第八章钼酶及含钼蛋白(固氮酶)
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第八章 钼酶及含钼蛋白(固氮酶）
第一节 概述 第二节 固氮酶 第三节 双氮的配位化学 第四节 固氮酶的模拟 第五节 钼转氧酶及其模拟
第一节 概述
✓在生物体中，钼是唯一的第二过渡元素。
✓钼 酶 的 相 对 分 子 量 较 大 ， 纯 化 困 难 ， 且 钼 易 于 发 生 价 态 变
化，钼的价态多，存在的状态复杂，因此关于钼酶的许多问题 仍未弄清楚。
P-cluster ：电子从铁蛋白金属簇中心传递到 FeMo-辅酶中心的桥梁作用。
还原态
氧化态
M-簇的重要性
由于M-簇是固氮酶固氮成氮的活性中心所在，对它的 研究早已引起许多化学家的重视。对比，自1973年以来国 内外学者根据结构化学、化学键理论、络合催化原理和化 学探针等方法就提出的固氮酶网兜模型，骈联活口双立方 烷模型等十几种原子簇模型，都是以Mo为结合底物的核 心原子，自然界里为了有效地固氮成氮而演进出的这种独 特的活性中心结构，显得比人们的智慧推想更为周到。根 据这新的信息，对固氮酶活性中心的结构与功能的研究将 会有新的突破。
✓ 钼过量：过量的钼可诱发痛风和癌症。
某些含钼的食物
食物来源不同, 其钼的含量差异较 大。一般而言, 植 物性食物以豆类及 其制品含量最丰富。 动物性食物以海产 品中含量最高, 其 次是动物的肝脏和 肾脏。钼主要通过 在食物链中的迁移 进入人体内。
钼在人体内主要分布
钼(molybdenum) 广泛存在于水、土壤以及各种动植物体
O HN
O
N H
H N
OH N
uric acid
+ 2H+ + 2e-
a Nitrogenase contains a FeMo-Cluster cotactor All other enzymes contain Mo-pterrn
钼辅基：蝶呤辅酶
OH N
HN
OH C C CH CH2 R
H2N N
4.固氮酶与底物结合的可能部位
底物与钼铁蛋白辅基的结合位置 和方式仍然是悬而未决的问题，有待 人们进一步深入研究。
与钼结合
可能与铁结合的部位
钒固氮酶 Vanadium Nitrogenase
钒固氮酶在无氧条件下才有催化活性。钒固氮酶在还原N2 的过程 中利用其50%的自身还原等价物产生H2 ，而钼固氮酶仅利用25 %。因 此，钒固氮酶的催化活性不如钼固氮酶，只有在土壤中钼缺乏的条件下 ，生物才会采用钒固氮系统。
内。钼在人体内主要分布在肝脏和肾脏。人体血液中钼的含 量能较好地反映出体内钼的摄入情况。
中国营养学会2000年制定的中国居民膳食营养素参考摄入
量规定，成人钼的推荐摄入量是60微克/天，可耐受最高摄入 量350 微克/ 天。
一些钼酶的主要成分
钼酶
来源
相对分子质量
黄嘌呤氧化酶 牛乳
275 000
黄嘌呤脱氢酶 鸡肝
1965年，A. D. Allen在常温常压下合成了第一个双氮 过渡金属配合物[Ru(NH3)5(N2)]Cl2，改变了氮分子不活泼 的观念，提供了活化分子氮的途径。通过研究双氮配合物 获得生物固氮信息的希望激励科学家深入探索更多的例证。 目前已经合成数百种双氮配合物。这一研究成果开辟了一 个新的研究领域，推动人们探索生物固氮的秘密。
目前世界每年消耗近1亿吨尿素用于农业，生物
固氮提供了全球所需氮肥量的75%（3亿吨尿素）。
工业生产尿素需要高
