Поступление азота в растения и его трансформация в белковые соединения. Основными источниками азота для питания растений являются соли азотной кислоты и аммония. Доказано также, что растения способны усваивать и некоторые растворимые в воде органические соединения азота: мочевину, аминокислоты, аспарагин.
Поступившие в растение азотистые соединения подвергаются в его тканях сложным превращениям, в результате которых образуются сначала аминокислоты, а затем белки.
Из всех поступивших из почвы в растения соединений азота только один аммиак может быть непосредственно использован для биосинтеза аминокислот. Нитраты и нитриты могут вовлекаться в синтез аминокислот только после их восстановления в тканях растений.
Редукция нитратов до аммиака может происходить уже в корнях. Она осуществляется с помощью флавиновых металлофермен-тов и сопровождается изменением валентности атомов азота:
ни трат -редуктаза
*hno2-
(N+3)
HN03-
ферменты :
(N+5)
->
нитрит-
редуктаза
->(HNO)2->NH2OH->NH3.
нитрит- z гипонитрит- z гидроксил амин- J
редуктаза редуктаза редуктаза
(N+1) (N_1) (N~3)
Если нитратный азот поступает в растения в избытке, то часть его в неизменном состоянии доходит до листьев, где продолжается восстановление нитратов по указанной схеме.
Синтез аминокислот происходит в результате взаимодействия аммиака с кетокислотами (пировиноградной, щавелевоуксусной, кетоглутаровой и др.), которые образуются при окислении углеводов в процессе дыхания. Реакция биосинтеза аминокислот называется алитированием. Осуществляется она с помощью ферментов. Например, при взаимодействии пировиноградной кислоты с аммиаком образуется аминокислота аланин:
СН3 СО СООН + NH3 + 2Н -> СН3 CHNH2 СООН + Н20.
Аланин
Подобным образом при взаимодействии аммиака с щавелевоуксусной кислотой образуется аспарагиновая кислота (СООН • • СН2 • CHNH2 • СООН), а при взаимодействии с кетоглутаровой кислотой — глутаминовая кислота (СООН • СН2 • СН2 • CHNH2 • СООН).
Азот в аминокислотах находится в виде аминогруппы — NH2. Образование аминокислот происходит как в корнях, так и в надземной части растений.
Опыты, проведенные с применением меченых атомов, показали, что уже через несколько минут после подкормки растений аммиачными удобрениями в их тканях могут быть обнаружены аминокислоты, синтезированные за счет внесенного в подкормку аммиака. При этом первыми образующимися в растениях аминокислотами является аланин, затем аспарагиновая и глутаминовая кислоты.
Нитратный азот может накапливаться в растениях в значительных количествах, не причиняя им вреда. Аммиак в свободном виде содержится в тканях растений в незначительных количествах. Накопление его, особенно при недостатке углеводов
(источника кетокислот), ведет к аммиачному отравлению растений.
Однако растения способны связывать избыток свободного аммиака. Значительная часть его вступает во взаимодействие с ранее синтезированными аспарагиновой и глутаминовой аминокислотами с образованием соответствующих амидов — аспарагина и глутамина:
ооон сн2 chnh2 oooh+nh3->oonh2 ch2 chnh2 oooh+h2o
Аспарагиновая
кислота
Амид аспарагиновой кислоты (аспарагин)
Аналогично образуется и глутамин:
ОООНСН2СН2 chnh2 ccoh+nh3->conh2 сн2 сн2 chnh2 соон+н2о.
Глутаминовая Амид глутаминовой
кислота кислоты (глутамин)
Итак, процесс образования аспарагина и глутамина позволяет растениям, во-первых, защитить себя от аммиачного отравления и, во-вторых, создать резерв аммиака, который может быть использован ими в дальнейшем по мере необходимости. Кроме того, амиды играют важную роль в синтезе белков.
В 1937 г. отечественные биохимики А. Е. Браунштейн и М. Г. Крицман открыли реакцию переаминирования, которая заключается в переносе аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. При этом образуются другие амино- и кетокислоты. Эта реакция катализируется ферментами трансаминазами или аминоферазами.