钒的固氮作用

钒与钼都是 d 区过渡元素，有化学上的相似性，都是多变价元素。钼是生物固氮的主要元素，而钒能代替钼作为土壤中细菌固氮（棕色固氮菌（酶） A-zotobacter Vineladii）的必需微量元素，这是早在 50 年前 Baortels 已报导过的。最近 Robsen 等从另外的固氮菌（Azotobacter Chroccum）中也发现了钒固氮酶，钒固氮酶在缺钼的条件下可进行 N2 分子的活化，而且可能含有与钼相似的活性中心。由于在体系中钒，钼相互制约，要分离出钒固氮酶很不容易，只有在缺钼条件下才能得到，并且证明合成这种固氮酶需要一定化学计量的钒。钼固氮酶配合物有两类蛋白质组分都含有 Fe-S 簇，一类是含铁蛋白质，另一类是含有铁和钼的蛋白质（铁、钼蛋白质）。而钒固氮酶有非常相似的结构，钒可取代铁、钼蛋白质中的钼，组成铁和钒原子比为 13∶ 1 的铁、钼蛋白质。最近研究指出钼固氮酶中含有类似于 Mo-Fe-S 原子簇MoFe3S4 ，而钒与钼相似也能形成 V-Fe-S 原子簇 VFe3S4 ，[MoFe3S4]^{3+ 与}

[VFe3S4]²⁺为等电子体。同时钒与钼有以相似低的氧化还原电势进行氧化还原反应。因此现在已合成的能催化双氮还原为氨的反应模型化合物虽大多数是钼的配合物，但钒的类似化合物同样是有效的。这种结构和反应的相似性具有深远的意义，人们已经开始研究固氮酶中钒的作用，为人工模似生物固氮开辟了新的广阔的前景。

尽管元素钒早在 18 世纪初就已发现，它的优异的物理化学性质也早为人

所共知。但对钒在生物体中神奇的生物化学作用的认识并不很清楚，许多方面还是个谜。目前对它的研究仅仅是开始，还有待于我们更深入探索，并进一步去开发它的新功能以造福于人类。（黄佩丽）