Tulajdonságok molekuláris nitrogén asszimiláció

Biológiai fixálása légköri nitrogén fontos. Ezt támasztja alá az a folyamat skála - legfeljebb 200 millió tonna N / év. Hála a biológiai megkötés nitrogén formájában kapcsolók, amelyek használata az összes növény és rajtuk keresztül, és állati szervezetben.

Képes organizmusok asszimilálni nitrogén levegőből, osztható csoportok:

1) szimbiotikus nitrogén-fixers - mikroorganizmusok metabolizáló nitrogénatmoszférában, miközben csak szimbiózisban a magasabbrendű növényi;

2) nem szimbiotikus nitrogén-fixers - mikroorganizmusok szabadon élő a talajban, és asszimilálni nitrogén levegőből;

3) asszociatív nitrogén-fixáló - élő mikroorganizmusok felszínén a gyökérzet gabona, azaz élő együtt magasabb rendű növények ...

Fontos szimbiotikus nitrogén-fixáló, akik élnek a csomók gyökereinek hüvelyesek (góc baktériumok) nemzetségbe tartozó Rhizobium. Binding nitrogénatmoszférában csak akkor lehetséges, ha a szimbiotikus társulása mikroorganizmusok és magasabb rendű növények a fajok főleg a család hüvelyesek. Számos fajták (törzsek) A göb baktériumok, amelyek mindegyike úgy van kialakítva, hogy a fertőzés egy vagy több fajával hüvelyes növények. Ez tükröződik a nevüket: Rhizobiumfélék Lupini - góc baktériumok Rhizobiumfélék trifolii- csillagfürt és lóhere gyökér góc baktériumok, stb ...

Gyökérzetét hüvelyes növények specifikus gyökér váladékok. Emiatt góc baktériumok gyűljön a haj gyökere, amely ebben az esetben meg vannak csavarva. Ez a képesség szervezetek mozogni válaszul az elismerést a vegyi anyagok az úgynevezett kemotaxist. Egy megvalósítási mód szerint a kontaktkölcsönhatást mikroorganizmusok a növényekkel fontos úgynevezett lektin felismerés glevodnoe növények mikroorganizmus. Ennek lényege az, hogy a lektin gyökérszőrök növények szorosan kapcsolódó szénhidrát bakteriális felszíni. Baktériumok emplaced egy haj gyökere formájában folyamatos szál (t. N. Fertőző fonal), amely számos összekapcsolt iszap baktériumok, behatolnak a parenchima a gyökér. pericycle sejtek elkezdenek megosztani intenzíven. Talán baktériumok szekretálnak hormonális anyagok, mint például az auxin és ez az oka a szöveti proliferáció, hólyagosodás - csomók. góc sejtek tele vannak baktériumok szaporodnak gyorsan, de életben maradnak, és megtartják a nagy magok. A baktériumok így transzformált magukat méretének növekedése, így nevezik őket Bacteroides.

Tevékenysége révén góc baktériumok a nitrogénvegyületek a gyökerek a hüvelyes növények bediffundál a talajba, gazdagítva azt nitrogénnel. Vetés hüvelyes növények növekedéséhez vezet a talaj termékenységét. Hektár Legume szimbiotikus baktériumokat lehet lefordítani, hogy egy kötött állapotból 100 és 400 kg nitrogént évente. Ennek értéke túlbecsült, tekintettel arra, hogy a legköltségesebb nitrogéntartalmú műtrágya és a talaj nitrogénvegyületek tartalmazott kis mennyiségben. Vannak más fajta magasabb rendű növények, amelyben van egy szimbiózisban mikroorganizmusok. Így, egy kis víz páfrány azolla (Azolla) van egy szimbiotikus kapcsolat nitrogén-kötő cianobaktériumok. Azolla képes kijavítani nitrogén 0,5 kg hektáronként naponta. Egyes fák és cserjék (így például, éger homoktövis, Loh) van, mint a szimbionta nemzetségbe tartozó baktériumok Actinomycetes. Nagy jelentőségű szabadon élő baktériumok - a nitrogén-fixáló. 1893-ban a magyar mikrobiológus SN Vinogradskii volt izolált anaerob nitrogén-kötő baktériumok Clostridium pasteurianum. 1901-ben, a holland tudós MA Beijerinck azonosított két aerob nitrogénfixációs baktériumok - Azotobacter chroococum, Azotobacter mozgékony. Most, hogy ismert több faj Azotobacter. Szabadon élő nitrogén-fixáló lehet fakultatív aerob vagy fakultatív anaerob. Annak érdekében, hogy ezek a mikroorganizmusok hajtjuk nitrogénkötő folyamat, szükséges a molibdén jelenlétének, a vas és a kalcium. Különösen fontos a molibdén jelenlétének. Szabadon élő nitrogén-fixáló

