生物固氮原理简介.ppt

化学模拟生物固氮 李勤瑜 陈晓苹 谭志彬 肖琅 主要内容 化学模拟生物固氮意义 生物固氮原理简介 化学模拟生物固氮成键机理 化学模拟生物固氮发展状况 化学模拟生物固氮意义 化肥比如硫铵、碳铵、尿素等等一般都含有氮，而氮是构成蛋白质的基本元素之一，是农作物生长的必需营养。 氨是硫铵、碳铵、尿素的合成原料之一，它是由氢气和空气中的氮气合成的，这个过程需要在500 ℃、300大气压下进行，还要有大型的离心压缩机，投资大、耗能高，很不经济。 科学家们争取用化学的方法模拟生物固氮，来实现在温和条件下固定空气中的氮，这就是化学模拟生物固氮。化学模拟固氮的研究，将为化学氮肥生产提供新型的催化剂，这对现代氮肥工业以及农业生产都具有极其重要的意义。 生物固氮原理简介 1.生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能，这种功能是在固氮酶的催化作用下进行的。固氮酶是一种能够将分子氮还原成氨的酶。固氮酶是由两种蛋白质组成的：一种含有铁，叫做铁蛋白，另一种含有铁和钼，叫做钼铁蛋白。只有铁蛋白和钼铁蛋白同时存在，固氮酶才具有固氮的作用。 生物固氮过程的反应式 2NMH3＋nMg-ADP＋nPi 生物固氮原理简介 3.铁蛋白与Mg-ATP结合以后，被黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白还原，并与钼铁蛋白暂时结合以传递电子。铁蛋白每传递一个电子给钼铁蛋白， 同时伴随有两个Mg-ATP的水解。在这一催化反应中，铁蛋白反复氧化和还原，只有这样，e-和H+才能依次通过铁蛋白和钼铁蛋白，最终传递给N2和乙炔，使它们分别还原成NH3和乙烯。 生物固氮酶催化原理图 化学模拟生物固氮成键机理 其反应实质是N2分子与金属形成σ—π键而生成稳定配合物。由于σ—π键的形成，使配位体N2分子中的N—N键活化以实现在常压下把N2还原成NH3。 成键过程如下图。 化学模拟生物固氮发展现状 模型 1)钼派：认为N2络合在钼上 2)铁派：认为N2络合在铁上 3)钼、铁派：认为N2对钼铁均有作用 我国早在70年代，卢嘉锡和蔡启瑞等人先后提出了福州模型和厦门模型Ⅰ、Ⅱ，即单网兜和双网兜状混合簇孪重烷体的福州模型和“活口类立方烷和共角（[Mo]） 胼联活口双立方烷的厦门模型Ⅰ、Ⅱ”，并引起了国际重视。 N2与FeMoCo的结合方式 * * N2＋6H+＋nMg-ATP＋6e- 固氮酶 2.第一，ATP一定要与镁(Mg)结合，形成Mg-ATP复合物后才能起作用；第二，固氮酶具有底物多样性的特点，除了能够催化N2还原成NH3以外，还能催化乙炔还原成乙烯(固氮酶催化乙炔还原成乙烯的化学反应，常被科学家用来测定固氮酶的活性)等；第三，生物固氮过程中实际上还需要黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白参与，这两种物质作为电子载体能够起到传递电子的作用。 HOME HOME