催化反应的简化反应方程序为 N   H  能量   NH 详细反应方程序为 N   H   e   ATP   NH  H   ADP   Pi 反应底物为  Fdred   H  N   ATP   HO 反应产物为  Fdox  H   NH   ADP   磷酸盐 虽然以氢气分子和氮气分子合成氨的反应焓为负值ΔH   kJmol NH但实际上如果没有催化剂的参与该反应的势垒活化能一般难以逾越EA   kJmol 因此在催化过程中固氮酶需要还原剂如连二亚硫酸钠in vitro或铁氧还蛋白in vivo和ATP水解过程中释放的大量化学能固氮酶由瞬间和同源二聚体铁蛋白相连的四聚体钼铁蛋白组成固氮酶在和被还原与核甘酸结合的同源二聚体铁蛋白连结时获得了还原力 每个电子的转移提供了足够的能量破坏每个氮分子的三键中的任一个化学键 由于分离结合了氮的固氮酶晶体较为困难固氮酶固氮的确切催化机理现在仍不明晰而产生这种困难的原因在于MoFe蛋白的静息态不能与氮结合且催化该反应需要至少转移三个电子固氮酶还能还原乙炔也能被一氧化碳抑制两者能完全反应 阻碍了氮分子与活性中心的接触氮分子能阻止乙炔的结合但乙炔不能阻止氮分子的结合并且只需要一个电子进行还原 所有固氮酶都具有一个含铁和硫的辅因子包括活性区域中的一个四聚体例如FeMoCo在大多数固氮酶中这个异金属拥有一个中央钼原子而其他的则由钒原子或铁原子取代 由于氧气具有较强的氧化性固氮酶可能会被氧气不可逆转地抑制FeS 辅因子被氧化降解