结构生物化学/蛋白质/固氮
固氮，或者更确切地说，氮的固定，是一个将N₂还原成NH₃的过程，可以是生物的或非生物的。氨基酸、嘧啶、嘌呤和其他分子中的氮都来自我们大气中的N₂。氮的固定也可能与氮转化为除氨以外的其他形式有关，例如二氧化氮。N₂中存在的叁键非常强；它的键能为940 kJ/mol。然而，从氢气和氮气形成氨在热力学上是有利的，但从动力学角度来说，反应仍然非常困难，因为中间体可能不稳定。据估计，地球上大约60%的新固氮是由固氮微生物产生的，而闪电和紫外线辐射贡献了另外15%，其余25%是由工业过程完成的。
氮进入生物圈的主要途径是固氮。在固氮中，我们基本上将二氮或氮气固定成氨。此外，固氮需要大量的能量，因为氮气的叁键很稳定。然而，断裂叁键生成氨需要一系列涉及高能量输入的还原步骤。从生物学角度来说，氮转化为氨通常是由细菌和古菌完成的。这些负责固氮的生物被称为固氮微生物。例如，共生的根瘤菌，一种固氮微生物，进入豆科植物的根部形成根瘤，在那里它们固定氮。其他例子包括蓝细菌、固氮菌科和弗兰克氏菌。固氮的工业过程包括二氮配合物、环境氮还原，最常见的方法是1910年发明的哈伯法。哈伯法涉及高压、高温，可能使用铁或钌催化剂来生产氨。从生物学的角度来看，固氮是由一种叫做固氮酶的酶催化的。使用固氮酶复合物的原因是它具有多个氧化还原中心。一般来说，固氮酶复合物包含两种蛋白质。第一种是还原酶，它提供电子，而第二部分，固氮酶，利用这些电子将氮转化为氨。在这个过程中，电子从还原酶转移到固氮酶，同时还原酶水解ATP。此过程的反应为N2 + 8 H+ → 2 NH3 + H2。这个过程是8电子过程而不是简单的6电子过程的原因是，除了生成氨外，还会生成额外的摩尔氢。通常，进行固氮的微生物通过几种机制之一将厌氧固氮与需氧代谢分开。在海洋和淡水系统中，蓝细菌是主要的固氮菌。在一个生态系统中，固氮菌最终使还原态氮可供非固氮微生物和植物同化。此外，固氮极其耗能；因此，固氮速率通常无法满足生态系统中其他成员的潜在需求。
Berg，Tymoczko，Stryer，生物化学第六版
Slonczewski，Joan L. 微生物学。“一门不断发展的科学。”第二版。