Kvävemetabolism i växter: Vägar, utnyttjande och andra detaljer

Kvävemetabolism i växter: Vägar, utnyttjande och andra detaljer!

Det finns en stor mängd kväveföreningar i en cell. Protein som utgör den väsentliga beståndsdelen i protoplasma, nukleinsyror som bestämmer de morfologiska och fysiologiska gränserna för en art såväl som de enskilda medlemmarna därav, enzymer, vitaminer, hormoner, alkaloider, glykosider etc. är alla kvävehaltiga.

Atmosfär är den ultimata kvävekällan. Att hindra det lilla antal arter som kan fixa det atmosfäriska kvävet och utnyttja det för att syntetisera de oräkneliga kvävehaltiga ämnena de behöver, alla växter får sitt kvävebehov från jorden.

Nitraten och ammoniaksalterna som utgör en del av jordens mineralmiljö tas upp av rötterna och utnyttjas i kvävemetabolism hos växten. Således får växterna sina kvävekrav på fyra olika sätt:

(1) som molekylärt kväve;

(2) som organiskt kväve;

(3) som ammoniakalt kväve och

(4) som nitrat kväve.

Användning av molekylärt kväve:

Endast mycket få organismer kan kvävefixera, dvs utnyttjande av atmosfäriskt kväve i syntesen av kväveföreningar. Den mest kända kvävebindande symbiotiska bakterien är Rliizobium. Denna bakterie lever i jorden för att bilda rotknutor i växter som tillhör familjen Leguminosae, såsom bönor, gram, jordnöts och sojabönor.

Vissa friluftande bakterier som Azotobacter och Clostridium pasteurianum kan också fixera atmosfäriskt kväve. Rhodospirillum, Rhodopseudomonas och Chromatium som kan fotosyntesis kan också fixa kväve. Men minskningen av kväve sker genom någon reducerad elektrondonor, såsom sulfid, svavel, väte eller organiska föreningar, och inte genom att använda ljusenergi.

Andra kvävefixeringsorganismer är några av de blågröna algerna, som Anabaena och Nostoc. Vanligtvis är de fria levande men ibland bildar de symbiotiska föreningar som hittades i koralloidrötterna av Cycas och löv av akvarellbensan Azolla.

Knutningsformationen i baljväxterna har studerats i detalj. När en del av rotknuteln undersöks, verkar den rosa på grund av närvaron av ett pigment som kallas leghemoglobin. Som hemoglobin är leghemoglobin en syreavskiljare. Synthesen av leghemoglobin behöver kobolt eftersom det är en väsentlig del av vitamin B 12, en förening som behövs för produktion av pigmentet.

Molybden är också viktigt men dess roll är inte känd för viss. kanske spelar den rollen som en kofaktor och underlättar redoxreaktionerna, vilket leder till minskning av kväve till ammoniak. Det enzym som katalyserar fixeringen av kväve (kväveas) fungerar under aeroba förhållanden. Leghemoglobin kombinerar med syre och skyddar syre och skyddar kväveas.

De exakta reaktionerna som är involverade i reduktionen av molekylärt kväve till ammoniak är inte kända för vissa. Omvandlingen av N2 till NH3 är dock inte en rak process. De möjliga vägarna i reduktion av molekylärt kväve till ammoniak ges nedan.

Användning av organiskt kväve:

Många växter använder organiska kväveföreningar som aminosyror och urea. Sättet för utnyttjande av urea genom växter utarbetas inte noggrant, men det är sannolikt att ureas, enzymet som verkar på urea hydrolyserar det till två molekyler ammoniak och en av koldioxid. Ammoniak metaboliseras sedan på vanligt sätt.

Ammoniakkväve:

Ammoniakalter används ofta som en källa till kväve av flera växter. Men beredskapen med vilken en växt tar upp en ammoniakförening beror på jordens natur och plantens ålder. Den ammoniakala radikalen absorberad av en växt är inbyggd i amider, aminosyror och proteiner.

Nitratkväve:

Jordar innehåller goda nitratmängder och de flesta växter får sitt kvävebehov i den formen. Faktum är att flera växter föredrar nitratkväve till ammoniakkväve. Nitratkvävet reduceras till ammoniakform före införlivande i en av kväveföreningarna i cellen. Så tidigt som 1895 föreslog Schulze följande väg för denna minskning.

