С.С. Медведев - Физиология растений (DJVU) (1134223), страница 40
Текст из файла (страница 40)
В процессе разрушения клеточной стенки участвуют гидролитические ферменты обоих партнеров формиругощеггкя симбиоза. Зателг происходит впячивание плазмвлеммы в цитоплазму, и бактерии попадают внутрь корневого волоска. Вокруг бактерий за счет секреции пузырьков аппарата Гольджи начинает формироваться особая полость, которая называется инфекционггогй нитью. Инфекционная нить растет, ветвится, достигает клеток коры корня и вызывает их дедифференцировку (рис. 5.16, г, д). Клетки начинают делиться, формировать ограниченную зону внутри коры, называемую клибенькоеым примордием, из которого затем образуется клубенек.
В этот же период бактерии из инфекционной нити путем эндоцитоза переходнт в другие клетки растения-хозяина (рис. 5.16, е). При этом бактерии окружаются твх называемой перибактероидной мембраной и превращаются в особые симбиотические формы — бактероидьс. Последние имеют другую форму и ббльшие (в 3-5 раз) размеры, чем свобсдноживущие ризобии. Именно в них идет процесс симбиотической азотфиксации. Вактероцпы, окруженные перибактероидной мембраной, иногда называют симбиосамами. По мере развития в клубеньке форлгируегся собственная сосудистая система и очень плотный, «кожистыйл слой клеток, который отделяет его от клеток коры корня и обеспечивает внутри него анаэробные условия.
Осношгыми структурами клубенька являются: ткани, в клетках которых идет фиксация молекулярного азота бактероидами; проводящие ткани, по которым осуществляется снабжение клубенька фотоассимилята- 166 лги и отток азотистых соединений; клетки мсристеыы, обеспечивающие рост клубенька. Молекулярный механизм взотфнксацни. Молекула азота Хг (Х= — 1л1) чрезвычайно прочна и хиыически инертна. Теы не менее, болыпая группа микроорганизмов обладает способностью ассимилировать молекулярный азот путем восстановления его до аммиака с помощью фермента нитроаеиаэы.
Процесс редукции Хг до 1ЧНз нитрогсназой, осуществляемый за счет переноса 6 электронов, сопряжен с восстановлением Н+ до Нг. Сумлгарно эти реакции можно записать следующим образоы: гаг + 8е Р 8Н+ + 16АТР— + 21л|Нз + Нг + 16А1ЭР с- 16 Р„. В состав нитрогеназного коыплекса входят два компонента — Ре-белок и МоРе-белок. Азотфиксирующей способностью обладает только комплекс обоих компонентов.
Ее-белок состоит из 2 субъсдиниц, каждая из которых (в зависимости от организмаазотфиксатора) имеет ыолекулярную ыассу от 30 до 72 кДа. Ре-белок содержит один железосерный кластер (Ре484), который очень чувствителен к кислоропу. МоЕе-белок имеет 4 субъединицы общей молекулярной массой от 180 до 235 цДа. Два атома молибдена связаны в двух МоРе — Я-кластерах. Этот белок также содержит несколько желсзосерных кластеров и инактивируется кислородоы. В реакциях, связанных с восстановлением азота, принимают участие ферредоксии и фллеодоксин, которые служат донором электронов в процессе восстановления Ре-белка нитрогеназы (рис.
5.17). На следующем этапе с Ре-белком связывается АТР. Далее происходит гидролиз АТР, инициирукяций конформационные изменения Ре-белка, который приобретает способность восстанавливать ЫоРе-белок. На заключительноы этапе электроны через ЫоРе — 8-кластеры поступают на Хг и восстанавливают его до ИНз. Нитрогеназа Мй' айги *; ФФЧаВМи""акгя4 ' .
МоЮе-белок Рис. З.17. Процессы, каталиаирусмые нитрогеиааой (П1коа, гг'Ьее!ег, 1996). Нитрогеназа ыожет восстанавливать не только гчг, но и другие субстраты (например, НгΠ— + 1л1г, СгНг — а СгН4, 2Н+ — г Нг). Экспериыентаторы часто используют для оценки активности нитрогеназы способность ферыента восстанавливать СгНг до СгН4 (для прямого же измерения процесса фиксации ггг необходим ыасс-спектроыстр). Поскольку нитрогеназа разрушается в присутствии кислорода, у азотфиксирующих микроорганизлюв имеется ряд механизмов ее защиты.
У ризобий эту функцию 167 выполняет кнслородсвязывающий гемопротеид леггемоглобин (легоглобин), придающий клубенькам розовую окраску. Леггемоглсбин присутствует в цитоплазме клеток клубенька в очень высокой концентрации (0.7 л~М в клубеньках сои). Белок глобин синтезируется в клетках растения-хозяина, а гем — в клетках, содержащих 6 актера иды. Леггемоглсбин обладает очень высоким сродством к кислороду, его полунасыщение наступает уже при 10-20 нМ Ог, в то время как у гемоглобина крови оно наблюцаегся при 126 нМ Ог.
