Chuyển hóa nitơ trong thực vật: Cách thức, sử dụng và các chi tiết khác

Chuyển hóa nitơ trong thực vật: Cách thức, sử dụng và các chi tiết khác!

Có rất nhiều hợp chất nitơ trong một tế bào. Protein tạo thành thành phần thiết yếu của nguyên sinh chất, axit nucleic quyết định biên giới hình thái và sinh lý của một loài cũng như các thành viên riêng lẻ của chúng, enzyme, vitamin, hormone, alkaloids, glycoside, v.v., đều có tính nitơ.

Khí quyển là nguồn nitơ cuối cùng. Chặn số lượng nhỏ các loài có thể cố định nitơ trong khí quyển và sử dụng nó để tổng hợp vô số các chất nitơ mà chúng cần, tất cả các nhà máy đều có được nhu cầu nitơ từ đất.

Các nitrat và muối ammoniac tạo thành một phần của môi trường khoáng chất của đất được lấy từ rễ và sử dụng trong chuyển hóa nitơ của cây. Do đó, thực vật có được nhu cầu nitơ theo bốn cách khác nhau:

(1) dưới dạng nitơ phân tử;

(2) dưới dạng nitơ hữu cơ;

(3) dưới dạng nitơ ammoniac và

(4) dưới dạng nitơ nitrat.

Sử dụng Nitơ phân tử:

Chỉ có rất ít sinh vật có khả năng cố định nitơ, tức là sử dụng nitơ trong khí quyển trong quá trình tổng hợp các hợp chất nitơ. Loại vi khuẩn cộng sinh cố định nitơ được biết đến nhiều nhất là Rliizobium. Vi khuẩn này sống trong đất để hình thành các nốt sần ở những cây thuộc họ Leguminosae như đậu, gram, lạc và đậu tương.

Một số vi khuẩn sống tự do như Azotobacter và Clostridium pasteurianum cũng có khả năng cố định nitơ trong khí quyển. Rhodospirillum, Rhodopseudomonas và Chromatium có thể quang hợp cũng có thể cố định nitơ. Nhưng việc khử nitơ được thực hiện thông qua một số nhà tài trợ điện tử giảm như sunfua, lưu huỳnh, hydro hoặc các hợp chất hữu cơ, chứ không phải bằng cách sử dụng năng lượng ánh sáng.

Các sinh vật cố định đạm khác là một số loài tảo màu xanh lục, như Anabaena và Nostoc. Thông thường chúng sống tự do nhưng đôi khi chúng hình thành mối liên kết cộng sinh và khi được tìm thấy trong rễ coralloid của Cycas và lá của cây dương xỉ Azolla dưới nước.

Sự hình thành nốt sần trong cây họ đậu đã được nghiên cứu chi tiết. Khi một phần của nốt sần gốc được kiểm tra, nó xuất hiện màu hồng do sự hiện diện của một sắc tố gọi là leghemoglobin. Giống như huyết sắc tố, leghemoglobin là một chất tẩy oxy. Sự tổng hợp của leghemoglobin cần coban vì đây là một phần thiết yếu của Vitamin B ₁₂, một hợp chất cần thiết cho việc sản xuất sắc tố.

Molypden cũng rất cần thiết nhưng vai trò của nó không được biết chắc chắn; có lẽ, nó đóng vai trò là người đồng sáng lập và tạo điều kiện cho các phản ứng oxy hóa khử, dẫn đến giảm nitơ thành amoniac. Enzym xúc tác sự cố định chức năng nitơ (nitơase) trong điều kiện hiếu khí. Leghemoglobin kết hợp với oxy và bảo vệ oxy và bảo vệ nitơase.

Các phản ứng chính xác liên quan đến việc giảm nitơ phân tử thành amoniac không được biết chắc chắn. Tuy nhiên, việc chuyển đổi N ₂ thành NH ₃ không phải là một quá trình thẳng. Các con đường có thể trong việc giảm nitơ phân tử thành amoniac được đưa ra dưới đây.

Sử dụng Nitơ hữu cơ:

Nhiều loại thực vật sử dụng các hợp chất nitơ hữu cơ như axit amin và urê. Cách thức sử dụng urê của thực vật không được thực hiện triệt để nhưng trong tất cả các khả năng, urease, enzyme hoạt động trên urê, thủy phân nó thành hai phân tử amoniac và một carbon dioxide. Amoniac sau đó được chuyển hóa theo cách thông thường.

Nitơ ammoniac:

Muối ammoniac thường được sử dụng làm nguồn nitơ của một số loại cây. Nhưng sự sẵn sàng mà một cây chiếm một hợp chất ammoniac phụ thuộc vào bản chất của đất và tuổi của cây. Các gốc ammoniac được hấp thụ bởi một nhà máy được xây dựng thành amit, axit amin và protein.