Nitrat -> Nitrit -> Hyponitrit -> Hydroxylamin -> Ammoniak

1. Reduktion av nitrat till nitrit:

Det utförs av byrån av enzyminitratreduktas. Enzymet har FAD som sin protetiska grupp och använder NADPH eller NADH som källa till reducerande kraft.

Molybden är också viktigt för reduktionen av nitrater. Detta framgår av det faktum att i molybden - bristfälliga växter ackumuleras nitrater. Det tjänar som en elektronbärare. Systemet för elektronöverföring som uppträder under reduktionen av nitrater till nitrit kan beskrivas enligt nedan.

2. Nitritreducering:

Venecko och Verner (1955) visade att reduktionen av nitratkväve till aminokväve uppträder i intakta löv, både i ljus och mörker. Tidigare i 1953 visade Evans och Nason att i växtekstrakter innehållande NADPH försvinna nitrater långsamt, verkar det som att reducerande kraft för detta tillhandahålls genom fotokemisk uppdelning av vatten.

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

Ett nitritreducerande enzym är ännu inte isolerat, men Nason, Abraham och Averback (1954) beredde ett sådant enzymsystem från Neurospora. Detta system har visat sig kunna använda NADH eller NADPH som vätegivare.

Reduktion av hydroxylamin:

Nason (1955) och Frear and Burrel (1955) isolerade enzymet som omvandlar hydroxylamin till ammoniak från Neurospora respektive högre växter. Detta enzym är också misstänkt för att vara ett metalloflavoprotein med mangan som metallkofaktorn. Det använder även NADH som vätegivare.

NH2OH + NADH + H + -> NH3 + NAD + H20

Sammanfattar ekvationen enligt Schulzes system vi har

Till sist är ammoniak inbyggd i aminosyra, antingen glutaminsyra eller asparaginsyra. Dessa tjänar till att initiera ett stort antal transaminationsreaktioner och därmed till att bygga proteiner.

Aminosyrametabolism:

Syntes av aminosyror förekommer mestadels i rötter och löv där nitrater reduceras. Cellerna i dessa regioner måste tillhandahålla de nödvändiga organiska syrorna som huvudsakligen bildas i Krebs-cykeln. När Krebs-cykeln uppträder i mitokondrier antas att ställena för aminosyresyntesen är mitokondrier. Aminosyror bildas genom följande metoder:

1. Reduktiv aminering:

I närvaro av ett dehydrogenas och en reducerande kraft (antingen NADH2 eller NADPH.) Kan ammoniak kombinera direkt med en ketosyra för att producera en aminosyra. Substratet av reduktiv aminering är generellt a-ketoglutursyra, en intermediär med Krebs-cykel. Det ger upphov till glutaminsyra. Glutaminsyra erkänns som inträdeshamn för oorganiskt kväve i den metaboliska vägen.

Bildningen av glutaminsyra sker genom två steg. Första a-ketoglutarsyra amineras till a-iminoglutaric och därefter bildas glutaminsyra genom förmedling av NADPH och glutamint dehydrogenas.

Förutom a-ketoglutarsyra andra organiska syror som genomgår reduktiv aminering är oxaloacetat och pyruvsyra.

2. Transaminering:

När en aminosyra är organiserad, utgör den utgångspunkten för produktion av andra aminosyror. Detta händer genom transamineringsreaktioner. En transamineringsreaktion består i överföringen av en aminogrupp från en aminosyra till en organisk syra, så att en annan aminosyra bildas.

En typisk transamineringsreaktion kan representeras enligt följande:

Wilson, King and Burris (1954) demonstrerade transamineringsreaktioner som involverade glutaminsyra och sjutton andra aminosyror. Några av dem är:

Glutaminsyra + oxaloättiksyra a-ketoglutarsyra + asparaginsyra

Glutaminsyra 4 Pyruvinsyra a-ketoglutarsyra + alanin.

En viktig aspekt av aminosyrametabolism är att de varken lagras eller utsöndras.