Essential metals for nitrogen fixation in a free‐living N 2 ‐fixing bacterium: chelation, homeostasis and high use efficiency

固氮酶 藤黄固氮菌 固氮 重氮 生物 氮气 固氮菌 金属 环境化学 螯合作用 细菌 生物化学 化学 无机化学 有机化学 遗传学
作者
Jean‐Philippe Bellenger,Thomas Wichard,Ying Xu,Anne M. L. Kraepiel
出处
期刊:Environmental Microbiology [Wiley]
卷期号:13 (6): 1395-1411 被引量:112
标识
DOI:10.1111/j.1462-2920.2011.02440.x
摘要

Biological nitrogen fixation, the main source of new nitrogen to the Earth's ecosystems, is catalysed by the enzyme nitrogenase. There are three nitrogenase isoenzymes: the Mo-nitrogenase, the V-nitrogenase and the Fe-only nitrogenase. All three types require iron, and two of them also require Mo or V. Metal bioavailability has been shown to limit nitrogen fixation in natural and managed ecosystems. Here, we report the results of a study on the metal (Mo, V, Fe) requirements of Azotobacter vinelandii, a common model soil diazotroph. In the growth medium of A. vinelandii, metals are bound to strong complexing agents (metallophores) excreted by the bacterium. The uptake rates of the metallophore complexes are regulated to meet the bacterial metal requirement for diazotrophy. Under metal-replete conditions Mo, but not V or Fe, is stored intracellularly. Under conditions of metal limitation, intracellular metals are used with remarkable efficiency, with essentially all the cellular Mo and V allocated to the nitrogenase enzymes. While the Mo-nitrogenase, which is the most efficient, is used preferentially, all three nitrogenases contribute to N₂ fixation in the same culture under metal limitation. We conclude that A. vinelandii is well adapted to fix nitrogen in metal-limited soil environments.
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