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Perspectives in Biological Nitrogen Fixation Research

Journal of Integrative Plant Biology 2008年第7期50卷 786-798页

作者： Qi Cheng Department of Biochemistry Redox Biology Center University of Nebraska-Lincoln Lincoln Nebraska 68588 USA

Nitrogen fixation, along with photosynthesis is the basis of all life on earth. Current understanding suggests that no plant fixes its own nitrogen. Some plants （mainly legumes） fix nitrogen via symbiotic anaerobic microorganisms （mainly rhizobia）. The nature of biological nitrogen fixation is that the dinitrogenase catalyzes the reaction-splitting triple-bond inert atmospheric nitrogen （N2） into organic ammonia molecule （NH3）. All known nitrogenases are found to be prokaryotic, multi-complex and normally oxygen liable. Not surprisingly, the engineering of autonomous nitrogen-fixing plants would be a long-term effort because it requires the assembly of a complex enzyme and provision of anaerobic conditions. However, in the light of evolving protein catalysts, the anaerobic enzyme has almost certainly been replaced in many reactions by the more efficient and irreversible aerobic version that uses O2. On the other hand, nature has shown numerous examples of evolutionary convergence where an enzyme catalyzing a highly specific, O2-requiring reaction has an oxygen-independent counterpart, able to carry out the same reaction under anoxic conditions. In this review, I attempt to take the reader on a simplified journey from conventional nitrogenase complex to a possible simplified version of a yet to be discovered light-utilizing nitrogenase.

关键词： aerobic anaerobic anoxic convergent enzyme light-independent light-utilizing nitrogen fixation nitrogenase oxic protochlorophyllide reductase.

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