钒、钼固氮酶共有的关键机制：硫带移动，解锁氮硫代谢奥秘

为阐明固氮酶（Nitrogenase）这一复杂金属酶的机制细节，研究人员开展了关于钒（V）和钼（Mo）固氮酶的研究。发现二者在催化过程中均存在硫带（belt-S）动态周转现象，这为揭示固氮酶机制及开发相关催化剂提供方向。

　　固氮酶（Nitrogenase）是一种功能多样的金属酶，能在常温条件下激活多种小分子，比如 N₂和 CO。这种酶在农学、能源和环境等领域意义重大，因此成为研究热点，旨在弄清楚其复杂的作用机制。此前研究表明，固氮酶辅因子的硫带区域（belt region），由三个亚簇桥连的 μ₂- 硫化物（命名为 “belt-S”）组成，在催化过程中非常不稳定。

在这项研究中，研究人员发现钒固氮酶（V-nitrogenase）和钼固氮酶（Mo-nitrogenase）存在共同的机制特征：在催化过程中，它们各自催化组分的两个辅因子中，belt-S 会发生动态且不对称的周转。研究结果还表明，固氮酶可能具有非典型亚硫酸盐还原酶的作用，这意味着通过这种古老的金属酶，在地球演化的背景下，硫代谢和氮代谢之间或许存在某种联系。

此外，研究人员成功捕获到钒固氮酶的一种激活态、belt-S 脱离但不含 N₂的中间产物。这一成果为研究人员将 N₂还原过程中的关键步骤（N₂结合、H^?形成以及 belt-S 周转）分开研究，并探索它们在催化过程中的相互关系提供了契机。这不仅有助于深入理解固氮酶错综复杂的作用机制，从长远来看，还有望推动受固氮酶启发的催化剂的研发，从而实现低成本、环保地生产有价值的化学产品。

研究亮点：

• belt-S 移动是钒固氮酶和钼固氮酶共有的关键机制特征。
• belt-S 的进出可能与底物结合和产物释放相关联。
• 钒固氮酶和钼固氮酶在 belt-S 脱离状态下的差异，为揭示其作用机制提供了线索。
• 固氮酶作为亚硫酸盐还原酶，在地球氮、硫循环演化中起到连接作用。

总结：
固氮酶在其活性位点辅因子处催化 N₂还原为 NH₃。近期对 “传统” 钼固氮酶的研究显示，所有辅因子 belt-S 位点都可能参与催化过程。在本研究中，研究人员运用分析、酶学和光谱学方法证实，“另类” 钒固氮酶在催化过程中同样存在 belt-S 的动态移动。研究结果表明，belt-S 周转是同源的钼固氮酶和钒固氮酶共有的催化特征，同时研究人员鉴定出钒固氮酶的一种激活但不含 N₂的构象，这对于后续深入探索神秘的固氮酶作用机制具有巨大潜力。