В. 4. Механизмы ассимиляции азотсодержащих соединений.

Азот в питательных средах представлен, как правило, солями, содержащими ион аммония или нитрат-ион. Непосредственно в метаболизм клетки включается ион аммония. Восстановление нитрат-иона до NH₃ осуществляется под действием фермента нитратредуктазы по схеме:

2H⁺ H₂O 2H⁺ 2H⁺ 2H₂O

N O^-₃ NO^-₂ [NOH] NH₂OH NH₃

2e 2e гипонитрит 2e 2e

Нитратредуктаза – высокомолекулярный комплекс из двух белков, один из которых – ФАД-зависимый – акцептирует электроны восстановленных молекул НАДН и НАДФН и переносит их на второй белок, содержащий Мо-порфириновое кольцо:

НАДФН ФАД Мо⁵⁺ + 2е NO^-₃

НАДФ ФАДН Мо⁶⁺ NO₂^- + Н₂О

Аммонийный азот, попадая в клетку, включается путем аминирования в органические соединения, образуя соответствующую аминокислоту. Чаще всего аминированию подвергаются ПВК, α-кетоглутаровая, щавелевоуксус-ная кислоты. Очень важной является реакция аминирования α-КГК под действием аллостерического НАД- или НАДФ-зависимого фермента глутаматдегидрогеназы (НАД- в катаболических процессах; НАДФ – при синтезе аминокислоты).

С ООН НАДФН НАДФ СООН

С=О Н⁺ Н₂О СН-NH₂

(СН₂)₂ + NH₃ (СН₂)₂

COOH COOH

Глутаминовая кислота – промежуточный метаболит при синтезе ряда аминокислот (пролин, аргинин и др.). У ряда микроорганизмов глутаматдегидрогеназа является единственной ферментной системой, осуществляющей включение аммонийного азота в метаболические процессы.

Синтез аланина осуществляется под действием аланиндегидрогеназы:

СН₃ НАДФН НАДФ СН₃

С=О + NH₃ Н⁺ Н₂О СН-NH₂

СООН СООН

Аспарагиновая кислота образуется из фумаровой, реакция катализируется аспартат-аммиак-лиазой (аспартазой):

Н ООС – СН = СН-СООН + NH₃ СООН

СН - NH₂

СН₂

СООН

Аспарагиновая кислота – предшественник метионина, пролина, изолейцина.

Аминокислоты, поступившие в клетку благодаря активности пермеаз, могут включаться в реакции переаминирования с органическими кислотами (α-КГК, ПВК, ЩУК), катализируемые соответствующими трансаминазами (кофермент – пиродоксальфосфат). Следует учитывать, что диамино-, ароматические и гетероциклические аминокислоты при переаминировании могут давать токсичные для клетки продукты (лизин и орнитин – соответственно путресцин и кадаверин; гистидин - гистамин).

В тех случаях, когда аминокислоты не способны транспортироваться в клетку в виду отсутствия необходимых пермеаз, осуществляется их расщепление внеклеточными дегидрогензами до NH₃ и органических кислот и раздельный транспорт. Этот механизм позволяет создавать микроорганизмам необходимую буферную систему в среде.