温高压消耗大量的能 源，同时污染大气， 造成对环境的第一次 污染；同时所用化肥 仅有30%被农作物利 用，大部分进入地下 水，对环境造成第二 次污染。
固氮微生物在常温常
压下利用可再生能源 固定空气中的氮素， 并直接被植物吸收利 用，对环境不产生任 何污染。
各种不同类型的微生物固氮菌的铁蛋白均已经分离、纯化，并进 行了非常透彻的研究，他们的大小和功能大同小异。他们均是由两 个相同的亚基形成的二聚体，分子量约60000Da, 两个亚基之间通过 四个半胱氨酸上的硫原子桥联着一个Fe4S4原子簇结构。 Fe4S4原子簇 单元位于蛋白球的表面，易于接近溶剂分子，因而铁蛋白对氧化极 度敏感。 主要功能： 1.电子传递媒介的作用； [Fe4S4]2+， [Fe4S4]+ 2. 它的存在是生物合成FeMo辅酶所必需的； 3.它的存在对FeMo辅酶插入改性的缺FeMo辅酶的钼铁蛋白是必要的。
固氮酶催化下列反应
HCN + 6H+ 6e
CH3CN + 6H+ 6e N3- + 7H+ 6e
HCN + 4H+ 4e
CH4 + NH3
CH4 + NH2NH2 N2H4 + NH3
CH3NH2
N3- + 3H+ 2e
N2 + NH3
N2O + 2H+ 2e
C2H2 + 2H+ 2e
2H+ 2e
2.固氮酶中铁蛋白循环图
复合物形成
FeP(MgATP)2 + MoFeP
K1
K-1
核苷置换
K4 还原作用
FeP(MgATPH)2MoFePH2
ATP水解 电子转移 K2 能量传导 磷酸根释放
复合物解离
K3 FePOX(MgATP)2 + MoFeP
K-3
FePOX(MgADP,Pi)2MoFeP
3.固氮酶中钼铁蛋白循环图
✓钼酶可按其结构和功能的差异分为固氮酶和转氧酶。
Representative Molybdoenzymes
Enzyme Nitrogenasea Nitrate reductase Sulfite
OH
HN
N
O
N H
N
xanthine
+ H2O
Xanthine oxidase
Reaction
N2 + 6H+ + 6e- → 2 NH3 NO3- + 2e- + 2H+ → NO2- + H2O SO32- + H2O → SO42- + 2H+ + 2e-
✓ 根据固氮酶所含金属的种类，固氮酶主
要分为三类： 钼固氮酶，钒固氮酶和铁固氮酶
✓ 每类固氮酶均有两种金属蛋白组成，除
铁蛋白外，还含有另一种钼铁蛋白 （MoFe）或钒铁蛋白（VFe）或铁铁蛋 白（FeFe）。
大豆根瘤菌
固氮酶的组成
1993年，Rees等得到了分辨率为0.22nm的葡萄 球固氮菌和巴氏芽孢菌固氮酶钼铁蛋白的射线结构 数据，基本上确定了固氮酶的结构。它是由铁蛋白 和钼铁蛋白两种相对独立，相互分离的纯蛋白组成。 铁蛋白是一种依赖于供给能量的电子传递体，具有 把电子传递给钼铁蛋白的功能；钼铁蛋白是结合底 物分子和催化底物还原的部位。
N H
SL S
Mo
O
X
L'
(X = S, O)
R = OPO32-
R = adenosine - OP3O33-
钼转氧酶分为氧化酶和还原酶。氧化酶为加氧过程；还原
酶为失氧过程：
✓ 黄嘌呤 + O → 尿酸
✓ NO3- → O + NO2-（MoIV→MoVI） ✓ SO32- + O → SO42- (MoVI→MoIV) ✓ CO2 → O + CO ✓ RCHO + O → RCOOH
✓钼是人体生长必需的微量元素。在机体内的分布很广，在所
有器官、组织和体液中均能检出。
