Nitrogen metabolisme i planter: Måter, bruk og andre detaljer

Nitrogen metabolisme i planter: Måter, bruk og andre detaljer!

Det er et stort utvalg av nitrogenholdige forbindelser i en celle. Protein som danner den essensielle ingrediensen i protoplasma, nukleinsyrer som bestemmer de morfologiske og fysiologiske grensene til en art så vel som de enkelte medlemmene derav, enzymer, vitaminer, hormoner, alkaloider, glykosider, etc., er alle nitrogenholdige i naturen.

Atmosfære er den ultimate nitrogenkilden. Å fjerne det lille antallet arter som kan fikse det atmosfæriske nitrogenet og bruke det til å syntetisere de utallige nitrogenholdige stoffene de trenger, oppnår alle planter sitt nitrogenbehov fra jorda.

Nitrater og ammoniakkalter som inngår i jordens mineralmiljø tas opp av røttene og benyttes i nitrogenmetabolisme av planten. Dermed oppnår plantene sine nitrogenkrav på fire forskjellige måter:

(1) som molekylært nitrogen;

(2) som organisk nitrogen;

(3) som ammoniakkalt nitrogen og

(4) som nitrat nitrogen.

Utnyttelse av molekylær nitrogen:

Bare svært få organismer er i stand til nitrogenfiksering, dvs. utnyttelse av atmosfærisk nitrogen i syntesen av nitrogenholdige forbindelser. Den mest kjente nitrogenbindende symbiotiske bakterien er Rliizobium. Denne bakterien lever i jorden for å danne rotknutler i planter som tilhører familien Leguminosae som bønner, gram, jordnøtt og soyabønne.

Noen frie levende bakterier som Azotobacter og Clostridium pasteurianum er også i stand til å fikse atmosfærisk nitrogen. Rhodospirillum, Rhodopseudomonas og Chromatium som kan fotosyntesere kan også fikse nitrogen. Men reduksjonen av nitrogen skjer gjennom en redusert elektrondonor som sulfid, svovel, hydrogen eller organiske forbindelser, og ikke ved bruk av lysenergi.

Andre nitrogenfiksjonsorganismer er noen av de blågrønne alger, som Anabaena og Nostoc. Vanligvis er de frie levende, men noen ganger danner de symbiotiske foreninger når de finnes i koralloidrøttene til Cycas og blader av akvariet Azolla.

Knudeformasjonen i legumet har blitt studert i detalj. Når en del av rotnokselet undersøkes, virker det rosa på grunn av tilstedeværelsen av et pigment som kalles leghemoglobin. Som hemoglobin er leghemoglobin en oksygenavleser. Synthese av leghemoglobin trenger kobolt fordi det er en viktig del av vitamin B ₁₂, en forbindelse som er nødvendig for produksjon av pigmentet.

Også molybden er viktig, men dens rolle er ikke kjent for sikker; kanskje spiller den rollen som en kofaktor og letter redoksreaksjonene, noe som fører til reduksjon av nitrogen til ammoniakk. Enzymet som katalyserer fiksering av nitrogen (nitrogenase) fungerer under aerobiske forhold. Leghemoglobin kombinerer med oksygen og beskytter oksygen og beskytter nitrogenase.

De eksakte reaksjonene som er involvert i reduksjon av molekylært nitrogen til ammoniakk er ikke kjent for visse. Imidlertid er omdannelsen av N2 til NH3 ikke en rett prosess. De mulige veier i reduksjon av molekylært nitrogen til ammoniakk er gitt nedenfor.

Bruk av organisk nitrogen:

Mange planter bruker organiske nitrogenforbindelser som aminosyrer og urea. Bruken av urinstof ved planter er ikke grundig utarbeidet, men det er trolig at urease, enzymet som virker på urea, hydrolyserer det til to molekyler ammoniakk og et av karbondioksid. Ammoniaket metaboliseres deretter på vanlig måte.

Ammoniumkalsalt nitrogen:

Ammoniaksalter benyttes ofte som en nitrogenkilde av flere planter. Men beredskapen som en plante tar opp en ammoniakforbindelse av, beror på jordens natur og plantens alder. Det ammoniakale radikal absorbert av en plante er bygd inn i amider, aminosyrer og proteiner.

