Свободноживущие и симбиотические азотфиксаторы.

 

Соединения азота, используемые в конструктиынх целях, — это молекулярный азот, аммоний, нитрит, нитрат, гидроксиламин, метиламины, аминокислоты, мочевина, пурины, пирамидины, белки. Возможности использования соединений азота у микроорганизмы значительно шире, чем у животных и растений. В отношении использования нитрата микроорганизмы похожи на растения. Процесс ассимиляционной натратредукции проходит в два этапа: NO3- —> NO2 —> NH4+. На первом этапе нитратредуктаза переносит два электрона, на втором — последовательно переносится шесть электронов под действием ферментного комплекса нитритредуктазы. Ассимиляционная нитратредуктаза — растворимый фермент, и реакция происходит в цитоплазме. Фермент содержит ион Мo5+ и ФАД. Часто источником аммония для микроорганизмов служит мочевина. Реакцию разложения мочевины проводит фермент уреаза: NH2—CO—NH2 + H2O —> CO2 + 2NH3 (NH4+). У микроорганизмы обнаружено несколько систем ассимиляции NH4+:

• у факультативных анаэробов семейства энтеробактерий — аминирование фумарата с образованием аспарагиновой кислоты под действие фермента аспартазы;

• восстановительное аминирование кетокислот;

• аминирование пирувата с образованием аланина, глиоксилата с образваонием глицина и оксалоацетата с бразование аспарагиновой кислоты под действием соотв. дегидрогеназ; у некоторых бацилл есть только аланиндегидрогеназа, у других микроорганизмы систем утилизации аммония может быть несколько; • образование амидов под дейтсвием фермента глутаминсинтетазы; • образование карбамоилфосфата. Д л я ф о рми р о в а ни я д р у ги х ами н о ки с л о т ми к р о о р г. им ею т си с т ем у переаминирования. В реакции у ча с тв уе т фермен т тран самина за с пиридоксинфосфатом в качестве кофермента. В реакции переаминирования глутаминовая кислота служит донором аминогруппы. Азотфиксация — укникальный процесс, присущий только прокариотическим микроорганизмам. Под азотфиксацией понимается способность к энзиматическому восстановлению атмосферного N2до аммония (с образованием водорода), который затем включается в клеточное вещество. Азотфиксаторов подразделяют на свободноживущих и симбиотических. Свободноживущие азотфиксаторы относятся к хемотрофам (это анаробные клостридии и сульфатредукторы, факультативно анаэробные бациллы, аэробные метанотрофы) и фототрофам (пурпурные и зеленые бактерии, цианобактерии). Свободноживущие азотфиксаторы подра зделяют на и с тинно свободноживущие и а с социа тивные, т.е. предпочтительно встречающиеся в ризосфере некоторых высших растений (злаков). К ассоциативным диазотрофам относятся представители семейства Enterobacteriaceace и Azotobacteriaceae. Симбиотические диазотрофы включают прежде всего так называемые клубеньковые бактерии семейства Rhizobiaceae, обр. разрастания на корнях бобовых растений. Несмотря на разнообразие микроорганизмов, осуществляющих азотфиксацию, ферментный нитрогеназный комплекс имеет принципиальное сходство в строении и свойствах и у анаэробов, и у аэробов. Один из его отличительных признаков – чрезвычайная чувствительность к наличию кислорода. Поэтому аэробные микроорганизмы сталкиваются с проблемой защиты нитрогеназы от кислорода. Фиксация азота жестко регулируется наличием его связанных форм. Нитрогеназная активность ингибируется, если в среде есть NH4+. Газ азот – это химически инертное и очень стабильное вещество. Реакция 3Н2 + N2 → 2NH3 – эндотермическая, поэтому чтобы разорвать тройную связь в молекуле азота необходимо, по крайней мере, 8 электронов и 16 молекул АТФ. В действительности АТФ затрачивается больше, т.к. часть ее необходима дляподдержания анаэробных условий. Нитрогеназный ферментный комплекс состоит из двух белковых компонентов разной молекулярной массы. Для проявления нитрогеназной активности необходимы оба компонента, но они взаимозаменяемы у разных микроорганизмов. Нитрогеназа получает электроны и протоны непосредственно от низкопотенциального переносчика ферредоксина, который восстанавливается в реакциях фотосинтеза у фототрофов, при дыхании у аэробных диазотрофов или при брожении у анаэробов. Реакция проходит в несколько стадий: N≡N —> HN=NH —> H2N-NH2 —> 2NH3.