Bitkilerde Azotlu Metabolizma: Yollar, Kullanım ve Diğer Detaylar

Bitkilerde Azotlu Metabolizma: Yollar, Kullanım ve Diğer Detaylar!

Bir hücrede çok çeşitli azotlu bileşikler vardır. Protoplazmanın temel bileşenini oluşturan protein, türlerin ayrı ayrı üyeleri, enzimleri, vitaminleri, hormonları, alkaloitleri, glikozitleri, vb.

Atmosfer, en büyük azot kaynağıdır. Atmosferik azotu sabitleyebilen ve ihtiyaç duydukları sayısız azotlu maddeyi sentezlemek için kullanan az sayıda türün yasaklanması, tüm bitkilerin azot ihtiyacını topraktan alır.

Toprağın mineral ortamının bir parçasını oluşturan nitratlar ve amonyak tuzları kökler tarafından alınır ve bitkinin azot metabolizmasında kullanılır. Böylece bitkiler azot gereksinimlerini dört farklı şekilde elde eder:

(1) moleküler azot olarak;

(2) organik azot olarak;

(3) amonyak azot olarak ve

(4) nitrat azotu olarak.

Moleküler Azot Kullanımı:

Yalnızca çok az sayıda organizma nitrojen fiksasyonu yapabilir, yani nitrojen bileşiklerinin sentezinde atmosferik nitrojen kullanımı. En iyi bilinen azot sabitleyici sembiyotik bakteri Rliizobium'dur. Bu bakteri, fasulye, gram, yer fıstığı ve soya fasulyesi gibi Leguminosae familyasına ait bitkilerde kök nodülleri oluşturmak için toprakta yaşar.

Azotobacter ve Clostridium pasteurianum gibi bazı serbest yaşayan bakteriler de atmosferik azotu sabitleyebilmektedir. Fotosentez yapabilen Rhodospirillum, Rhodopseudomonas ve Chromatium azotu da sabitleyebilir. Ancak azotun azaltılması, hafif enerji kullanılarak değil, sülfür, kükürt, hidrojen veya organik bileşikler gibi bazı indirgenmiş elektron verici aracılığıyla gerçekleştirilir.

Diğer azot düzenleyici organizmalar, Anabaena ve Nostoc gibi mavi-yeşil alglerin bazılarıdır. Genellikle özgür yaşarlar, ancak bazen Cycas'ın coralloid köklerinde ve suda yaşayan eğreltiotu Azolla'nın yapraklarında olduğu gibi simbiyotik birleşme oluştururlar.

Baklagillerde nodül oluşumu detaylı olarak incelenmiştir. Kök nodülün bir bölümü incelendiğinde, leghemoglobin adı verilen bir pigment varlığından dolayı pembemsi görünür. Hemoglobin gibi, leghemoglobin de oksijen tutucudır. Legemoglobinin sentezi kobalta ihtiyaç duyar, çünkü pigment üretimi için gerekli olan B 12 vitamininin önemli bir parçasıdır.

Molibden de önemlidir, ancak rolü kesin olarak bilinmemektedir; belki bir kofaktör rolünü oynar ve redoks reaksiyonlarını kolaylaştırır, azotun amonyağa indirgenmesine yol açar. Azot (azotaz) fiksasyonunu katalize eden enzim, aerobik koşullar altında işlev görür. Leghemoglobin oksijen ile birleşir ve oksijeni korur ve azotazı korur.

Moleküler azotun amonyağa indirgenmesinde rol oynayan kesin reaksiyonlar kesin olarak bilinmemektedir. Bununla birlikte, N2'nin NH3'e dönüşümü düz bir işlem değildir. Moleküler azotun amonyağa indirgenmesinde olası yollar aşağıda verilmiştir.

Organik Azot Kullanımı:

Birçok bitki, amino asitler ve üre gibi organik azot bileşiklerini kullanır. Üre'nin bitkiler tarafından kullanılma şekli tamamen işlenmemiştir, ancak her olasılıkta, üre üzerinde etki eden enzim olan üreaz, onu iki amonyak molekülüne ve bir karbondioksit maddesine hidrolize eder. Amonyak her zamanki gibi metabolize edilir.

Amonyak Azotu:

Amonyak tuzları genellikle birkaç bitki tarafından azot kaynağı olarak kullanılır. Ancak bir bitkinin amonyaklı bir bileşiği aldığı hazırlığı, toprağın doğasına ve bitkinin yaşına bağlıdır. Bir bitki tarafından absorbe edilen amonyak radikali amidlere, amino asitlere ve proteinlere eklenir.

Nitrat Azotu:

Topraklar iyi miktarda nitrat içerir ve çoğu bitki azot ihtiyacını bu şekilde alır. Aslında, birkaç bitki nitrat azotunu amonyak azotuna tercih eder. Nitrat azotu, hücrenin azot bileşiklerinden birine dahil edilmeden önce amonyak formuna indirgenir. 1895 gibi erken bir tarihte Schulze, bu azaltma için aşağıdaki yolu önerdi.

