氮是所有生物體的必需元素，是蛋白質(zhì)和核酸等關(guān)鍵細胞成分的生物合成所必需，因此是限制地球生命的主要營養(yǎng)元素。大氣中的氮氣是可自由獲取氮的最大庫存，但大多數(shù)生物體依賴更多生物可利用形式的氮（例如銨和硝酸鹽）來生長。這些底物的可用性取決于由代謝多樣的微生物復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進行的各種氮轉(zhuǎn)化反應(yīng)。

微生物可以將氮化合物轉(zhuǎn)化為具有活性且有毒的一氧化氮，或轉(zhuǎn)化為惰性且無害的氮氣。氮的微生物轉(zhuǎn)化通常被描述為一個由六個有序進行的不同過程組成的循環(huán)，同化、氨化、硝化、反硝化、厭氧氨氧化和固氮。這種氮循環(huán)的觀點意味著氮氣首先被固定到氨上，然后被同化為有機氮（即生物質(zhì)）。有機氮的降解，氨化，釋放出一分子氨，隨后通過硝化作用氧化成硝酸鹽(NH₄⁺→NO₂^?→NO₃^?)，并最終通過反硝化作用轉(zhuǎn)化回氮氣(NO₃^?→NO₂^?→NO→N₂O→N₂)或厭氧氨氧化(NO₂^?+NH₄⁺→N₂)。

植物把硝酸鹽還原成為氨鹽過程的最初階段，是靠硝酸還原酶的作用。由氨到氨基酸的合成途徑是由谷氨酸脫氫酶把氨與α-酮戊二酸進行還原而生成谷氨酸。進而在生成的谷氨酸與丙酮酸間進行氨基轉(zhuǎn)移，就可生成各種氨基酸。另一方面，氨基酸在生物體內(nèi)也因受到水解和氧化還原所進行的脫氨基反應(yīng)而被分解。細菌尤其是腐敗細菌能使氨基酸脫羧而生成胺。氨基酸因脫氨基分解生成的氨，在植物以谷氨酰胺或天冬酰胺的形態(tài)積存于體內(nèi)，動物則以氨或轉(zhuǎn)化成為尿酸、尿素排出體外。

氮對于生物體的重要性不言而喻，而近年來人們對于氣候變化的關(guān)注和研究中，由于人口的過快增長和化肥使用量的急劇增加，發(fā)現(xiàn)人類已經(jīng)推動氮循環(huán)超越了可持續(xù)性，例如由于污水的過量排放導(dǎo)致水體中亞硝酸鹽超標，NO₃污染是導(dǎo)致沿海地區(qū)死亡區(qū)增加的原因，N₂O被認為是21世紀及以后需要緩解的關(guān)鍵溫室氣體，這些使得對于氮循環(huán)的控制越來越成為一項棘手的工作。因此，科學(xué)和社會有責任關(guān)注氮循環(huán)，并從最終控制氮循環(huán)的微生物中獲取線索。

以下酶進行氮轉(zhuǎn)化：同化硝酸還原酶(NAS)；膜結(jié)合(NAR)和周質(zhì)(NAP、napA)異化硝酸還原酶；亞硝酸鹽氧化還原酶(NXR)；一氧化氮氧化酶(NOD)；含血紅素(Cd₁-NIR)和含銅(Cu-NIR)亞硝酸還原酶；細胞色素C依賴性(cNOR)、對苯二酚依賴性(qNOR)和含銅對苯二酚依賴性一氧化氮還原酶(Cu_ANOR)；NADH依賴性細胞色素P450一氧化氮還原酶(P₄₅₀NOR)；黃酮二鐵一氧化氮還原酶(NORvw)；雜合簇蛋白(HCP)；羥胺氧化還原酶(HAO)；羥胺氧化酶(HOX)；一氧化二氮還原酶(NOS)；一氧化氮歧化酶(NO-D)；同化亞硝酸還原酶(cNIR)；異化周質(zhì)細胞色素C亞硝酸還原酶(ccNIR)；ε-羥胺氧化還原酶(εHAO)；八血紅素亞硝酸還原酶(ONR)；八碳連四硫酸鹽還原酶(OTR)；鉬鐵(MoFe)，鐵鐵(FeFe，anfHGDK)和釩鐵(VFe，vnfHGDK)固氮酶；肼脫氫酶(HDH)；肼合酶(HZS)；氨單加氧酶(AMO)；顆粒甲烷單加氧酶(pMMO)；氰酶(CYN、cynS)和脲酶(URE)。

索萊寶氮循環(huán)系列

檢測產(chǎn)品

溫馨提示

索萊寶生化試劑盒貨號以“0"、“5"結(jié)尾，分別代表兩類反應(yīng)體系。以“0"結(jié)尾的代表試劑盒所用方法為分光光度法(反應(yīng)體系約1mL)，可以用分光光度計進行檢測；以“5"結(jié)尾的試劑盒代表所用方法為微量法(反應(yīng)體系約0.2mL)，可以用分光光度計或者酶標儀進行檢測。

參考文獻

[1] Kuypers, M. M. M., Marchant, H. K., & Kartal, B. (2018). The microbial nitrogen-cycling network. Nature Reviews Microbiology, 16(5), 263–276.

[2] Soler-Jofra, A., Pérez, J., & van Loosdrecht, M. C. M. (2021). Hydroxylamine and the nitrogen cycle: a review. Water Research, 190, 116723.

[3] Stein, L. Y., & Klotz, M. G. (2016). The nitrogen cycle. Current Biology, 26(2).