✓钼是多种酶的辅助因子；钼参与酶类和蛋白质合成，参与维
生素B12 组成及代谢，促进红细胞发育和成熟，防止贫血，促 进核酸和蛋白质合成等很多生理过程。
✓钼缺乏：钼缺乏时会诱发心肌病或其它心血管病。缺钼，还
可诱发食道癌、骨癌、肝癌以及龋齿。孕妇缺钼可引起胎儿发 育障碍。
300 000
醛氧化酶
兔肝
硝酸盐还原酶 粗糙脉孢菌
亚硫酸氧化酶 小牛肝
300 000 230 000 110 000
固氮酶
棕色固氮菌
270 000
铁钼含量/分子
Mo
Fe
2
8
其他组分 2FAD
2
8 2FAD
2
8 2FAD
1～
FAD, cyt.b
2
4 4cyt.b
2
32 Cys
✓所有与钼有关的金属蛋白和金属酶均与氧化还原有关，并
1．氮分子的不活泼性
最高占有轨道3σg的能量较低，-15.6 eV，而最底空轨道 3σg的能量较高，-7.0 eV。即将电子从N2完全转移到受体或 从电子供体完全转移到N2都很困难。因此N2即不容易氧化 也难以还原。N2分子通过什么途径活化是化学模拟生物固 氮研究的重大课题。
氮分子轨道能级与电子云分布
2NH3 + H2 +16MgADP +16PO43-
电子传递机制？ 铁蛋白的循环？ 钼铁蛋白的催化循环？ 氢化酶何以体现？ 催化过程中，氮气与铁结合还是与钼结合？ ATP何处提供？ 有无特异性？
……
1.电子传递机制
铁 蛋 白 与 FeMo 辅 酶间的距离为32Ǻ，因 此他们之间直接进行 电子传递是不可能的。
早日实现人工生物固氮是当 前生物无机化学及相关学科 发展的一个重要目标！！！
人类对生物固氮的认识直到20世纪60年代采取得了 突破性的进展。 ①第一次从细胞水平上观察到在ATP存在下的生物固氮 现象。这极大的刺激了固氮酶的生物化学研究和发展； ②随后活性酶从生物体内被分离提纯出来，人们利用各 种物理方法对固氮酶进行更深入地研究； ③同时，科学家开展了在过渡金属配合物存在下，氮气 在溶液中的化学反应，第一个过渡金属双氮配合物被合 成出来，且出乎意料的稳定；其后，许多分子氮配合物 被相继合成出来，并研究它们在溶液中的还原反应（质 子化后可形成肼和氨）。……
N2 + H2O
C2H4
H2
HC CH + 6H+ 6e C H2
H2C
CH2 + H3C
C H
CH2
C H2
✓ 生物固氮体系可以分为自生和共生固氮
两种类型；
✓ 部分固氮微生物只有在有氧的环境中才
能有固氮功能；另外一种固氮微生物在 缺氧的条件下能够固氮；此外还有一些 固氮微生物在需氧和厌氧的条件下均可 以自由固氮；
固氮酶的分离提纯，在溶液中氮分子的还原以及过
渡金属双氮配合物的的制备三方面是相互关联又相 互促进的。
在相当长的一段时间里，固氮酶的结构和生物固氮
机理一直是科学家们努力探求的目标。
20世纪70年代，成功分离出固氮酶活性中心铁钼辅
基，测定了构成固氮酶的铁蛋白和钼铁蛋白的单晶 结构，到目前（1993年）为止已经测定了1.16Ả高 分辨率的钼铁固氮酶的晶体结构。在人工固氮酶的 研究上取得了重大进展。
2．双氮配合物的成键方式：端基配位和侧基配位
N
178° N P
Co
P P
H
[CoH(N2)(PPh3)3]的结构
P
N
N
[{(NH3)5Ru}2(N2)]4+的结 构
Li Ni
Li
N Li
Ni Li
N
Li
但钒固氮酶具有钼固氮酶不及的优点: (1) 低温(如5 ℃时) 和酸性环境下钒固氮酶比钼固氮酶还原效率高; (2) 钒固氮酶除将乙炔还原为乙烯ห้องสมุดไป่ตู้，还部分还原为乙烷 ; (3) 钒固氮酶具有明显的氢化酶活性; (4) 钒固氮酶可在N2 还原过程中产生少量中间体肼。