Nitrat -> Nitrit -> Hiponitrit -> Hidroksilamin -> Amonyak

1. Nitratın Nitrit'e Azaltılması:

Enzim nitrat redüktazın acentesi tarafından yapılır. Enzim, protez grubu olarak FAD'a sahiptir ve azaltma gücü kaynağı olarak NADPH veya NADH'yi kullanır.

Molibden de nitratların azaltılması için esastır. Bu, molibden eksikliği olan bitkilerde nitratların biriktiği gerçeğiyle kanıtlanır; elektron taşıyıcı görevi görür. Nitratların nitritlere indirgenmesi sırasında ortaya çıkan elektron transfer şeması aşağıda gösterildiği gibi resmedilebilir.

2. Nitrit azaltma:

Venecko ve Verner (1955), nitrat - azotun amino azot'a indirgenmesinin, hem açık hem de karanlıkta bozulmamış yapraklarda meydana geldiğini göstermiştir. 1953'te daha önce Evans ve Nason, NADPH içeren bitki özütlerinde, nitritlerin yavaş yavaş kaybolduğunu gösterdi, bunun için azaltıcı gücün suyun fotokimyasal bölünmesiyle sağlandığı ortaya çıktı.

2HNO2 + 2H2O -> 2NH3 + 3O2

Bir nitrit azaltıcı enzim henüz izole edilmemiştir, ancak Nason, Abraham ve Averback (1954) Neurospora'dan böyle bir enzim sistemi hazırlamıştır. Bu sistemin hidrojen donörü olarak NADH veya NADPH kullanabileceği bulunmuştur.

Hidroksilaminin Azaltılması:

Nason (1955) ve Frear ve Burrel (1955), sırasıyla Neurospora ve daha yüksek bitkilerden hidroksilamini amonyağa dönüştüren enzimi izole etmiştir. Bu enzimin ayrıca metal kofaktör olarak manganez içeren bir metaloflavoprotein olduğundan da şüphelenilmektedir. Aynı zamanda hidrojen donörü olarak NADH kullanır.

NH20H + NADH + H + -> NH3 + NAD + H20

Schulze'nin planına göre denklemi özetliyoruz.

Sonunda, amonyak, glutamik veya aspartik asit gibi amino aside dahil edilir. Bunlar, çok çeşitli transaminasyon reaksiyonları başlatmaya ve böylece proteinleri oluşturmaya yarar.

Amino Asit Metabolizması:

Amino asitlerin sentezi, çoğunlukla nitratların azaltıldığı köklerde ve yapraklarda meydana gelir. Bu bölgelerin hücreleri çoğunlukla Krebs döngüsünde oluşan gerekli organik asitleri sağlamak zorundadır. Krebs döngüsü mitokondride gerçekleştiği için, amino asit sentez bölgelerinin mitokondri olduğu düşünülmektedir. Amino asitler aşağıdaki yöntemlerle oluşturulur:

1. İndirgeyici Aminasyon:

Bir dehidrojenaz ve indirgeyici bir güç varlığında (NADH2 veya NADPH, ), amonyak bir amino asit üretmek için doğrudan bir keto asitle birleştirilebilir. İndirgeyici aminasyonun substratı genellikle Krebs döngüsünün bir aracı olan bir-Ketogluturik asittir. Glutamik aside yol açar. Glutamik asit, inorganik azotun metabolik yolağa giriş limanı olarak kabul edilir.

Glutamik asit oluşumu iki adımda gerçekleşir. İlk önce a-ketoglutarik asit a-iminoglutarik'e aminlenir ve daha sonra NADPH ve glutamik dehidrojenaz glutamik asit aracılığı ile oluşturulur.

A-Ketoglutarik asidin yanı sıra, indirgeyici aminasyona uğrayan diğer organik asitler, oksaloasetat ve piruvik asittir.

2. Transaminasyon:

Bir amino asit organize edildikten sonra, diğer amino asitlerin üretimi için başlangıç ​​noktasını oluşturur. Bu, transaminasyon reaksiyonları ile olur. Bir transaminasyon reaksiyonu, bir amino grubunun bir amino asitten organik bir aside transferini içerir, böylece başka bir amino asit oluşur.

Tipik bir transaminasyon reaksiyonu aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Wilson, King ve Burris (1954) glutamik asit ve onyedi diğer amino asitleri içeren transaminasyon reaksiyonlarını göstermiştir. Onlardan bazıları:

Glutamik asit + Oksaloasetik asit α-Ketoglutarik asit + Aspartik asit

Glutamik asit 4 Piruvik asit a-Ketoglutarik asit + Alanin.

Aminoasit metabolizmasının önemli bir yönü, depolanmadıkları ya da atılmadıklarıdır.