Azotobacter vinelandii contains three forms of nitrogenase known as the Mo-, V-, and Fe-nitrogenases. They are all two-component enzyme systems, where the catalytic component, referred to as NifDK, VnfDGK, and AnfDGK, associates with the reductase component, the Fe protein or NifH, VnfH, and AnfH respectively. AnfDGK and VnfDGK have an additional subunit compared to NifDK, termed gamma or AnfG and VnfG, whose role is unknown. The expression of each nitrogenase is tightly regulated by metal availability, however it is known that there is crosstalk between the Mo- and V‑nitrogenases but the Fe‑nitrogenase components cannot support substrate reduction with its Mo‑nitrogenase counterparts. Here, docking models for the nitrogenase complexes were generated in ClusPro 2.0 based on the crystal structure of the Mo‑nitrogenase and refined using the HADDOCK 2.2 refinement interface to identify structural determinants that enable crosstalk between the Mo- and V‑nitrogenase but not the Fe‑nitrogenase. Differing salt bridge interactions were identified at the binding interface of each complex. Specifically, positively charged residues of VnfG enable complementary interactions with NifH and VnfH but not AnfH. Similarly, negatively charged residues of AnfG enable interactions with AnfH but not NifH or VnfH. A role for the G subunit is revealed where VnfG could be mediating crosstalk between the Mo- and V‑nitrogenases while the AnfG subunit on AnfDGK makes interactions with NifH and VnfH unfavorable, reducing competition with NifDK and funneling electrons to the most efficient nitrogenase.

维氏固氮菌含有三种形式的固氮酶，称为 Mo-、V- 和 Fe-固氮酶。它们都是双组分酶系统，其中催化组分称为 NifDK、VnfDGK 和 AnfDGK，分别与还原酶组分 Fe 蛋白或 NifH、VnfH 和 AnfH 结合。与 NifDK 相比，AnfDGK 和 VnfDGK 具有一个额外的亚基，称为 gamma 或 AnfG 和 VnfG，其作用未知。每种固氮酶的表达都受到金属可用性的严格调控，但众所周知，Mo 和 V 型固氮酶之间存在串扰，但 Fe 型固氮酶成分不能支持其 Mo 型固氮酶对应物的底物还原。在这里，固氮酶复合物的对接模型是在 ClusPro 2.0 中基于 Mo 固氮酶的晶体结构生成的，并使用 HADDOCK 2 进行了改进。2 细化界面，用于识别能够在 Mo 和 V 型氮酶之间而不是 Fe 型氮酶之间进行串扰的结构决定因素。在每个复合物的结合界面处鉴定出不同的盐桥相互作用。具体来说，VnfG 的带正电荷残基能够与 NifH 和 VnfH 但不能与 AnfH 互补相互作用。同样，带负电荷的 AnfG 残基可以与 AnfH 相互作用，但不能与 NifH 或 VnfH 相互作用。揭示了 G 亚基的作用，其中 VnfG 可能介导 Mo 和 V 氮酶之间的串扰，而 AnfDGK 上的 AnfG 亚基使与 NifH 和 VnfH 的相互作用不利，减少与 NifDK 的竞争并将电子漏斗到最有效的固氮酶。在每个复合物的结合界面处鉴定出不同的盐桥相互作用。具体来说，VnfG 的带正电荷残基能够与 NifH 和 VnfH 但不能与 AnfH 互补相互作用。同样，带负电荷的 AnfG 残基可以与 AnfH 相互作用，但不能与 NifH 或 VnfH 相互作用。揭示了 G 亚基的作用，其中 VnfG 可能介导 Mo 和 V 氮酶之间的串扰，而 AnfDGK 上的 AnfG 亚基使与 NifH 和 VnfH 的相互作用不利，减少与 NifDK 的竞争并将电子漏斗到最有效的固氮酶。在每个复合物的结合界面处鉴定出不同的盐桥相互作用。具体来说，VnfG 的带正电荷残基能够与 NifH 和 VnfH 但不能与 AnfH 互补相互作用。同样，带负电荷的 AnfG 残基可以与 AnfH 相互作用，但不能与 NifH 或 VnfH 相互作用。揭示了 G 亚基的作用，其中 VnfG 可能介导 Mo 和 V 氮酶之间的串扰，而 AnfDGK 上的 AnfG 亚基使与 NifH 和 VnfH 的相互作用不利，减少与 NifDK 的竞争并将电子漏斗到最有效的固氮酶。AnfG 带负电荷的残基能够与 AnfH 相互作用，但不能与 NifH 或 VnfH 相互作用。揭示了 G 亚基的作用，其中 VnfG 可能介导 Mo 和 V 氮酶之间的串扰，而 AnfDGK 上的 AnfG 亚基使与 NifH 和 VnfH 的相互作用不利，减少与 NifDK 的竞争并将电子漏斗到最有效的固氮酶。AnfG 带负电荷的残基能够与 AnfH 相互作用，但不能与 NifH 或 VnfH 相互作用。揭示了 G 亚基的作用，其中 VnfG 可能介导 Mo 和 V 氮酶之间的串扰，而 AnfDGK 上的 AnfG 亚基使与 NifH 和 VnfH 的相互作用不利，减少与 NifDK 的竞争并将电子漏斗到最有效的固氮酶。