化学通报，2007, 4 , 270
第三节 双氮过渡金属配合物
钼固氮酶的结构
铁蛋白是个α2二聚体，含有一个[Fe4S4]2+/1+原子簇桥联两 个亚基。MoFe蛋白（Mo-Fe Protein, α2β2四聚体）的每一 个αβ对含有一对[Fe4S4](即P原子簇)和一个FeMo辅因子(M 原子簇)；
钼铁蛋白的晶体结构
钼固氮酶的结构及电子传递
钼固氮酶中铁蛋白的结构
MoFe-Co （M簇）
FeMo-辅酶与蛋白结合部位不多，相对松弛，故易提取；
MoFe-Co （M簇）
M簇中相邻的Fe-Fe间的距离为2.58-2.67 Ǻ；Mo-Fe的 距离为2.67-2.73 Ǻ, 这意味着Fe-Fe和Mo-Fe之间存在着一 定程度的金属-金属键合作用。
N2 + 8H+ + 16MgATP + 8e
参与生物体内的电子传递。
✓钼酶的组成比较复杂，某些钼酶如固氮酶，黄嘌呤氧化酶，
黄嘌呤脱氢酶除了含钼辅酶外，还含有铁硫蛋白或黄素腺 嘌呤二核苷酸；另一些钼酶如硝酸盐还原酶，亚硫酸盐氧 化酶还含有细胞色素。钼酶中的铁硫蛋白或细胞色素一般 充当电子传递媒介，钼活性中心则起着底物结合对底物进 行氧化还原等生物催化作用。
钼转氧酶的催化反应与电子传递和钼价态有关。
第二节 固氮酶(Nitrogenase)
常温常压下高效地把N2转化为NH3；
N2 + 8H+ + 16MgATP + 8e 2NH3 + H2 +16MgADP +16PO43-
19世纪80年代，Hellriegel and Wilfarth首先发现
并证实自然界中生物固氮的存在，之后人们发现 生物固氮广泛发生于微生物和原核生物中。已经 发现至少200种微生物具有生物固氮功能。
第一节 概述 第二节 固氮酶 第三节 双氮的配位化学 第四节 固氮酶的模拟 第五节 钼转氧酶及其模拟
第一节 概述
✓在生物体中，钼是唯一的第二过渡元素。
✓钼 酶 的 相 对 分 子 量 较 大 ， 纯 化 困 难 ， 且 钼 易 于 发 生 价 态 变
化，钼的价态多，存在的状态复杂，因此关于钼酶的许多问题 仍未弄清楚。
P-cluster ：电子从铁蛋白金属簇中心传递到 FeMo-辅酶中心的桥梁作用。
还原态
氧化态
M-簇的重要性
由于M-簇是固氮酶固氮成氮的活性中心所在，对它的 研究早已引起许多化学家的重视。对比，自1973年以来国 内外学者根据结构化学、化学键理论、络合催化原理和化 学探针等方法就提出的固氮酶网兜模型，骈联活口双立方 烷模型等十几种原子簇模型，都是以Mo为结合底物的核 心原子，自然界里为了有效地固氮成氮而演进出的这种独 特的活性中心结构，显得比人们的智慧推想更为周到。根 据这新的信息，对固氮酶活性中心的结构与功能的研究将 会有新的突破。
✓ 钼过量：过量的钼可诱发痛风和癌症。
某些含钼的食物
食物来源不同, 其钼的含量差异较 大。一般而言, 植 物性食物以豆类及 其制品含量最丰富。 动物性食物以海产 品中含量最高, 其 次是动物的肝脏和 肾脏。钼主要通过 在食物链中的迁移 进入人体内。
钼在人体内主要分布
钼(molybdenum) 广泛存在于水、土壤以及各种动植物体
O HN
O
N H
H N
OH N
uric acid
+ 2H+ + 2e-
a Nitrogenase contains a FeMo-Cluster cotactor All other enzymes contain Mo-pterrn
