В.В. Полевой - Физиология растений (1134228), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Иттратредуктаза представляет собой тем- и молибденсодержащий флавопротеин с М, 200 — 300 тыс. Он состоит из двух субъединиц, последовательно участвующих в переносс электрона от МАРН к МОз. диафоразной, содержащей в качестве простетической группы РАР и кагализирующей перенос е от МАРН к цитохрому Ьхзт, и терминальной, содержащей Мо и непосредственно участвующей в связывании нитрата и переносе на него электрона. Путь переноса е от МАРН к МОт, осуществляемый нитратредуктазой, может быть представлен следующим образом: В.З. дает 229 )ЧАРН+ Н" ХАЮ нитратредуктаза Экспериментально установлено, по ннгра1редукзаза локализована в цитоплазме.
Однако высказано предположение, что фермент может быть ассоциирован с мембранами — плазмалсммой или мембраной хлоропластов, на которых он удерживается непрочными связями, легко разрушаемыми при выделении структур. Нитратредуктаза — индуцирусмый фермент, синтезируемый в клетке в ответ на поступление ь)О,. Индуктором синтеза фермента у растений способны быть также ор1анические нигросоединения и цигокинин. Уровень нигратредукгазы в растениях зависит оз ряда факторов внешней среды, таких, как свет, температура, рН, концентрация СОэ и Оз, водный потенциал, характер источника азота и др. При слабой освещенности активность нитрвтредуктазы в фотосинтезирующих тканях низка, что может вести к накоплению в листьях свободных неассимилированных ионов ХО,.
Активность нитратредукгазы высока в меристематичсских клетках, ею богаты молодыс листья и кончики корней. Нигригы, образующиеся на первом эгапе редукции нитратов, в растении нс накапливаются. а быстро восстанавливак>гся до аммиака ферментом нитригпредукьчазой. Активность это~о фермеьпа в 5 — 20 раз выше, чем нитрагредуктазы, поэтому в общем процессе редукции нитратов доминирующей ступеньк1 является первый этап реакции, ведущий к образованию )ч)Оз. Нитритредуктаза в качестве донора электронов используст восстановленный феррсдоксин.
Катализируемая ею реакция може1 быль цредставлепа следующим образом: бе МОз + 6Фд,„„., + 8Н вЂ” )ч)Н2 + 6Фд„,„„.„+ 2НзО Нитритредуктаза — огносительно низкомолекулярный белок с М = 60 — 70 тыс., включающий около 600 аминокислотных остатков. Фермент содеркит железопорфириновую простетичсскую группу (она же компонент сульфитредуктазы) и железо в виде кластера 4Ге45 (являющегося гакже кластером сульфнтредуктазы). Усзановлено, что перенос шести электронов катвлизируегся одним ферментом, )ч)Оз восстанавливается до )ч)Н„' без нркопления свободных промежуточных соединений типа гипонитпи а (Н чО!. и гилпокс лами а ~нпОН РАР Цит Ьмт гН' ! РА!ЭН, 2 Ге~' 2 Мо" ! ХОз ! ! ф 230 6.
Мянв альное питание омыт.книг ч, / Процесс редукции )чО, катализируемый нитритредуктазой, как и первый этап восстановления нитрата, может происходить и в листьях, и в корнях, В зеленых частях растения нитритредуктаза локализована в хлоропластах. При этом восстановигель — ферредоксин по- лучает электроны прямо из фотосинтетической электрон- транспортной цепи. В корнях )чОг восстанавливается в пропластидах, однако природа этого восстанов)этели остается не ясной, так как ферредоксин в корнях отсутствует.
Возможно, источником элекзронов в корнях служит ХАРРИ, образующийся в пенто- зофосфатном пути дыхания, а также при декарбоксили- ровании. Ионы аммония ингибируют ассимиляцию ХОР, репрессируя синтез ферментов нитрат- и нитритредуктаз по принципу обрат- ной связи. Восстановление нитратов у растений может осуществляться и в листьях, и в корнях, однако относительная доля участия этих органов в редукции нитратов у растений разных ви- дов сильно варьирует.
По этому признаку растения подраз- деляют на три основные группы: !. Растения, практически полностью восстанавливающие нитраты в корнях и транспортирующие азот к листьям в органической форме. К этой группе относятся многие дре- весные растения, а также некоторые представители сем. Вг1сассае и Уасс)п)асеае (черника, клюква), многие виды %ю- г)ог)елг)гоп.
2. Растения, практически не проявляющие нитратредуктаз- ной активности в корнях и ассимилирующие нитрагы в листьях. Это дурнишник (Халгйгпгп), некоторые виды Вогаяо. К этой группе примыкают хлопчатник и представители сем. С)зепоро- Йасеае (свекла, марь), у которых основное количество погло- щенного ниграта восстанавливается в листьях. 3.
Растения, способные поддерживать активность нитрат- редуктазы и в листьях, и в корнях. Это наиболее много- численная группа, к которой относится большинство травя- нистых растений, в том числе злаковые, бобовые, многие технические и сельскохозяйственные культуры. У этих растений редукция нитратов, как правило, активнее протекает в листьях, например у гомазов, огурцов, табака, однако соотношение восстановленных и окисленных форм азота в корнях и над- земной части растений в определенной степени может быть функцией снабжения их нитратами, гюскольку с увеличением доступности нитратов прогрессивно большая часть о)Оз по- ступает в побег.
Ассимиляция нитратов в листьях на свету тесно связана с процессом фотосинтеза. Реакции фо|осингеза используются как источник АТР для синтеза нитрат- и нитритредуктазы и транспорта нитратов, а также как исгочник восстановите- лей (для функционирования этих ферменз'ов) и субстрата (ор- ганических кислот) для связывания конечного продукта вос- становления — аммиака.
