Wykład 11

Przemiany związków azotowych.

Azot w przyrodzie występuje w różnych postaciach, tj:

• jako azot atmosferyczny N₂ , czyli cząsteczka,

• jako jon amonowy NH₄⁺ ,

• jako jon azotanowy NO₃^-,

• w mniejszych ilościach jako azotan NO^2-,

• w formie azotu związków organicznych.

Azot atmosferyczny stanowi 78% składu powietrza, jednakże rośliny i zwierzęta nie mogą korzystać z tej formy azotu. Zdolność do wiązania N₂ mają tylko mikroorganizmy i sinice. Ilość azotu wiązanego przez mikroorganizmy w skali całej kuli ziemskiej to 10⁸ t. W skali roku stanowi to 60% azotu przyswajalnego. Wyładowania atmosferyczne i promieniowanie UV dostarcza kolejnych 15%, a pozostałe 25% jest efektem działania procesów przemysłowych.

Bakterie wiążące azot to:

• bakterie symbiotyczne (ryzobium, azospiryllum),

• bakterie wolnożyjące (azotobakter, klostrydium, klepsiella).

Redukcja azotu atmosferycznego do formy amonowej przeprowadzana jest przez kompleks nitrogenazy. Hydrogenaza zbudowana jest z 2 białek, tj: z reduktazy i nitrogenazy.

reduktaza - homodimer zawierający 1.....?..... żelazo-siarkowe i 2 miejsca wiązania ATP,

nitrogenaza - zbudowana jest z 2 podjednostek α i z 3 podjednostek typu β oraz zawieta tez kompleks żelazo-molibdenowy.

Transfer 1 elektronu od reduktazy do nitrogenazy zawsze wiąże się z hydrolizą z cząsteczką ATP. Donorem elektronów jest zredukowana ferodyksyna. Proces redukcji azotu jest bardzo kosztowny energetycznie.

Redukcja azotanów do jonów amonowych

Główną formą azotu dostępnego dla roślin jest forma azotanowa, w dalszej kolejności jony amonowe, azot związków organicznych. Azotany nie mogą być jednak bezpośrednio włączone do związków organicznych, muszą być redukowane do NH₄⁺ , gdyż jedyna formą azotu nieorganicznego, która bezpośrednio może być włączona do związków organicznych jest forma amonowa.

Redukcja azotanów przebiega dwuetapowo:

1) redukcja azotanów do azotynów w reakcji katalizowanej przez reduktazę azotanową. Przebiega ona w cytoplazmie, a źródłem elektronów niezbędnych od redukcji azotanów jest cząsteczka NADP(H), reduktaza azotanowa jest dimerem, w którym każda z podjednostek zorganizowana jest w 3 domeny wyposażone w odpowiednie przenośniki elektronów tj: FAD, cytochrom B557, molibden.

Azotany w roślinach są prowadzone w formie 2 pul: puli metabolicznej zlokalizowanej w cytoplazmie i puli zapasowej w wakuoli. W miarę potrzeb rośliny następuje przemieszczenie się azotu z puli zapasowej do mtabolicznej.

2) przekształcenie azotynów w jon amonowy przy udziale reduktazy azotanowej. ta reakcja przebiega w chloroplastach lub w plastydach (w korzeniach). Donorem tej reakcji jest zredukowana ferodyksyna, a w tkankach niefotosyntezujący NADP(H).

Asymilacja jonów amonowych -

włączenie azotu nieorganicznego do związków organicznych

W wyniku tego procesu powstają tzw. aminokwasy pierwotne. Jony amonowe mogą być włączone w związki organiczne w postaci:

• grupy aminowej - obecnych w aminokwasach

• grupy amidowej

• grupy karbomoilowej

Grupa aminowa powstaje z grupy NH₄⁺ na drodze redukcyjnej aminacji 2-oksoglutaranu. Przykładem tego typu reakcji jest reakcja katalizowana przez dehydrogenazę glutaminianową, która wytwarza jako produkt reakcji kwas glutaminowy (kwas pierwotny), rzadziej w roślinach funkcjonują inne dehydrogenazy np.: alaninowa, asparaginianowa.

Podstawową drogą asymilacji azotu amonowego u roślin jest cykl GS/GOGAT, w który asymilowane jest ponad 90% azotu nieorganicznego, w cyklu tym funkcjonują 2 enzymy, gdzie pierwszy z nich włącza azot NH₄⁺ w postaci grupy amidowej, wytwarzając glutaminę. W drugim etapie katalizowanym przez GOGAT (syntazę glutaminianową) azot amidowy z glutaminy przenoszony jest na 2-oksoglutaran w wyniku czego powstają 2 cząsteczki kwasu glutaminowego. Jedna z nich ponownie wchodzi w kolejny cykl, druga wykorzystywana jest do syntezy wielu związków, w tym pozostałych aminokwasów białkowych. Azot amonowy może być też włączony w postaci grupy karbomoilowej w reakcji katalizowanej przez syntetazę karbomilofosforanowej. Powstały karbomoilofosforan służy do syntezy aminokwasów, nukleotydów pirmytynowych i innych związków.

Wtórna synteza aminokwasów - transaminacja

Powstały aminokwas pierwotny - kwas glutaminowy jest dawcą grupy aminowej w procesach syntezy wielu innych aminokwasów białkowych. Odpowiedzialne są za to reakcje transaminacji. Odpowiednie transaminazy przenoszą grupę amonowa z glutaminianu na różne 2-oksokwasu, wytwarzając odpowiednie aminokwasy.

Katabolizm aminokwasów

W wyniku rozkładu białek (wymiany) powstaje wiele aminokwasów, które moga być wykorzystywane do syntezy lub też mogą wchodzić w przemiany kataboliczne. Przemianami tymi są reakcja deaminacji i dekarboksylacji.

Deaminacja - mogą być oksydacyjne lub nieoksydacyjne

> oksydacyjne - wymagają udziału koenzymów oksydoreduktaz (NAD⁺, FAD). Reakcje deaminacyjne oksydacyjne mogą być odwracalne lub nieodwracalne,

> nieoksydacyjne - przebiegają bez udziału tych koenzymów.

---