Этот белок обеспечивает транспорт Ог к бактероидам и защищает таким образом нитрогеназу от разрушения. В бактероидах функционирует цикл Кребса, который не только снабжает (через ферредоксин) нитрогепазу электронами, но также поставляет дыхательные субстраты для синтеза АТР и снабжает бактероиды кетокислотами (2-оксоглутаровой и др.), которые взаимодействуют с аммиаком и образуют аминокислоты, транспортируемые в надземную часть растения. Основными транспортными формами азота у большинства бобовых растений являются глутпамин, асиарагин и уреидм — вллантоин, аллантоиновая кислота и цитруллин. Расчеты показывают, что на связывание 1 г молекулярного азота растение затрачивает до 12 г углерода органических соединений.
При этол1 необходимо учитывать, что эффективность азотфиксации снижается за счет того, что до 30 — 60% энергии может расходоваться (и теряться) на процесс восстановления Н+ до Нг, поскольку протоны конкурируют с молекулярным азотом за электроны, поступающие в каталитический центр фермента.
Однако некоторые ризобии имеют фермент гцдрогеназу, который, расщепляя Нг, может поставлять электроны для редукции молекулярного азота. Эффективность использования энергетических субстратов у азотфиксаторовсимбионтов вьппе, чем у свободноживущих микроорганизмов, поскольку, например, Аго1оЬас1ег для восстановления 1 г 1зг использует до 28-40 г углерода органических соединений.
Ассимиляция нитрата. Нитрат, попадая в растение, восстанавливается до аммония, который затем включается в аминокислоты. Процесс реакции нишрапю в растениях осуществляется в два этапа. На первол1 этапе происхопиг восстановление нитрата до нитрита, сопряженное с переносом двух электронов и катализируемое ферментом нитрашредухшазой: ХОз + НАВ(Р)Н + Н+ + 2е — ~ ХОг + НАКАЗ(Р)+ + НгО. Нитратредуктаза высших растений является дил~ероли который состоит из двух идентичных субъединиц с молекулярной массой 100 кДа. Каждая белковая субъединица включает молибденовый комплекс (МоСо), молекулы гема и ГАРл — — "" .
ллз:.'":, ' ';:Е '.;,. Ф вЂ” — йдрн 2е 2е —: „::-.:фге,,:,;,:;,:,. ч — ФАВН Димер иитратредуктазы Молибден включается в фермент в виде комплекса (хелата) с соединением, называемым пглерином. Без молибдена нитратрсдуктаза не функционирует. В процессе восстановления нитрата электроны от (л1А1)Н передаются на ГАВ-содержащий домен, а 168 затем через геминовый доыен поступают на молибденовый комплекс фермента и далее ва нитрат. В каждой из субъединиц имеет место двухэлектронный перенос. Редукция нитрата непосредственно идет на Мо-комплексе фермента. Нитрит — очень активный и токсичный иои, швтоыу в растениях он быстро восстанавливается до амлюния нитритрепуктазой.
Ннтритрефк4лоза состоит из полипептида с молекулярной массой 63 кДа и двух простетических групп — желсзосерного кластера (Ре484) и гема Нв Ферредоксн Ферредокеин Следует отметить, что железосерный кластер (Ге484) нитритредуктвзы принимает участие не только в восстановлении нитрита, но и в процессе редукции сульфата. Несыотря на то, что листья и корни содержат разные формы этого ферыента, процесс редукции нитрита в них идет однотипно согласно уравнению ИО.
+ 6ФД„, + 8Н+ + бе 4 ХН~~ + 6ФД~в св г-2НгО. Нитритредуктвза осуществляет перенос шести электронов ог 6 молекул яосстановленной форыы ферредоксина (Фд ) на нитрит с образованием аммиака. Восстановление ферредоксина в листьях происходит за счет фотосиптетического транспорта электронов (см. с.
50), а в гетеротрофных тканях — за счет окисления ХАПРН, синтезирусмого в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. ;„":: 4:: Анализ кинетики процесса восстановления нитрита показывает, что пара переносчиков электронов Ге4Б4 — тем (работающая в сопряженном режиме) связывает нитрит яа ферыенте и восстанавливает его сразу до аммония. Поэтому превращение г40э — ~ ХН4 происходит без образования (накопления) каких-либо проысжуточных продуктов во внешней среде Нитритредуктаза листьев кодируется ядерныы геномом, синтезируется в цитоплазые„транспортируется в хлоропласт, где осуществляется окончательная сборка фермента. Нитрат, свет и сахароза активируют процесс транскрипции нитритредуктазных 4,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
