Nitrogenase, Nitrogenase-Komplex, das für die biologische Fixierung des atmosphärischen Stickstoffs verantwortliche Enzym. N. besteht aus den beiden Schlüsselenzymkomponenten Dinitrogenase-Reductase und Dinitrogenase. Dinitrogenase-Reductase (M_r ~ 60000) ist aus zwei identischen Untereinheiten aufgebaut, enthält ein 4Fe-4S-Redoxzentrum sowie zwei Bindungsstellen für ATP. Die Dinitrogenase (MoFe-Protein) ist ein α₂β₂-Tetramer (M_r ~ 240000) und enthält zwei Metall-Schwefel-Cluster. Während am FeMo-Cofaktor sich die Bindung, Aktivierung und Reduktion des N₂-Moleküls abspielt, ist der wahrscheinlich am Elektronentransfer beteiligte P-Cluster (P abgeleitet von engl. protein-bound) aus zwei Fe₄S₄-Einheiten aufgebaut, die durch zwei Cysteinschwefelatome und eine zusätzliche Disulfidbrücke miteinander verbunden sind. Man kennt auch Molybdän-unabhängige N., in denen statt Mo Vanadium vorkommt
(V-Nitrogenasen), und sogar solche, die weder Mo noch V enthalten (Fe-Nitrogenasen). Alle drei Typen von N. kommen in Acotobacter vinelandii vor. Die biologische Stickstoffixierung erfolgt unter ATP-Hydrolyse nach folgender Reaktion: N₂ + 10 H⁺ + 8 e^- + 16 ATP → 2 NH₄⁺ + 16 ADP + 16 P_a + H₂

Von den 8 Elektronen, die von der stark reduzierten Form der Dinitrogenase stammen, werden 6 zur Reduktion von N₂ und 2 zur Bildung von H₂ benötigt. Dinitrogenase-Reductase reduziert die Dinitrogenase, wobei als unmittelbare Elektronenquelle reduziertes Ferredoxin, daneben auch reduziertes Flavodoxin neben anderen Elektronenträgern dienen kann.