Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ферменттер класы Нитрат редуктазалар - нитратты нитритке дейін төмендететін молибдоферменттер. Бұл реакция өсімдіктердің көбісінде белок өндіру үшін өте маңызды, өйткені нитрат тыңайтылған топырақта азоттың басым көзі болып табылады.
Class of enzymes
Nitrate reductases are molybdoenzymes that reduce nitrate to nitrite This reaction is critical for the production of protein in most crop plants, as nitrate is the predominant source of nitrogen in fertilized soils.
Эукариоттық
Эукариоттық нитрат редуктазалары - молибдоэнзимдердің сульфит оксидазалар тұқымдасына жатады. Олар NADH немесе NADPH-дан нитратқа электронды көшіреді.
Eukaryotic nitrate reductases are part of the sulfite oxidase family of molybdoenzymes. They transfer electrons from NADH or NADPH to nitrate.
Прокариоттық
Прокариоттық нитрат редуктазалар DMSO редуктазалар молибдоэнзимдер тұқымдасына жатады және олар үш топқа жіктеледі, олар ассимиляторлық нитрат редуктазалар (Nas), тыныс алу нитрат редуктазалары (Nar) және периплазмалық нитрат редуктазалары (Nap). Бұл ферменттердің белсенді орны - екі птерин молекуласының төрт тиолат функционалдық топтарына байланған молибден ионы. Молибден ионының координациялық сферасы бір амин қышқылының жанама тізбектерімен және оттегі және/немесе күкірт лигандтарымен толықтырады. Нэпте молибден цистеин жақтау тізбегімен, ал Нарда аспартат жақтау тізбегімен белокқа ковалентті түрде қосылады.
Prokaryotic nitrate reductases belong to the DMSO reductase family of molybdoenzymes and have been classified into three groups, assimilatory nitrate reductases (Nas), respiratory nitrate reductase (Nar), and periplasmic nitrate reductases (Nap). The active site of these enzymes is a molybdenum ion that is bound to the four thiolate functioninal groups of two pterin molecules. The coordination sphere of the molybdenum ion is completed by one amino acid side chain and oxygen and/or sulfur ligands. In Nap, the molybdenum is covalently attached to the protein by a cysteine side chain, and an aspartate side chain in Nar.
Құрылымы
Прокариоттық нитрат редуктазалардың екі негізгі түрі бар, олар трансмембраналық нитрат редуктазалар (NAR) және периплазмалық нитрат редуктазалар (NAP). NAR жасушалық мембрана арқылы протонның транслокациясына мүмкіндік береді және протонның қозғаушы күші арқылы АТФ-ның пайда болуына ықпал етеді. NAP оны жасай алмайды. Трансмембраналық респираторлық нитрат редуктазасы үш кіші бірліктен тұрады: 1 альфа, 1 бета және 2 гамма. Ол Escherichia coliдегі NRA ферментінің орнын баса алады, бұл оған нитратты анаэробтық тыныс алу үшін электрон қабылдағыш ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Талассиозира висфлоги диатомосында протонды насос ретінде жұмыс істейтін (анеробикалық тыныс алу жағдайына ұқсас) трансмембраналық нитрат редуктазасы табылды. Жоғары өсімдіктердегі, балдырлар мен саңырауқұлақтардағы нитрат редуктазасы - әр мономерде бес консервацияланған домендері бар гомодимерлі цитозольді ақуыз: 1) мономолибдоптерин кофакторын қамтитын Mo MPT домені, 2) димерлік интерфейс домені, 3) цитохром b домені және 4) цитохром b редуктаза фрагментін қалыптастыру үшін 5) FAD-пен байланысатын доменменмен біріктіретін NADH байланысу домені. Плазмалық мембрананың сыртқы бетінде орналасқан гликофосфатидил инозитолмен бекітілген нұсқасы бар. Оның қызметі анық емес.
Prokaryotic nitrate reductases have two major types, transmembrane nitrate reductases (NAR) and periplasmic nitrate reductases (NAP). NAR allows for proton translocation across the cellular membrane and can contribute to the generation of ATP by the proton motive force. NAP cannot do so. The transmembrane respiratory nitrate reductase is composed of three subunits; an 1 alpha, 1 beta and 2 gamma. It can substitute for the NRA enzyme in Escherichia coli, allowing it to use nitrate as an electron acceptor for anaerobic respiration. A transmembrane nitrate reductase that can function as a proton pump (similar to the case of anaerobic respiration) has been discovered in the diatom Thalassiosira weissflogii. The nitrate reductase of higher plants, algae, and fungi is a homodimeric cytosolic protein with five conserved domains in each monomer: 1) an Mo MPT domain that contains the single molybdopterin cofactor, 2) a dimer interface domain, 3) a cytochrome b domain, and 4) an NADH binding domain that combines with 5) an FAD binding domain to form the cytochrome b reductase fragment. There exists a Glycophosphatidylinositol anchored variant that is found on the outer face of the plasma membrane. Its function is not clear.