钼辅基：蝶呤辅酶
OH N
HN
OH C C CH CH2 R
H2N N
4.固氮酶与底物结合的可能部位
底物与钼铁蛋白辅基的结合位置 和方式仍然是悬而未决的问题，有待 人们进一步深入研究。
与钼结合
可能与铁结合的部位
钒固氮酶 Vanadium Nitrogenase
钒固氮酶在无氧条件下才有催化活性。钒固氮酶在还原N2 的过程 中利用其50%的自身还原等价物产生H2 ，而钼固氮酶仅利用25 %。因 此，钒固氮酶的催化活性不如钼固氮酶，只有在土壤中钼缺乏的条件下 ，生物才会采用钒固氮系统。
内。钼在人体内主要分布在肝脏和肾脏。人体血液中钼的含 量能较好地反映出体内钼的摄入情况。
中国营养学会2000年制定的中国居民膳食营养素参考摄入
量规定，成人钼的推荐摄入量是60微克/天，可耐受最高摄入 量350 微克/ 天。
一些钼酶的主要成分
钼酶
来源
相对分子质量
黄嘌呤氧化酶 牛乳
275 000
黄嘌呤脱氢酶 鸡肝
1965年，A. D. Allen在常温常压下合成了第一个双氮 过渡金属配合物[Ru(NH3)5(N2)]Cl2，改变了氮分子不活泼 的观念，提供了活化分子氮的途径。通过研究双氮配合物 获得生物固氮信息的希望激励科学家深入探索更多的例证。 目前已经合成数百种双氮配合物。这一研究成果开辟了一 个新的研究领域，推动人们探索生物固氮的秘密。
目前世界每年消耗近1亿吨尿素用于农业，生物
固氮提供了全球所需氮肥量的75%（3亿吨尿素）。
工业生产尿素需要高
温高压消耗大量的能 源，同时污染大气， 造成对环境的第一次 污染；同时所用化肥 仅有30%被农作物利 用，大部分进入地下 水，对环境造成第二 次污染。
固氮微生物在常温常
压下利用可再生能源 固定空气中的氮素， 并直接被植物吸收利 用，对环境不产生任 何污染。
各种不同类型的微生物固氮菌的铁蛋白均已经分离、纯化，并进 行了非常透彻的研究，他们的大小和功能大同小异。他们均是由两 个相同的亚基形成的二聚体，分子量约60000Da, 两个亚基之间通过 四个半胱氨酸上的硫原子桥联着一个Fe4S4原子簇结构。 Fe4S4原子簇 单元位于蛋白球的表面，易于接近溶剂分子，因而铁蛋白对氧化极 度敏感。 主要功能： 1.电子传递媒介的作用； [Fe4S4]2+， [Fe4S4]+ 2. 它的存在是生物合成FeMo辅酶所必需的； 3.它的存在对FeMo辅酶插入改性的缺FeMo辅酶的钼铁蛋白是必要的。
固氮酶催化下列反应
HCN + 6H+ 6e
CH3CN + 6H+ 6e N3- + 7H+ 6e
HCN + 4H+ 4e
CH4 + NH3
CH4 + NH2NH2 N2H4 + NH3
CH3NH2
N3- + 3H+ 2e
N2 + NH3
N2O + 2H+ 2e
C2H2 + 2H+ 2e
2H+ 2e
2.固氮酶中铁蛋白循环图
复合物形成
FeP(MgATP)2 + MoFeP
K1
K-1
核苷置换
K4 还原作用
FeP(MgATPH)2MoFePH2
ATP水解 电子转移 K2 能量传导 磷酸根释放
复合物解离
K3 FePOX(MgATP)2 + MoFeP
K-3
FePOX(MgADP,Pi)2MoFeP
3.固氮酶中钼铁蛋白循环图
✓钼酶可按其结构和功能的差异分为固氮酶和转氧酶。
Representative Molybdoenzymes
Enzyme Nitrogenasea Nitrate reductase Sulfite