Az asszociatív nitrogén-fixers találtak a 70-80-es években a XX században. a laboratóriumban D. Dobereyner Brazíliában (1976). A fajok száma nagy, milyen nagy a változatosság az asszociatív kapcsolatok növények mikroorganizmusokkal. Az ilyen kapcsolatok jellemző rhizoszféra mikroorganizmusok, t. E. A felszínen élő növény gyökérzete. Mikrobiológusok gyakran nem tesznek különbséget asszociatív és szabadon élő nitrogén fixáló. A szekvencia kapcsolatot a fogadó növény asszociatív nitrogén-kötő baktériumok bizonyos hasonlóságot mutat szimbiotikus organizmusok: kemotaktikus felismerés, lektin-szénhidrát-felismerő és azt a lépést, létrehozó erős kötések. Nem csak színpadi góc kialakulása. Hatásosság asszociatív nitrogénkötő mikroflóra kevesebb, mint a szimbiotikus de asszociatív nitrogén-fixers termelnek növényi növekedési hormonok, és rendelkeznek egyéb tulajdonságok pozitívan befolyásoló növekedését és fejlődését növények (elleni védelem növényi patogének, a pusztítás a mérgező anyagokat). A leginkább tanulmányozott ebben a csoportban a mikroorganizmusok nemhez Azospirillum (Azospirillum). Kolonizálódnak gyökerei füvek és ebben az összefüggésben érdekes technológia a termesztés. Azospirillum könnyen fertőzik a gyökerek a füvek és más növények.

A végtermék a nitrogénkötés ammónia. A gyógyulási a nitrogén ammónia van szó multienzimkomplexet - nitrogenázt. Nitrogenáz két komponensből áll: MoFe-Fe-fehérje és fehérje. MoFe-fehérje molekulatömege 200-250 kDa tartalmaz molibdén, vas és a kén. A modern fogalmak, ez a fehérje hordozza a kötődés és a nitrogén-hasznosítás. Fe-fehérje molekulatömege 50-70 kDa vasat tartalmaz, és a kén. Ez az alegység részt vesz a közlekedési elektronok a saját donor (ferredoxin) a MoFe-fehérje.

A forrás a protonok és az elektronok csökkentésére a nitrogén szolgál légzési elektron transzport lánc. Ez azt jelzi, hogy a nitrogén atmoszférában asszimilációs folyamatok a légzés és a fotoszintézis (szénhidrátforrás). Visszaállításához az NH3-t N2 vesz hat elektronok, a következő egyenlet szerint:

A folyamat ATP-t igényel, mint energiaforrás: becsült visszaállítani N2 egy molekula igényel legalább 12 molekula ATP. A tényleges energiafogyasztás lényegesen nagyobb és alkotják 25-35 ATP molekulákat. Nitrogenáz - egy enzim alacsony szubsztrát specifitással regenerálja és más vegyületek egy hármas kötést:-cianid, acetilén, azidok stb nitrogenáz különlegessége abban a tényben rejlik, hogy anaerob feltételek szükségesek az enzim számára .. Azonban, a magasabb rendű növények sejtjei oxigént igényel fenntartása légzést. Leghemoglobin szerepe az, hogy összekapcsolja 02 a szervezetben a baktériumok és feltételeinek megteremtése nitrogenázt.

Hogy kialakítsuk a szükséges leghemoglobin Fe, Cu és Co. Normál nitrogénkötés szükséges folyamatot Mo és Fe, mivel ezek részét az enzim nitrogenáz. Molibdén végez szerkezeti funkciója, támogató konformációja nitrogenáz, a katalizátor vesz részt a nitrogén-kötő és elektron transzport, valamint szintézisét indukálja nitrogenáz. Cobalt elengedhetetlen annak a ténynek köszönhető, hogy ez része a B12-vitamin. amely részt vesz a bioszintézise leghemoglobin folyamat. Ammónia alakult itt a gyökér sejtek reagáltatunk egy-ketoglutársav képezve glutaminsav, amely részt vesz a további cseréjét. A légi szervei a gazdanövény nitrogéntartalmú anyagok mozgassa elsősorban a formájában amid (aszparagin, glutamin). Mint már említettük, a rögzítése a légköri nitrogént lehet végezni, és számos ingyenes-fotoszintetikus organizmusok (cianobaktériumok kén baktériumok). Ebben az esetben, a proton-donor és egy elektron lehet valamely vízzel vagy hidrogén-szulfiddal.

Megnyitása nitrogénfixációs baktériumok kifejlesztéséhez vezetett a bakteriális műtrágya (nitragin, rizotrofin, Azotobacter et al.). Ezek a műtrágyák a talaj természetes organizmusok, és növelheti a felhalmozási biomassza magasabb rendű növények. Az ígéret az ilyen technológia, hogy lehetővé teszi a részleges cseréje ásványi trágyák, és így csökkenti a szennyeződés szintje okozta intenzív használatra. Új szempontok hatékonyságának növelése nitrogénkötését és nitrogén javítása növényi táplálkozás megismerkedhetünk a géntechnológia. Azt találtuk, hogy a nitrogénmegkötés enzimeket biztosít - egy zseni nHa termékeket. Most gyakorlatilag megoldotta a problémát az adag emelése egy zseni NIF góc nemzetségbe tartozó baktériumok Rhizobium. Beküldte munka átadása nHa egy zseni más szervezetekben, mert a legtöbb ilyen gének lokalizálódik plazmidok. Vannak előfeltételei létrehozásához genetikailag gabona növények, nitrogén-kötő baktériumokat. Kutatások alapján nitrogénkötését nyújt lehetőséget, ami egy költséghatékony és légköri nitrogén megkötésével technológia. ammónia szintézis technológia az iparágban használatával jár katalizátorok, miközben a hőmérsékletet mintegy 500 ° C és a nyomás a 300-350 atm. A sejt, ez a folyamat, normális hőmérsékleten és alacsony nyomáson a környezet szennyezése nélkül.