Как разлагается парниковый газ N₂O

Закись азота (N₂O) — опасный климатический газ. Её парниковый эффект в 300 раз сильнее, чем у углекислого газа, и она разрушает озоновый слой. В промышленном сельском хозяйстве она образуется на чрезмерно удобренных полях при разложении нитратных удобрений микроорганизмами. Разложение закиси азота часто бывает неполным и сильно зависит от условий окружающей среды. Исследователи из Фрайбурга, Констанца и KIT идентифицировали структуру фермента, разлагающего N₂O, и механизм разложения. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Исследование показало, что фермент N₂O-редуктаза имеет активные центры, состоящие из четырёх атомов меди и двух атомов серы. «К нашему удивлению, мы обнаружили, что микробиологи во всем мире до сих пор предполагали неверную структуру», — объясняет профессор Оливер Айнсле из Фрайбургского университета. Учёные предполагали наличие только одного атома серы и не могли полностью определить механизм разложения. На основе новых данных реакционную последовательность фермента можно смоделировать гораздо лучше.

«Решающее значение имело то, что все этапы нашего исследования проводились в отсутствие атмосферного кислорода», — подчёркивает профессор Вальтер Г. Цумфт из Карлсруэ. При контакте с кислородом части фермента реагируют, и его структура меняется. Бактерии культивировали в бескислородной атмосфере, ферменты выделяли в больших масштабах, кристаллизовали и анализировали структуру с помощью рентгеновских лучей.

Исследование даёт важное представление о азотном цикле. Образование N₂O и азота на полях, пастбищах и в лесах зависит от множества факторов. Детальное знание микробных процессов и их зависимости от условий окружающей среды может помочь лучше смоделировать вклад N₂O в климат. В долгосрочной перспективе эти знания могут быть использованы для предотвращения выбросов N₂O в атмосферу, например, с помощью добавок в удобрения, сохраняющих функцию N₂O-редуктазы, или путём оптимизации процессов на очистных сооружениях.