йзт В.З. Азат Ь.З.4 Аммиак, поступивший в растение извне, образовавшийся при восстановлении нитратов или в процессе фиксации молекулярного азота, далее усваивается растениями с образованием различных аминокислот и амидов. Аммиак может ассимилироваться путем аминирования или амидирования целого ряда соединений, однако ведущая роль в процессе первичного связывания аммиака у высших растений принадлежит реа к ци ям биосинтеза глутаминовой кислоты и ее амида— г л у т а м и н а. Один из возможных способов ассимиляции аммония в растениях — восстановительное аминирование и-кетоглутаровой кислоты, катализируемое ферментом глутамлглдегидрогенизой (ГДГ) и ведущее к образованию глугаминовой кислоты: а-Кетоглутарат+ 11Нз + (л)АВ(Р)Н + Н' Ь-Глутамат + ч- ХАГ)(Р)' + Н,О На первом этапе реакции субсграты соединякттся с образованием иминокислоты, которая далее восстанавливается в глутамат при участии ХАН(Р)Н. Обе ступени обратимы и могут быть представлены следующим образом: Пути ассимиляции аммиака )ЧАЙН т Н' СООН ХАО' ~ — е-л» ! СН Соон СООН Сн — )чн, СН, ! СН, соон СООН ! с=о + )чн сн ! сн ! СООН глутамат л-имилоглутарат и-кетоглутарат Глутаматдегидрогеназа обнаружена практически у всех высших растений.
Она присутствует и в листьях, и в корнях, однако в корних активность этого фермента, как правило, значительно выше. Фермент локализован преимущественно в митохондриях, хотя имеется также в цитозоле н хлоропластах, где его активность в несколько раз ниже. Полагают, что ГДГ корней и митохондриальная ГДГ МАРН-зависимы, тогда как в хлоропластах ГДГ специфична к ХАПРН. Растительные ГДГ имеют М, = 200 — 300 тыс. и состоят из 4 — б субьединиц. Обнаружено до 13 изоформ ГДГ. Это фермент обратимого действия. Соотношение аминируюшей и дезамннирующей активности ГДГ митохондрий сильно зависит от соотношения ХАОе/ ХАЕН и уровня рН.
Оптимум рН для аминирования на 1 — 1,5 единицы ниже, чем для дезаминирования. Благодаря исследованиям Р. Ли и Б. Мифлина (1974) был открыт основной путь первичной ассимиляции аммония, включающий две последовательные сопряженные реакции, катализируемые ферментами глугпамилсилглепшзой (ГС) и глупелглатгиюпазой (ГТС): 6. Минеральное питание 232 АТР Глутамат Глутамат ГС ГТС АОР+ Р; Глута мин а - Кетоглутарат Таким образом в клетках образуется не только глутаминовая кислота, но и глутамин; НООС вЂ” СН вЂ” СН вЂ” СН вЂ” С вЂ” ХНз ! !! ! ~Н2 О Глугаминсинтетаза катализирует реакцию, в которой глутамат функционирует как акцептор )х!Нз для образования глутамина.
Для этой реакции требуется АТР. Причем ГС обладаег гораздо болмпим сродством к МНь чем ГДГ. Глутаматсинтаза катализирует реакцию переноса амидной группы глутамина на а-кетоглутара1 в присутствии восстановителя (ферредоксина или )х!АЭРН) с образованием двух молекул глутамата. Двухвалегпные катионы металлов (Мйх', Мох ~, Сох ", Сах') играют ключевую роль в проявлении каталитических свойств ГС. Наивысшая активность ГС наблюдается при использовании Мф' в качестве кофактора. Работами В. Л. Кретовича с сотрудниками установлено, что ГС из листьев гороха и тыквы нмеетМ„в пределах 370 — 520 тыс.
Фермент обнаружен во всех органах растений. В листьях фермент локализован преимущественно в цитозоле, хотя может находиться в хлоропластах. В корнях высших растений ГС найдена в цитозоле. Вопрос о возможности ее локализации в митохондриях не выяснен.
Глутаматсинтаза обнаружена в листьях и корнях вьюших растений. В корнях этот фермент 1хАТЗРН-зависим, в листьях донором электронов для ГТС служит ферредоксин. М, фермента 145 — 180 тыс. В зеленых частях растения глутаматсинтаза локализована преимущественно в хлоропластах. Путь ассимиляции аммиака, катализируемый системой глузаминсинтстаза — глутаматсинтаза, счигас юя основным путем связывания 1х!Нз, образующегося в хлоропласте в результате редукции нитрагов. Оба пути первичной ассимиляции )х!Нз с участием ГДГ или ГС вЂ” ГТС, как можно видеть из приведенных уравнений реакций, в конечном счете ведут к накоплению глутамата. Полагают, что ГДГ более активна у растений в темноте и в условиях аммонийного питания, тогда как ГС вЂ” ГТС вЂ” на свету и при пи1ании нитратами.
Помимо и-кетоглутаровой кислоты, играющей основную роль в первичном связывании аммиака, роль акцепторов аммиака В растениях могу~ выполнять и другие органические кето- и альдегидокислоты, которые с помощью соответствующих ферментов взаимодействуют с !чНз с образованием гак называемых первичных аминокислот. Они же гэхжят якпеп Оппм яминнл~х гпнпп я пяяэиннмх пяякпиях 6.3. Азот переаминирования. К числу этих органических кислот относятся щавелевоуксусная, пировиноградная, гидроксипировиноградная, глиоксиловая и ряд других, в процессе восстановительного аминирования которых получаются соответственно аспарагиновая кислота, алании, серии, глицин. Аминная группа глутамата может быть перенесена на другие кетокислогы в процессе транса минирования, который был открыт в 1937 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