Nitrat Nitrat:

Đất có chứa một lượng nitrat tốt và hầu hết các nhà máy đều có được nhu cầu nitơ ở dạng đó. Thật vậy, một số thực vật thích nitơ nitrat hơn nitơ ammoniac. Nitơ nitơ được khử thành dạng ammoniac trước khi kết hợp vào một trong các hợp chất nitơ của tế bào. Ngay từ năm 1895, Schulze đã đề xuất con đường sau đây cho việc giảm này.

Nitrat -> Nitrite -> Hyponitrite -> Hydroxylamine -> Amoniac

1. Giảm Nitrat thành Nitrite:

Nó được thực hiện bởi cơ quan của enzyme nitrate reductase. Enzyme có FAD là nhóm giả của nó và sử dụng NADPH hoặc NADH làm nguồn giảm năng lượng.

Molypden cũng rất cần thiết cho việc giảm nitrat. Điều này được chứng minh bằng thực tế là trong molypden - thực vật thiếu nitrat tích lũy; nó phục vụ như là một chất mang điện tử. Sơ đồ chuyển điện tử xảy ra trong quá trình khử nitrat thành nitrit có thể được hình dung hóa như được đưa ra dưới đây.

2. Giảm nitrit:

Venecko và Verner (1955) đã chỉ ra rằng sự khử nitrat - nitơ thành amino-nitơ xảy ra ở những chiếc lá còn nguyên vẹn, cả trong ánh sáng và bóng tối. Trước đó vào năm 1953, Evans và Nason đã chỉ ra rằng trong chiết xuất thực vật, có chứa NADPH, nitrit biến mất từ từ, có vẻ như năng lượng khử cho điều này được cung cấp bởi sự phân tách quang hóa của nước.

2HNO ₂ + 2H ₂ O -> 2NH ₃ + 3O ₂

Một enzyme khử nitrite vẫn chưa được phân lập, mặc dù Nason, Abraham và Averback (1954) đã điều chế một hệ thống enzyme như vậy từ Neurospora. Hệ thống này đã được tìm thấy có khả năng sử dụng NADH hoặc NADPH làm nhà tài trợ hydro.

Giảm Hydroxylamine:

Nason (1955) và Frear và Burrel (1955) đã phân lập enzyme chuyển đổi hydroxylamine thành ammonia từ Neurospora và thực vật bậc cao tương ứng. Enzyme này cũng bị nghi ngờ là một metallicoflavoprotein với mangan là đồng yếu tố kim loại. Nó cũng sử dụng NADH là nhà tài trợ hydro.

NH ₂ OH + NADH + H ⁺ -> NH ₃ + NAD + H ₂ O

Tóm tắt phương trình theo sơ đồ của Schulze, chúng ta có

Cuối cùng, amoniac được tích hợp thành axit amin, hoặc axit glutamic hoặc aspartic. Chúng phục vụ để bắt đầu một loạt các phản ứng chuyển hóa và từ đó để xây dựng protein.

Chuyển hóa axit amin:

Sự tổng hợp các axit amin xảy ra chủ yếu ở rễ và lá nơi giảm nitrat. Các tế bào của các khu vực này phải cung cấp các axit hữu cơ cần thiết được hình thành chủ yếu trong chu trình Krebs. Khi chu trình Krebs xảy ra trong ty thể, người ta cho rằng các vị trí tổng hợp axit amin là ty thể. Axit amin được hình thành bằng các phương pháp sau:

1. Amination khử:

Với sự hiện diện của dehydrogenase và công suất khử (ammoniac NADH ₂ hoặc NADPH., ) Có thể kết hợp trực tiếp với axit keto để tạo ra axit amin. Chất nền của quá trình khử ion hóa nói chung là a-Ketogluturic acid, một chất trung gian của chu trình Krebs. Nó làm phát sinh axit Glutamic. Axit glutamic được công nhận là cổng nhập nitơ vô cơ vào con đường trao đổi chất.

Sự hình thành axit glutamic diễn ra qua hai bước. Đầu tiên axit a-ketoglutaric được hòa tan thành a-iminoglutaric và sau đó qua trung gian của NADPH và axit glutamic dehydrogenase glutamic được hình thành.

Bên cạnh axit α -Ketoglutaric, các axit hữu cơ khác trải qua quá trình khử hóa là oxaloacetate và axit pyruvic.

2. Truyền nhiễm:

Khi một axit amin được tổ chức, nó tạo thành điểm khởi đầu để sản xuất các axit amin khác. Điều này xảy ra thông qua các phản ứng truyền nhiễm. Một phản ứng chuyển hóa bao gồm việc chuyển một nhóm amino từ axit amin sang axit hữu cơ, do đó một axit amin khác được hình thành.

Một phản ứng truyền nhiễm điển hình có thể được trình bày như sau: