Вопрос 9

Денитрификация (диссимиляционная денитирификация) — суммамикробиологических процессов восстановления нитратов до нитритов и далее догазообразных оксидов и молекулярного азота. В результате их азот возвращается ватмосферу и становится недоступным большинству организмов. Осуществляетсятолько прокариотами (причём как бактериям, так и археями) в анаэробных условияхи связана с получением ими энергии.

Особо выделяют ассимиляционную денитрификацию, приводящуюк синтезу азотсодержащих клеточных компонентов и свойственную всем растениям,многим грибам и прокариотам, способным расти на средах с нитратами, однако несопровождающуюся получением энергии этими организмами.

Диссимиляционная дентирификация представляет собойпроцесс анаэробного дыхания, то есть использования нитратов и продуктов ихчастичного восстановления вместо кислорода для окисления веществ (у разныхмикроорганизмов как органических, так и минеральных) в ходе метаболизма свыделением энергии. Поэтому денитрификация — процесс анаэробный и подавляетсямолекулярным кислородом при Eh более +300 мВ. Энергетическая эффективностьпроцесса при восстановлении нитратов до молекулярного азота составляет около 70% от аэробного дыхания с использованием кислорода.

Процесс протекает постадийно:

Катализируют реакции нитратредуктаза, NO-образующаянитритредуктаза, редуктаза окиси азота и редуктаза закиси (гемиоксида) азотасоответственно.

Проводить процесс полностью и получать энергию имеютвозможность лишь прокариоты, причем все они факультативные анаэробы, приналичии кислорода переключающиеся на обычное дыхание. Многие денитрификаторывместе с тем обладают способностью к азотфиксации (например, Azospirillumlipoferum). Часть бактерий имеет лишь часть ферментов и проводит усечённуюденитрификацию.

Хемоденитрификация

В ряде случаев возможно выделение газообразных соединенийазота и без участия микроорганизмов:

RNH2 +HNO3 → ROH + H2O + N2 (pH>5)

NH4 +HNO2 → N2 + H2O

3HNO2 +O2 → HNO3 + H2O + 2NO

Хемоденитрификацией объясняется возрастание эмиссиизакиси азота из почвы при её нагревании свыше 50°С (при том, что пикбиологической денитрификации приходится на 30-35°С, к 45°С приурочен минимумэмиссии закиси азота).

Значение: Денитрификация, протекающая в основном в почве,дает до 70-80 % выбросов N2O (закись азота, парниковый газ) в атмосферу.

Вопрос 10

Микроорганизмы, усваивающие молекулярный азот, называютсядиазотрофами. Все они имеют сходный биохимический механизм фиксациимолекулярного азота воздуха. В основе его лежит процесс восстановления N2 поуравнению

N2 + 6e- + 6H+ 2NH3

Реакция эта в клетке проходит при участии ферментанитрогеназы, расположенного на внутренних клеточных мембранах. Нитрогеназа -это сложный ферментный ансамбль, выполняющий функцию восстановлениямолекулярного азота воздуха. Этот процесс требует затраты энергии. Как этообычно осуществляется в живых организмах, энергия для подобных реакцийпоставляется в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Азотфиксаторудорого обходится восстановление даже одной молекулы N2 . Порасчетам, для клеток Rhizobium акт восстановления одной молекулы N2требует затраты 25-35 молекул АТФ.

Если азотфиксаторы являются анаэробными клетками, то самиусловия их жизни обеспечивают нормальное функционирование нитрогеназы. Иноедело - факультативные анаэробы. При избыточном количестве кислорода клетканачинает резко интенсифицировать процессы дыхания, как бы стараясь выбрать веськислород и обеспечить выполнение ею функций азотфиксации. Процесс этотмалопродуктивен и кончается снижением азотфиксации. У многих азотфиксаторовимеются специальные механизмы защиты нитрогеназы. В них принимают участиеразличные сложные молекулы.

Потреблениерастениями аммиака, образовавшегося при азотфиксации или восстановлениинитратов почвы, осуществляется ферментами, связанными с биосинтезом такназываемых первичных аминокислот, прежде всего глютаминовой, аспарагиновойкислот и их амидов. Одним из активно изучаемых ферментов является, например,глютаминсинтетаза. Этот фермент катализирует реакцию

Глютаминовую кислота + NH3 + АТФ

глютамин + АДФ + Ф.

Фермент этот чрезвычайно сложен, встречается во всехорганизмах и принимает участие в присоединении аммиака к глютаминовой кислоте собразованием ее амида и последующим использованием его в различных реакцияхсинтеза азотсодержащих органических соединений. Близким по механизму действияявляется и аспарагинсинтетаза:

Аспарагиновая кислота + NH3 +АТФ

аспарагин + АДФ + Ф

Синтез аминокислот и амидов происходит с участием идругих ферментов: глютаматдегидрогеназы, аспартазы и т.д. В конечном итоге азотв виде аминогрупп вовлекается в серию биосинтетических реакций организма,поддерживая его жизненные функции.