Fijación del Nitrógeno: Proceso Enzimático, Bacterias y Mecanismos

Fijación del Nitrógeno: Conversión Enzimática y Mecanismos

La fijación del nitrógeno es la conversión enzimática del nitrógeno atmosférico (dinitrógeno) en nitrógeno orgánico. El enzima responsable de llevar a cabo la fijación de nitrógeno se denomina nitrogenasa.

Los genes que codifican proteínas implicadas en la fijación de nitrógeno se conocen con el nombre de nif.

Componentes de la Nitrogenasa y Cofactores

Los dos componentes de la nitrogenasa utilizan hierro como cofactor, y la dinitrogenasa utiliza además molibdeno. El hierro y el molibdeno de la dinitrogenasa forman parte de un cofactor denominado FeMo-co, que está constituido por una molécula de homocitrato, un átomo de molibdeno, 7 de hierro y 9 de azufre, y existen dos copias del mismo en el enzima.

Coste Energético de la Fijación de Nitrógeno

La fijación de nitrógeno es un proceso con un coste energético muy elevado, debido a la estabilidad del triple enlace en la molécula de dinitrógeno. Los tres enlaces de la molécula de dinitrógeno se van rompiendo de manera secuencial, de uno en uno, tras la incorporación de electrones y protones a la molécula.

Para la rotura del primer enlace se necesitan 4 electrones, de los cuales dos van a romper el enlace y los otros dos se pierden en forma de una molécula de hidrógeno. Esto hace que el proceso sea todavía más costoso energéticamente. En la reducción de los demás enlaces tan sólo se necesitan dos electrones.

Flujo de Electrones en la Fijación de Nitrógeno

El flujo de electrones es el siguiente: una molécula, como la flavodoxina o la ferredoxina, según las bacterias, es la que funciona como donadora de electrones, siendo la primera la más extendida. Estos electrones son cedidos a la dinitrogenasa reductasa, que a su vez los cede a la dinitrogenasa, y ésta al dinitrógeno. Por cada molécula de dinitrógeno fijada se consumen entre 16 y 24 moléculas de ATP.

Especificidad de la Nitrogenasa y Detección de la Actividad

La nitrogenasa no es un enzima muy específico, por lo que puede actuar sobre otras moléculas con triples enlaces como el acetileno, el cual es reducido a etileno. Este tipo de reacción es la más utilizada a la hora de detectar la actividad nitrogenasa, ya que acetileno y etileno pueden ser fácilmente detectados mediante cromatografía de gases.

Sensibilidad al Oxígeno y Mecanismos de Protección

Debido a la naturaleza reductora del proceso, la nitrogenasa es muy sensible al O2, y se inhibe en su presencia.

Bacterias Fijadoras de Nitrógeno de Vida Libre

De todas ellas, Azotobacter es el género mejor caracterizado. Las bacterias fijadoras de N en vida libre cuando crecen en presencia de azúcares producen una gran cantidad de material mucilaginoso, el cual va a ser importante en la protección de la nitrogenasa frente al O2, ya que éste no puede difundir fácilmente a través de él.

En el género Azotobacter se ha encontrado también que son bacterias que poseen una tasa respiratoria muy elevada, lo que permitiría consumir el O2 muy eficientemente a nivel de la membrana, impidiendo que inhiba a la nitrogenasa.