鐵鉬輔因子

鐵鉬輔因子（FeMo輔因子、FeMoco）是以固氮酶為核心的輔因子，化學式為Fe₇MoS₉C。固氮酶在固氮過程中負責將大氣中的氮氣催化轉化為氨氣（NH₃），其含有金屬鐵及鉬的輔因子。

FeMo輔因子的結構，並標註了其與固氮酶結合的位點（Cys:半胱氨酸，His:組氨酸）。

結構

鐵鉬輔因子作為原子簇，可被視為兩個部分團簇的組合：Fe₄S₃團簇和MoFe₃S₃團簇。兩組子團簇通過三個硫（II）配體相連。其中，Fe通過半胱氨酸（Cys）連接到固氮酶，並與其餘的三個硫原子相互鍵合形成四面體的局部分子結構。其餘六個Fe原子在分子團簇中都分別與三粒硫相連。這六個Fe原子與中心的碳原子一同構成三角稜柱分子構型。Mo原子連接着三粒硫原子，並通過組氨酸（His）固定到固氮酶。和Mo同時相連的還有雙配齒高檸檬酸，Mo附近從而就形成了八面體配位場。X光吸收細微結構（EXAFS）光譜學分析最早證實了鐵鉬輔因子的幾何構型。其中Fe-S，Fe-Fe和Fe-Mo鍵長分別為2.32，2.64和2.73 Å。

鐵鉬輔因子電子性能

從電子順磁共振結果可以發現鐵鉬輔因子的靜態有着s=3/2的自旋態。通過單電子還原鐵鉬輔因子顯示出電子順磁共振沉默。深入挖掘電子在蛋白質中的轉移過程可得到飛秒級輔因子更精確的動力學模型。DFT計算結果顯示了其氧化態為Mo^IV-2Fe^II-5Fe^III-C⁴⁻-H⁺，但到目前為止沒有實驗數據可證實其確切氧化態。

合成

FeMoco的生物合成過程複雜，需要幾個Nif基因產物，特別是nifS、nifQ、nifB、nifE、nifN、nifV、nifH、nifD和nifK（表達為nifS、NifU等蛋白）。FeMoco組裝由NifS和NifU啟動，將Fe和硫化物聚合成小的Fe-s碎片，這些片段轉移到NifB支架上，轉移到NifEN蛋白（由nifE和nifN編碼）之前排列成Fe7MoS9C簇，並在交付給MoFe蛋白之前重新排列。其他幾個因素也參與了生物合成，如NifV是向FeMoco提供高檸檬酸的高檸檬酸合酶。NifV是蛋白因子，可能參與了Mo的儲存和／或轉移。Fe蛋白是MoFe蛋白6的電子供體。這些生物合成因子經生化、光譜或結構分析證實有確切功能和序列。

提純

將硝基酶離心沉澱到MoFe蛋白和Fe蛋白中分離出afo輔因子。用酸處理MoFe蛋白萃取出FeMo輔助因子。第一次萃取用N,N-二甲基甲酰胺，第二次用N-甲基甲酰胺和磷酸二鈉的混合物，最後離心沉澱。

鑑定輔因子中心原子

在M-cluster合成中起直接作用的三種蛋白質是NifH、NifEN和NifB。NifB蛋白負責輔助因子的Fe-S核心的組裝；將兩組[4Fe-4S]簇縫合在一起的過程。NifB屬於SAM（s-adenosyl-l-蛋氨酸）酶超家族。在FeMo輔助因子的生物合成過程中，NifB及其SAM輔助因子直接參與了Fe-S絡合物中心碳原子的插入。相當於SAM提供了一組甲基，甲基變成m簇的間隙碳化物。SAM的甲基是通過5-脫氧腺苷自由基（5-dA·）消去氫自由基來移動。推測的是，一個瞬態CH2·自由基形成，隨後合併到形成fe6-碳化物的金屬簇中。插入氮化酶後，間質碳仍與FeMo輔助因子相關，中心碳原子通過13C標記和脈衝EPR光譜檢測得到確認。除了EPR光譜外，x射線衍射法證實了FeMo輔助因子中間有一粒中心原子，x射線發射光譜研究表明中心原子是碳，這是由於2p1s碳－鐵躍遷。X射線晶體學表明雖然FeMo輔助因子不是以催化形式存在，但碳保持了結構剛性，有助描述氮化酶的反應。

吸附態

底物附着在輔因子上的吸附位點尚未確認。認為離間隙碳最近的鐵原子參與底物活化，而末端鉬也可作為固氮的潛在位點。