Nitratkväve:

Jordsmonn inneholder gode mengder nitrater, og de fleste planter oppnår deres nitrogenbehov i den form. Faktisk foretrekker flere planter nitrat nitrogen til ammoniakk nitrogen. Nitratnitrogen blir redusert til ammoniakkform før innblanding i en av nitrogenforbindelsene i cellen. Så tidlig som 1895 foreslo Schulze følgende vei for denne reduksjonen.

Nitrat -> Nitrit -> Hyponitrite -> Hydroxylamin -> Ammoniak

1. Reduksjon av nitrat til nitrit:

Det utføres av byrået av enzyminitratreduktase. Enzymet har FAD som sin protese gruppe og bruker NADPH eller NADH som kilde til å redusere kraft.

Molybden er også viktig for reduksjon av nitrater. Dette fremgår av det faktum at i molybden - mangelfulle planter opphopes nitrater; Det fungerer som en elektronbærer. Ordningen med elektronoverføring som oppstår under reduksjon av nitrater til nitritt kan avbildes som angitt nedenfor.

2. Nitritreduksjon:

Venecko og Verner (1955) viste at reduksjonen av nitrat-nitrogen til aminokvoten oppstår i intakte blader, både i lys og mørke. Tidligere i 1953 viste Evans og Nason at i planteekstrakter som inneholder NADPH, forsvinner nitrittene sakte, men det ser ut til at reduksjonskraften til dette er gitt ved fotokjemisk spalting av vann.

2HNO2 + 2H20 -> 2NH3 + 3O2

Et nitrittreduserende enzym er ikke isolert enda, selv om Nason, Abraham og Averback (1954) forberedte et slikt enzymsystem fra Neurospora. Dette systemet har vist seg å være i stand til å bruke NADH eller NADPH som hydrogen donor.

Reduksjon av hydroksylamin:

Nason (1955) og Frear and Burrel (1955) isolerte enzymet som omdanner hydroksylamin til ammoniakk fra henholdsvis Neurospora og høyere planter. Dette enzymet mistenkes også å være et metalloflavoprotein med mangan som metallkofaktor. Det benytter også NADH som hydrogengiver.

NH20H + NADH + H ⁺ -> NH3 + NAD + H20

Oppsummerer ligningen i henhold til Schulzes plan vi har

Til slutt er ammoniakk bygget inn i aminosyre, enten glutaminsyre eller asparaginsyre. Disse tjener til å initiere et bredt spekter av transamineringsreaksjoner og derfra til å bygge proteiner.

Aminosyre-metabolisme:

Syntese av aminosyrer forekommer hovedsakelig i røttene og blader der nitrater reduseres. Cellene i disse områdene må gi de nødvendige organiske syrer som hovedsakelig dannes i Krebs syklus. Som Krebs syklus oppstår i mitokondrier, antas det at områdene av aminosyresyntese er mitokondriene. Aminosyrer dannes ved hjelp av følgende metoder:

1. Reduktiv Aminering:

I nærvær av en dehydrogenase og en reduserende effekt (enten NADH2 eller NADPH.) Kan ammoniakk kombinere direkte med en keto-syre for å fremstille en aminosyre. Substratet for reduktiv aminering er generelt a-ketogluturinsyre, et mellomprodukt med Krebs-syklus. Det gir opphav til Glutaminsyre. Glutaminsyre blir anerkjent som inngangsport for uorganisk nitrogen inn i metabolske veier.

Dannelsen av glutaminsyre foregår gjennom to trinn. Første a-ketoglutarsyre amineres til a-iminoglutaric, og deretter dannes glutaminsyre gjennom mekling av NADPH og glutaminsdehydrogenase.

Foruten a-ketoglutarsyre andre organiske syrer som gjennomgår reduktiv aminering er oksaloacetat og pyruvsyre.

2. Transaminering:

Når en aminosyre er organisert, danner den utgangspunktet for produksjon av andre aminosyrer. Dette skjer gjennom transamineringsreaksjoner. En transamineringsreaksjon består i overføring av en aminogruppe fra en aminosyre til en organisk syre, slik at en annen aminosyre dannes.

En typisk transamineringsreaksjon kan være representert som følger: