2. Нитратредукция. Характеристика нитратредуктазы и нитритредуктазы.

Нитрат, попадая в растение, восстанавливается до аммония, кот. затем включается в аминокислоты. Этот процесс называется нитратредукцией. Осуществляется в 2 этапа:

1. восстановление нитрата до нитрита, сопряженное с переносом 2-х электронов, катализируется нитратредуктазой (НР), происходит в цитозоле

NO₃^- + НАДФН+Н⁺---2е^---->NO₂^-+НАДФ⁺+Н₂О

Нитратредуктаза – димер, кот. состоит из двух идентичных субъединиц (масса 100 кДа). Каждая белковая субъединица включает молибденовый кофактор (МоСо - хелатный комплекс молибдена со птерином), молекулы гема и ФАД.

Механизм: электроны от НАДФ передаются на ФАД-содержащий домен, а затем через гем-содержащий домен поступают на МоСо и далее на нитрат. Редукция нитрата происходит на Мо-содержащем комплексе. НАДФН – донор электронов – образуется в результате процесса дыхания.

2. Нитритредукция происходит с помощью фермента нитритредуктазы (НиР), кот. сост. из полипептида (63 кДа) и включ. 3 домена: ферредоксин-связывающий, содержащий железосерный кластер (Fe₄S₄) и серогем.

Образующийся нитрит из первой реакции транспортируется из цитозоля в лейкопласты, где и находится НиР.

NO₂^- +6Фд_восст+8H⁺---6e^---NH₄⁺+6Фд_окисл+2H₂O

НиР осуществляет перенос 6-ти электронов от 6 молекул восстановленного ферредоксина на нитрит с образованием аммиака. Восстановление Фд в листьях происходит за счёт фотосинтетического транспорта электронов, а в гетеротрофных тканях – за счёт окисления НАДФН, кот. синтезируется в ПФОП.

Пара переносчиков Fe₄S₄ –гем связывает нитрит на ферменте и восстанавливает сразу до аммония, поэтому превращение происходит без образования промежуточных продуктов.

НиР листьев кодируется ядерным геномом, синтезируется в цитоплазме, транспортируется в хлоропласт, где осуществляется окончательная сборка фермента. Нитрат, свет и сахароза активируют процесс транскрипции нитритредуктазных мРНК, а аспарагин и глутамин подавляют этот процесс.

Ассимиляция нитрата может успешно идти как в побегах, так и в корнях. Если нитрата мало – ассимиляция идёт в корнях. Если нитратов много, то они поступают в листья, где восстанавливаются до аммония. Существует тесная связь восстановления азота с интенсивностью дыхания (НАДФН), фотосинтеза(НАДФН, углеводы – основной дыхательный субстрат, и восстановленный ферредоксин) и света (от его интенсивности зависит кол-во восстановленных НАДФ и Фд, а т.ж. углеводов).

3. Ассимиляция аммонийного азота. Характеристика глутаматдегидрогеназы, глутаминсинтетазы и глутамин-оксоглутаратаминотрансферазы.

Ионы аммония, образовавшиеся при восстановлении нитратов, фиксации молекулярного азота или поступившие из почвы, усваиваются далее растениями путем образования различных аминокислот и амидов. Первичные пути этого процесса связаны, в первую очередь, с активностью двух ферментов — глутаминсинтетазы и глутаматсинтазы.

Глутаминсинтетаза (ГС) присоединяет ион аммония к глутаминовой кислоте (глутамат) с образованием амидаглутамина. Эта реакция требует АТФ и ионов :

Глутамат + + АТФ глутамин + АДФ + + O

Фермент глутаминсинтетаза состоит из 8 почти идентичных субъединиц, молекулярная масса всего комплекса достигает 350 кДа. В растениях имеются две формы глутаминсинтетазы, которые отличаются по структуре, свойствам и функциям. Одна из них локализована в цитоплазме, а вторая — в хлоропластах и пропластидах. Активность глутаматсинтазы (называемой также ГОГАТ — глутамин-2-оксоглутаратаминотрансфераза) стимулируется при увеличении содержания глутамина. Этот фермент осуществляет перенос одной аминогруппы глутамина на оксоглутаровую кислоту с образованием двух молекул глутаминовой кислоты:

Глутамин + α-оксоглутарат+ 2 (НАДН) 2глутамат + 2 (НА )

В растениях встречается два типа ГОГАТ: донором электронов для первого типа фермента является НАДН, а для второго — восстановленныйферредоксин. НАДН-зависимая ГОГАТ функционирует в корнях (участвует в ассимиляции поглощенного аммиака) и в сосудах молодых листьев (обеспечивает реутилизацию азота глутамина, поступающего из стареющих листьев). Ферредоксин-зависимый тип ГОГАТ синтезируется в цитоплазме и с помощью специального пептида переносится в хлоропласты, где принимает участие в образовании глутамата.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПУТЬ: Глутаматдегидрогеназа(ГДГ) катализирует реакцию, которая приводит к синтезу глутаминовой кислоты:

α-оксоглутарат + + НАДФНглутамат+ НАД + O

Места прохождения процессов:

В пластидах – ГС-ГОГАТ, в митохондриях – ГДГ (восстановительноеаминирование)

В цитозоле – оба процесса

В листьях – ГС-ГОГАТ, в корнях – ГДГ

На свету – ГС-ГОГАТ, в темноте – ГДГ