研究固氮酶的构成有何重要意义？

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现在人类生产氮肥使用的化学方法，不仅需要高温、高压等非常苛刻的条件而且还浪费大量原料,氮分子的有效利用率很低。固氮菌每年从空气中约固定1.5亿吨氮肥,是全世界生产氮肥总量的几倍。所以，科学家正在认真研究固氮酶的构成。我国科学家在本世纪 70年代仿制出与固氮酶功能相似、能够固氮的分子。相信将来人类利用固氮菌 “巧施氮肥”的本领会越来越大。氮素是一种植物必需的大量元素，是蛋白质、核酸和磷脂的重要组成成分。为了满足高产农作物对氮素的营养需求，人们需要经常给农作物施用氮肥。据统计数据推测至21世纪30年代，至少还要再建100座年产30万t的尿素厂来生产氮肥以满足市场需求。氮肥的施用虽然增加了粮食产量，但同时也增加了农业生产成本，并带来了许多生态问题

化石能源的消耗、大气污染和水体污染等。因此人们希望用比较环保的生物手段来代替现在的化学手段，以满足农作物的氮素需求。生物固氮现象作为另一个为农作物提供氮素的途径，克服了化学氮肥的缺点，并且其固氮量约占全部自然界和工业合成总量的60%左右。因此如何利用生物固氮为农作物提供氮素已成为人们关注的焦点。生物固氮由固氮酶来催化因此研究固氮酶对于生物固氮在农业生产中的应用非常重要。固氮酶的结构、催化机制、活性调节和基因表达等是当前的研究重点。

各种固氮生物无论是共生的根瘤菌、弗兰克氏菌放线菌与满江红鱼腥藻，还是自生、联合固氮细菌、蓝藻和光合固氮细菌，它们之所以能将空气中分子态氨素在常温常压下固定下来，转化成可供有机体利用的化合态的氨，都是通过其体内的一种具有催化功能的蛋白质固氮酶来完成的。因此，探索固氮酶的结构及其作用的机理，就始终是生物固氮研究中的热点。它的阐明，不仅可以提高固氮生物的固氮能力，为农业生产开辟肥源，而且也为人工模拟固氮的活动。在温和条件下还原分子氮使工业合成氨的催化剂起一个革命性变化。

一般而言，固氮酶是由钼铁蛋白和铁蛋白组成的。这种蛋白只有形成复合体后，固氮酶才具有催化氮转化成氨的活性，单独存在时无催化能力。此外，近来的研宄还发现了第套固氮酶系统的存在。第套固氮酶系统由钒铁蛋白和铁蛋白组成，它在无钼含钒的介质中合成，在无氧的条件下具有活性；而第套固氮酶系统则由铁铁蛋白和铁蛋白组成,因而在无钼无钒条件下一些固氮菌也能固氮，但酶活性很低铁蛋白又被称为组分或固二氮酶还原酶，只含铁不含钼，是由个相同亚基组成的型二聚体，分子量为，因菌种不同而略有差异。每个亚基的结均是结构域,其中含有螺旋和折叠。

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