OH
HN
N
O
N H
N
xanthine
+ H2O
Xanthine oxidase
Reaction
N2 + 6H+ + 6e- → 2 NH3 NO3- + 2e- + 2H+ → NO2- + H2O SO32- + H2O → SO42- + 2H+ + 2e-
✓ 根据固氮酶所含金属的种类，固氮酶主
要分为三类： 钼固氮酶，钒固氮酶和铁固氮酶
✓ 每类固氮酶均有两种金属蛋白组成，除
铁蛋白外，还含有另一种钼铁蛋白 （MoFe）或钒铁蛋白（VFe）或铁铁蛋 白（FeFe）。
大豆根瘤菌
固氮酶的组成
1993年，Rees等得到了分辨率为0.22nm的葡萄 球固氮菌和巴氏芽孢菌固氮酶钼铁蛋白的射线结构 数据，基本上确定了固氮酶的结构。它是由铁蛋白 和钼铁蛋白两种相对独立，相互分离的纯蛋白组成。 铁蛋白是一种依赖于供给能量的电子传递体，具有 把电子传递给钼铁蛋白的功能；钼铁蛋白是结合底 物分子和催化底物还原的部位。
N H
SL S
Mo
O
X
L'
(X = S, O)
R = OPO32-
R = adenosine - OP3O33-
钼转氧酶分为氧化酶和还原酶。氧化酶为加氧过程；还原
酶为失氧过程：
✓ 黄嘌呤 + O → 尿酸
✓ NO3- → O + NO2-（MoIV→MoVI） ✓ SO32- + O → SO42- (MoVI→MoIV) ✓ CO2 → O + CO ✓ RCHO + O → RCOOH
✓钼是人体生长必需的微量元素。在机体内的分布很广，在所
有器官、组织和体液中均能检出。
✓钼是多种酶的辅助因子；钼参与酶类和蛋白质合成，参与维
生素B12 组成及代谢，促进红细胞发育和成熟，防止贫血，促 进核酸和蛋白质合成等很多生理过程。
✓钼缺乏：钼缺乏时会诱发心肌病或其它心血管病。缺钼，还
可诱发食道癌、骨癌、肝癌以及龋齿。孕妇缺钼可引起胎儿发 育障碍。
300 000
醛氧化酶
兔肝
硝酸盐还原酶 粗糙脉孢菌
亚硫酸氧化酶 小牛肝
300 000 230 000 110 000
固氮酶
棕色固氮菌
270 000
铁钼含量/分子
Mo
Fe
2
8
其他组分 2FAD
2
8 2FAD
2
8 2FAD
1～
FAD, cyt.b
2
4 4cyt.b
2
32 Cys
✓所有与钼有关的金属蛋白和金属酶均与氧化还原有关，并
1．氮分子的不活泼性
最高占有轨道3σg的能量较低，-15.6 eV，而最底空轨道 3σg的能量较高，-7.0 eV。即将电子从N2完全转移到受体或 从电子供体完全转移到N2都很困难。因此N2即不容易氧化 也难以还原。N2分子通过什么途径活化是化学模拟生物固 氮研究的重大课题。
氮分子轨道能级与电子云分布
2NH3 + H2 +16MgADP +16PO43-
电子传递机制？ 铁蛋白的循环？ 钼铁蛋白的催化循环？ 氢化酶何以体现？ 催化过程中，氮气与铁结合还是与钼结合？ ATP何处提供？ 有无特异性？
……
1.电子传递机制
铁 蛋 白 与 FeMo 辅 酶间的距离为32Ǻ，因 此他们之间直接进行 电子传递是不可能的。
早日实现人工生物固氮是当 前生物无机化学及相关学科 发展的一个重要目标！！！
