Нитратредуктазы – молибдоферменты , восстанавливающие нитраты ( NO−
3) в нитрит ( NO−
2). Эта реакция имеет решающее значение для производства белка большинством сельскохозяйственных растений, поскольку нитраты являются основным источником азота в удобренных почвах. [2]
Эукариотические нитратредуктазы являются частью семейства молибдоферментов сульфитоксидаз . Они переносят электроны от НАДН или НАДФН к нитрату.
Прокариотические нитратредуктазы принадлежат к семейству молибдоферментов ДМСО-редуктазы и подразделяются на три группы: ассимиляционные нитратредуктазы (Nas), респираторные нитратредуктазы (Nar) и периплазматические нитратредуктазы (Nap). [3] Активным центром этих ферментов является ион молибдена , который связан с четырьмя тиолатными функциональными группами двух молекул птерина . Координационная сфера иона молибдена завершается одной боковой цепью аминокислоты и кислородными и/или серными лигандами . В Nap молибден ковалентно присоединен к белку посредством боковой цепи цистеина и боковой цепи аспартата в Nar. [4]
Прокариотические нитратредуктазы делятся на два основных типа: трансмембранные нитратредуктазы (NAR) и периплазматические нитратредуктазы (NAP). NAR обеспечивает транслокацию протонов через клеточную мембрану и может способствовать генерации АТФ за счет движущей силы протонов . NAP не может этого сделать. [5]
Трансмембранная респираторная нитратредуктаза [6] состоит из трех субъединиц; 1 альфа, 1 бета и 2 гамма. Он может заменить фермент NRA в Escherichia coli , позволяя ей использовать нитрат в качестве акцептора электронов для анаэробного дыхания. [7] У диатомовой водоросли Thalassiosira weissflogii обнаружена трансмембранная нитратредуктаза, которая может функционировать как протонный насос (аналогично случаю анаэробного дыхания ) . [8]
Нитратредуктаза высших растений, водорослей и грибов представляет собой гомодимерный цитозольный белок с пятью консервативными доменами в каждом мономере: 1) домен Mo-MPT, содержащий единственный кофактор молибдоптерина , 2) димерный интерфейсный домен, 3) цитохром b домен и 4) НАДН-связывающий домен, который объединяется с 5) FAD-связывающим доменом с образованием фрагмента редуктазы цитохрома b. [9] Существует гликофосфатидилинозитол -заякоренный вариант, который находится на внешней стороне плазматической мембраны. Его функция не ясна. [10] [ нужно обновить? ]
В прокариотической периплазматической нитратредуктазе нитрат-анион связывается с Mo(IV). Перенос кислорода приводит к образованию оксо-промежуточного продукта Mo (VI) с высвобождением нитрита. Восстановление оксида Мо и протонолиз удаляют оксогруппу, регенерируя Мо(IV). [11]
Подобно механизму восстановления нитрата прокариот, в эукариотической нитратредуктазе кислород в нитрате связывается с Мо в степени окисления (IV), замещая гидроксид-ион. Затем d-орбитальные электроны Mo переворачиваются, создавая кратную связь между Mo(VI) и кислородом, выбрасывая нитрит. Двойная связь Mo(VI) с кислородом восстанавливается НАД(P)H, проходящим через внутримолекулярную транспортную цепь. [12]
Нитратредуктаза (NR) регулируется на уровнях транскрипции и трансляции, индуцируемых светом, нитратами и, возможно, механизмом отрицательной обратной связи. Сначала ассимиляция нитрата инициируется поглощением нитрата из корневой системы, который восстанавливается до нитрита нитратредуктазой, а затем нитрит восстанавливается до аммиака нитритредуктазой. Затем аммиак поступает в путь GS-GOGAT и включается в аминокислоты. [13] Когда растение находится в состоянии стресса, вместо восстановления нитрата через NR для включения в аминокислоты, нитрат восстанавливается до оксида азота, который может иметь множество повреждающих эффектов на растение. Таким образом, важность регулирования активности нитратредуктазы заключается в ограничении количества вырабатываемого оксида азота.
Инактивация нитратредуктазы состоит из многих этапов и множества различных сигналов, которые помогают инактивировать фермент. В частности, в шпинате самым первым этапом инактивации нитратредуктазы является фосфорилирование NR по остатку 543-серина. Самым последним этапом инактивации нитратредуктазы является связывание адаптерного белка 14-3-3, которое инициируется присутствием Mg 2+ и Ca 2+ . [14] Высшие растения и некоторые водоросли посттрансляционно регулируют NR путем фосфорилирования остатков серина и последующего связывания белка 14-3-3. [15]
Были проведены исследования по измерению поглощения нитратов и активности нитратредуктазы в бескислородных условиях, чтобы увидеть, существует ли разница в уровне активности и толерантности к аноксии. Эти исследования показали, что нитратредуктаза в бескислородных условиях повышает толерантность растений к меньшей аэрации. [14] Повышенная активность нитратредуктазы также была связана с увеличением высвобождения нитритов в корнях. Результаты этого исследования показали, что резкое увеличение уровня нитратредуктазы в аноксических условиях может быть напрямую связано с аноксическими условиями, вызывающими диссоциацию белка 14-3-3 от NR и дефосфорилирование нитратредуктазы. [14]
Активность нитратредуктазы можно использовать в качестве биохимического инструмента для прогнозирования урожайности зерна и производства белка в зерне. [16] [17]
Нитратредуктаза может использоваться для проверки концентрации нитратов в биожидкостях. [18]
Нитратредуктаза способствует выработке аминокислот в чайных листьях. [19] Сообщается, что в условиях южной Индии чайные растения, опрысканные различными микроэлементами (такими как Zn, Mn и B) вместе с Mo, повышали содержание аминокислот в чайных побегах, а также повышали урожайность. [20]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )