固氮酶與鉬鐵輔基

空氣裡近五分之四是氮氣，可沒有任何植物或動物能直接利用它，因為 N2 是自然界最頑固的分子之一——它的兩個氮原子被一根強到幾乎惰性的三鍵鎖在一起。要造出構築蛋白質和 DNA 的氮，就必須把這根鍵撬開。工業靠數百度的巨型高壓反應釜來做（哈伯-博施法），可某些不起眼的土壤和根瘤細菌卻能在常溫常壓下做成同一件事，用的是一種叫固氮酶的酶。要複製固氮酶如此溫柔的作為，是無機化學尚未攻克的偉大目標之一。

固氮酶攜帶著生物界已知最了不起的金屬簇之一——鐵鉬輔因子，通常寫作 FeMo-co。它是一個由七個鐵原子和一個鉬、經硫原子橋連而成的籠，正中央還藏著一個單獨的碳原子——這個碳直到近年才被發現，竟坐在一簇金屬的內部，鮮明地提醒我們無機化學裡也有碳。一般認為 N2 分子結合在這個簇的鐵面之上，那裡有一股電子（由鐵硫簇輸送）和質子被持續送入，一次加一個氫原子，逐步削弱、最終斷開那根三鍵，生成兩個氨分子。整個轉化在能量上代價高昂，細胞每固定一個氮，都要燒掉大量自己的能量貨幣 ATP 來支付。

這之所以重要，是因為生物固氮連同哈伯-博施法一起養活了全世界——你體內大約一半的氮原子，都經由這兩條途徑之一而來。這一對比令人謙卑：工業過程需要極端的高溫高壓，而那個酶卻在涼爽的土壤裡就能工作，化學家至今造不出與之匹敵的催化劑。一句老實話：儘管研究了數十年、結構也已知曉，FeMo-co 究竟如何一步步馴服 N2 的確切機理仍有爭議，包括 N2 到底在哪裡、以何種方式結合，以及那個中心碳到底起什麼作用。它坦率地示範了生物解決了一個我們尚未完全破解的化學難題。