人类对生物固氮的认识直到20世纪60年代采取得了 突破性的进展。 ①第一次从细胞水平上观察到在ATP存在下的生物固氮 现象。这极大的刺激了固氮酶的生物化学研究和发展； ②随后活性酶从生物体内被分离提纯出来，人们利用各 种物理方法对固氮酶进行更深入地研究； ③同时，科学家开展了在过渡金属配合物存在下，氮气 在溶液中的化学反应，第一个过渡金属双氮配合物被合 成出来，且出乎意料的稳定；其后，许多分子氮配合物 被相继合成出来，并研究它们在溶液中的还原反应（质 子化后可形成肼和氨）。……
N2 + H2O
C2H4
H2
HC CH + 6H+ 6e C H2
H2C
CH2 + H3C
C H
CH2
C H2
✓ 生物固氮体系可以分为自生和共生固氮
两种类型；
✓ 部分固氮微生物只有在有氧的环境中才
能有固氮功能；另外一种固氮微生物在 缺氧的条件下能够固氮；此外还有一些 固氮微生物在需氧和厌氧的条件下均可 以自由固氮；
固氮酶的分离提纯，在溶液中氮分子的还原以及过
渡金属双氮配合物的的制备三方面是相互关联又相 互促进的。
在相当长的一段时间里，固氮酶的结构和生物固氮
机理一直是科学家们努力探求的目标。
20世纪70年代，成功分离出固氮酶活性中心铁钼辅
基，测定了构成固氮酶的铁蛋白和钼铁蛋白的单晶 结构，到目前（1993年）为止已经测定了1.16Ả高 分辨率的钼铁固氮酶的晶体结构。在人工固氮酶的 研究上取得了重大进展。
2．双氮配合物的成键方式：端基配位和侧基配位
N
178° N P
Co
P P
H
[CoH(N2)(PPh3)3]的结构
P
N
N
[{(NH3)5Ru}2(N2)]4+的结 构
Li Ni
Li
N Li
Ni Li
N
Li
但钒固氮酶具有钼固氮酶不及的优点: (1) 低温(如5 ℃时) 和酸性环境下钒固氮酶比钼固氮酶还原效率高; (2) 钒固氮酶除将乙炔还原为乙烯ห้องสมุดไป่ตู้，还部分还原为乙烷 ; (3) 钒固氮酶具有明显的氢化酶活性; (4) 钒固氮酶可在N2 还原过程中产生少量中间体肼。
化学通报，2007, 4 , 270
第三节 双氮过渡金属配合物
钼固氮酶的结构
铁蛋白是个α2二聚体，含有一个[Fe4S4]2+/1+原子簇桥联两 个亚基。MoFe蛋白（Mo-Fe Protein, α2β2四聚体）的每一 个αβ对含有一对[Fe4S4](即P原子簇)和一个FeMo辅因子(M 原子簇)；
钼铁蛋白的晶体结构
钼固氮酶的结构及电子传递
钼固氮酶中铁蛋白的结构
MoFe-Co （M簇）
FeMo-辅酶与蛋白结合部位不多，相对松弛，故易提取；
MoFe-Co （M簇）
M簇中相邻的Fe-Fe间的距离为2.58-2.67 Ǻ；Mo-Fe的 距离为2.67-2.73 Ǻ, 这意味着Fe-Fe和Mo-Fe之间存在着一 定程度的金属-金属键合作用。
N2 + 8H+ + 16MgATP + 8e
参与生物体内的电子传递。
✓钼酶的组成比较复杂，某些钼酶如固氮酶，黄嘌呤氧化酶，
黄嘌呤脱氢酶除了含钼辅酶外，还含有铁硫蛋白或黄素腺 嘌呤二核苷酸；另一些钼酶如硝酸盐还原酶，亚硫酸盐氧 化酶还含有细胞色素。钼酶中的铁硫蛋白或细胞色素一般 充当电子传递媒介，钼活性中心则起着底物结合对底物进 行氧化还原等生物催化作用。
钼转氧酶的催化反应与电子传递和钼价态有关。
第二节 固氮酶(Nitrogenase)
常温常压下高效地把N2转化为NH3；
N2 + 8H+ + 16MgATP + 8e 2NH3 + H2 +16MgADP +16PO43-
19世纪80年代，Hellriegel and Wilfarth首先发现
并证实自然界中生物固氮的存在，之后人们发现 生物固氮广泛发生于微生物和原核生物中。已经 发现至少200种微生物具有生物固氮功能。