اسیمیلاسیون نیترات 2

اهداف:

• آشنایی با اسیمیلاسیون نیترات در گیاه
• آشنایی با آنزیم های دخیل در این فرایند

شرح درس:

نیترات ریداکتاز آنزیمی همگانی است که در سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی دیده می شود. در پروکاریوت ها الکترون دهنده اصلی فرودکسین است، ولی در گیاهان عالی الکترون ها توسط شکل های احیا شده یکی از نوکلئوتیدهای پیریمیدنی، یعنی نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید (NAD) یا نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات(NADP) تامین می شوند.

این آنزیم که از انواع مختلفی از گیاهان عالی جداسازی شده است، و شامل دو زیر واحد یکسان با جرم مولکولی حدوداً 115 کیلو دالتون است.

یکی از اجزای کلیدی در آنزیم نیترات ریداکتاز، مولیبدن بوده و در واقع این آنزیم، پروتئین مولیبدن دار اصلی گیاهان غیر تثبیت کننده نیتروژن محسوب می شود.

یکی از عواقب کمبود مولیبدن، کاهش شدید فعالیت آنزیم نیترات ریداکتاز و در نتیجه مواجه شدن گیاه با کمبود نیتروژن است. نیترات ریداکتاز آنزیمی بسیار قابل تنظیم و قابل تحریک است. از قبل مشخص شده است که هم سوبسترا (NO₃^-)  و هم نور برای حداکثر فعالیت این آنزیم ضروری است.

در جریان تحریک، مقدارRNA نیترات ریداکتاز افزایش یافته و در پی آن افزایش، در سنتز پروتئین این آنزیم مشاهده می شود. چنانچه گیاهچه های غلاتی مانند جو و ذرت در تاریکی تحت تیمار نیترات قرار گیرند، میزان فعالیت نیترات ریداکتاز کمی افزایش می یابد،

ولی چنانچه این تیمار در نور صورت گیرد، فعالیت این آنزیم به شدت افزایش می یابد.

چنانچه گیاهچه در معرض تیمارهایی که پیدایش کلروپلاست یا تبدیل انرژی در فرایندهای فتوسنتزی را مختل می کنند قرار گیرد، تاثیر تحریک کننده ی نور درفعالیت آنزیم نیترات ریداکتاز محو می شود.

چنین نتایجی نشان می دهند که فعالیت آنزیم به نحوی احتیاج به انرژی فتوسنتزی دارد. فعالیت آنزیم نیترات ریداکتاز به صورت قابل برگشتی تحت تاثیر نورهای قرمز و قرمز دور قرار می گیرد، از این رو سیستم فیتوکروم نیز باید در فعالیت آن نقش داشته باشد.

نتایج مطالعات حاکی است که فعالیت آنزیم نیترات ریداکتاز به وسیله یک آنزیم خاص یعنی پروتئین کیناز در مراحل بعد از نسخه برداری نیز تنظیم می شود.

پروتئین کیناز ها که برای اولین بار در دهه ی 1950 میلادی توسط ادوین کربس و ادموند فیشر شناسایی شدند، دسته ای فراگیر از آنزیم ها به شمار می روند که با انتقال یک گروه فسفات از آدنوزین تری فسفات(ATP)، دیگر پروتئین ها را فسفره می کنند.

این گروه فسفات متعاقباً ممکن است توسط آنزیم دیگری موسوم به پروتئین فسفاتاز از پروتئین های یاد شده جدا شود.

بنابر شواهدبسیار، فسفریلاسیون قابل برگشت پروتئین ها با روشن کردن و خاموش کردن آنزیم ها و سایر پروتئین ها، در تنظیم متابولیسم نقش اساسی ایفا می کند.

آنزیم نیترات ریداکتاز هم در حالت فسفره شده و هم در حالت غیر فسفره شده فعال است. ولی هنگامی که این آنزیم فسفره باشد و برگ از نور به تاریکی منتقل شود به دلیل چسبیدن به یک پروتئین بازدارنده کوچک، به سرعت غیرفعال می شود.

با بازگرداندن برگ ها به روشنایی، پروتئین بازدارنده مذکور به تدریج از آنزیم جدا شده و پس از عمل آنزیم فسفاتاز فعالیت آنزیم نیترات ریداکتاز رفته رفته از سر گرفته می شود. دلیل استفاده از این سیستم پیچیده برای تنظیم نیترات ریداکتاز هنوز مشخص نشده است. ولی تاثیر کلی و نهایی چنین سیستم کنترل پیچیده ای، هماهنگ سازی احیای نیترات با فعالیت فتوسنتزی گیاه است. این سیستم موجب می شود تا فقط هنگامی که فتوسنتز در گیاه به خوبی صورت می گیرد و در نتیجه قادر است انرژی و اسکلت کربنی لازم را برای ترکیب کردن آمونیوم تامین کند، احیای نیترات صورت گیرد.

اسمیلاسیون نیترات در بیشتر گیاهان هم در بافت ریشه و هم در بافت های هوایی گیاه صورت می گیرد. مطالعات متعددی نشان می دهد که مقدار نسبی احیای نیترات در ریشه و بخش هوایی تا حدود زیادی به غلظت نیترات در محیط بیرونی بستگی دارد.

هنگامی که غلظت نیترات بیرونی کم است، بخش اعظم آن در بافت ریشه احیا شده و به صورت اسیدهای آمینه یا آمید ها به شاخ و برگ گیاه منتقل می شود. در شرایطی که غلظت نیترات بیرونی زیاد است، اسیمیلاسیون آن در ریشه کفایت نکرده و بخش قابل توجهی از نیترات با ورود به سیستم آوندی به طرف شاخ و برگ حرکت می کند. از این رو در چنین وضعیتی بخش بیشتری از نیترات در برگ اسیمیله می شود.
همه گیاهان توانایی یکسانی برای متابولیسم نیتروژن در ریشه ندارند. یکی از حادترین موارد xanthium strumarium است، در این گیاه نیترات تنها شکل نیتروژن است که در شیره آوند چوبی دیده می شود.

بروز چنین وضعیت حادی در این گیاه به دلیل نبود آنزیم نیترات ریداکتاز در ریشه آن است. از طرف دیگر، گیاهانی مانند جو و آفتابگردان تقریباً مقادیر برابری از نیترات و اسید آمینه – آمید را در شیره خود منتقل می کنند و گیاه تربچه نیز تنها 15 درصد از نیتروژن را به صورت نیترات انتقال می دهد.

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه: فاضل صحرا نشین سامانی