固氮酶与钼铁辅基

空气里近五分之四是氮气，可没有任何植物或动物能直接利用它，因为 N2 是自然界最顽固的分子之一——它的两个氮原子被一根强到几乎惰性的三键锁在一起。要造出构筑蛋白质和 DNA 的氮，就必须把这根键撬开。工业靠数百度的巨型高压反应釜来做（哈伯-博施法），可某些不起眼的土壤和根瘤细菌却能在常温常压下做成同一件事，用的是一种叫固氮酶的酶。要复制固氮酶如此温柔的作为，是无机化学尚未攻克的伟大目标之一。

固氮酶携带着生物界已知最了不起的金属簇之一——铁钼辅因子，通常写作 FeMo-co。它是一个由七个铁原子和一个钼、经硫原子桥连而成的笼，正中央还藏着一个单独的碳原子——这个碳直到近年才被发现，竟坐在一簇金属的内部，鲜明地提醒我们无机化学里也有碳。一般认为 N2 分子结合在这个簇的铁面之上，那里有一股电子（由铁硫簇输送）和质子被持续送入，一次加一个氢原子，逐步削弱、最终断开那根三键，生成两个氨分子。整个转化在能量上代价高昂，细胞每固定一个氮，都要烧掉大量自己的能量货币 ATP 来支付。

这之所以重要，是因为生物固氮连同哈伯-博施法一起养活了全世界——你体内大约一半的氮原子，都经由这两条途径之一而来。这一对比令人谦卑：工业过程需要极端的高温高压，而那个酶却在凉爽的土壤里就能工作，化学家至今造不出与之匹敌的催化剂。一句老实话：尽管研究了数十年、结构也已知晓，FeMo-co 究竟如何一步步驯服 N2 的确切机理仍有争议，包括 N2 到底在哪里、以何种方式结合，以及那个中心碳到底起什么作用。它坦率地示范了生物解决了一个我们尚未完全破解的化学难题。