ктерій та інші - виявлені в клубеньках бобових рослин, тропічних рослин, трав, дерев вільхи. Здатність до фіксації азоту властива тільки прокариотам. Деякі азотфіксуючі мікроорганізми перераховані в таблиці 2.1.1 [5, 6, 13].
Таблиця 2.1.1 Представники азотфіксуючих бактерій [5]
ЦіанобактерііAnabaena cylindrical Види GloeocapsaФототрофние бактерііRhodospirillum rubrum Rhodopseudomonas capsulataСтрогіе анаеробиClostridium pasteurianum Desulfovibrio vulgarisОблігатние і факультативні анаеробиRhizobium japonicum Frankia alni Klebsiella pneumonia Azotobacter vinelandii Bacillus polymyxa Mycobacterium flavum Beijeerinckia indica Spirillum lipoferum
Ферментна система, що каталізує реакцію відновлення N 2 до аміаку, називається нитрогеназой. Нитрогеназа складається з двох білків, які містять залізо, молібден, сірку і кіслотолабільного сульфід. Молекула N 2 є дуже стабільною. Для здійснення нітрогеназну реакції ще необхідна присутність в якості субстратів відновленого ферредоксина або флаводоксіна. Відновлення молекули N 2 пов'язане з гідролізом 12 молекул ATP. Важливо відзначити, що біосинтез нітрогеназну комплексу гальмується при накопиченні аміаку, або зниженні кількості ATP по відношенню до ADP. Система фіксації азоту повинна бути ізольована від молекулярного кисню, який інактивує нітрогеназой і конкурує за відновник. Стехиометрія сумарного процесу фіксації азоту наступна:
2 + 6e + 12ATP + 12H 2 O? 2NH 4 + + 12ADP + 12P i + 4H +
Нітрогеназа може також каталізувати відновлення сполук, що містять потрійні зв'язки, наприклад N 2 O, NH 3, HCN, і інших нітріли, а також ацетилен.
Симбиотическая фіксація азоту відбувається в кореневих бульбочках, які утворюються після інфікування кореневих волосків мікроорганізмами, що відносяться до видів Rhizobium. Бактерії перетворюються на збільшені в обсязі клітини неправильної форми - бактероїди. Саме в них відбувається фіксація азоту. N 2 відновлюється бактероїдами до NH 3, який зв'язується глутамін-синтетазою, присутньої в цитозолі рослин. Рослина не тільки забезпечує бактероїди органічними субстратами, але і захищає нітрогеназой від дії кисню. Азотфиксирующие бульби мають леггемоглобін, який служить переносником кисню, подібно гемоглобіну [5, 16, 24].
Нітрати і нітрити можуть споживатися багатьма бактеріями як джерело азоту (наприклад, E.coli). При цьому нітратний азот відновлюється за участю ферменту нітратредуктази, а потім за участю нітритредуктази нітрит відновлюється до NH 3. Нитратредуктаза каталізує НАД? Н 2 -залежне відновлення:
3 - + НАД? Н 2? NO 2 - + НАД + + Н 2 О,
в результаті якого здійснюється перенесення на NO3- двох електронів. Нітритредуктази каталізує шестіелектронное відновлення NO 2 - до NH 3:
2 - + 3НАД? Н 2 + Н +? NH 3 + 3НАД + + 2Н 2 О.
Ферменти нитратредуктаза і нітритредуктази, як і нитрогеназа, мають у своєму складі молібден, залізо і кислотно-лабільний сульфід. [1, 6, 16].
Деякі бактерії відновлюють нітрат тільки до рівня нітриту, а інші можуть його відновлювати тільки до газоподібного азоту. У ході цього процесу, званого денітрифікацією, пов'язаний азот видаляється з вивільненням газоподібного N 2 в атмосферу [15].
Бактерії здатні не тільки відновлювати, а й окисляти нітрити. До таких видів відносяться рід Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus і Nitrospira. Всі вони є аеробами, крім Nitrobacter, які можуть рости за рахунок анаеробного дихання. У присутності нітратів вони утворюють NO і N 2 O. Відомий один штам Nitrobacter, здатний окислювати NO до нітрату [26, 27].
Засвоєння аміаку бактеріями проходить легко, так як атом азоту аміаку має ступінь окислення - 3, такий же, як і в органічних речовинах в клітці. Існує три реакції асиміляції NH 3. Одна з них призводить до утворення аміногрупи глутамінової кислоти, друга веде до появи амідогруппи глутаміну, а третя - до появи карбамоілфосфата. З карбамоілфосфата синтезується аспарагін і піримідинів. Інші два продукти асиміляції NH 3 - безпосередні попередники білків, а роль аспарагіну тільки в цьому і полягає [15, 16].
Існують бактерії, що окислюють аміак. Цей процес називається нітрифікація. Вона проходить у два етапи: на першому аміак окислюється до нітриту, а на другому - до нітрату. Відповідну початкову реакцію каталізує монооксігеназу. До таких видів відносять пологи Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrospira [15, 26, 28].
Слід зазначити, що найбільш універсальним джерелом азотного живлення є солі амонію. Аміак при накопиченні в клітці викликає її загибель. При використанні солей (NH 4) 2 SO 4, NH 4 Cl по мірі їх ...