Механизм
Прокариоттық периплазмалық нитрат редуктазасында нитрат анионы Mo ((IV) -ге байланады. Қысқыл тасымалдау нитрит босатумен Mo ((VI) оксо аралық береді. Мо оксиді мен протонолиздің азаюы оксо топты алып тастайды, Мо ((IV) регенерацияланады. Прокариоттық нитратты азайту механизміне ұқсас, эукариоттық нитрат редуктазасында нитраттағы оттегі (IV) тотықсу күйінде Mo-ға байланады, гидроксид ионын ығыстырып жібереді. Mo d орбитальдық электрондар бұрылып, Mo ((VI) мен оттегінің арасында көп байланыс пайда болады, бұл нитритті шығарады. Моо-ВИ) қос байланысы тотыққышқа интрамолекулалық тасымалдау тізбегінен өткен NAD-P) H арқылы азаяды.
In prokaryotic periplasmic nitrate reductase, the nitrate anion binds to Mo(IV). Oxygen transfer yields an Mo(VI) oxo intermediate with release of nitrite. Reduction of the Mo oxide and protonolysis removes the oxo group, regenerating Mo(IV). Similar to the prokaryotic nitrate reduction mechanism, in eukaryotic nitrate reductase, an oxygen in nitrate binds to Mo in the (IV) oxidation state, displacing a hydroxide ion. Then the Mo d orbital electrons flip over, creating a multiple bond between Mo(VI) and that oxygen, ejecting nitrite. The Mo(VI) double bond to oxygen is reduced by NAD(P)H passed through the intramolecular transport chain.
Реттеу
Нитрат редуктазасы (NR) жарық, нитрат және мүмкін теріс кері байланыс механизмі әсерінен индукцияланатын транскрипциялық және трансляциялық деңгейлерде реттеледі. Біріншіден, нитратты сіңіру нитратты тамыр жүйесінен қабылдау арқылы басталады, нитрат редуктазасымен нитритке дейін азаяды, содан кейін нитрит нитрит редуктазасымен аммиакқа дейін азаяды. Аммиак GS GOGAT жолға кіреді және амин қышқылдарына қосылады. Өсімдік стресске ұшыраған кезде, аминокислоталарға қосылатын NR арқылы нитратты азайтудың орнына, нитрат азот оксидіне дейін азаяды, бұл өсімдікке көптеген зиянды әсер етуі мүмкін. Осылайша, нитрат редуктаза белсенділігін реттеудің маңызы - өндірілетін азот оксиді мөлшерін шектеу.
Nitrate reductase (NR) is regulated at the transcriptional and translational levels induced by light, nitrate, and possibly a negative feedback mechanism. First, nitrate assimilation is initiated by the uptake of nitrate from the root system, reduced to nitrite by nitrate reductase, and then nitrite is reduced to ammonia by nitrite reductase. Ammonia then goes into the GS GOGAT pathway to be incorporated into amino acids. When the plant is under stress, instead of reducing nitrate via NR to be incorporated into amino acids, the nitrate is reduced to nitric oxide which can have many damaging effects on the plant. Thus, the importance of regulating nitrate reductase activity is to limit the amount of nitric oxide being produced.
Нитрат редуктазаның инактивациясы
Нитрат редуктазаның инактивациясы көптеген қадамдар мен ферменттің инактивациясына көмектесетін көптеген түрлі сигналдарды қамтиды. Нақты айтқанда, шпинатқа, нитрат редуктазасын инактивациялаудың алғашқы қадамы - 543 серин қалдықтары бойынша NR-ді фосфорилирлеу. Нитрат редуктазасын инактивациялаудың соңғы кезеңі - 14 3 3 адаптерлі белокпен байланысу, ол Mg2+ және Ca2+ әсерінен басталады. Жоғары өсімдіктер мен кейбір балдырлар серин қалдықтарын фосфорилирлеу арқылы және одан кейін 14 3 3 протеинін байлау арқылы NR- ді посттрансляциялық реттейді.
The inactivation of nitrate reductase has many steps and many different signals that aid in the inactivation of the enzyme. Specifically in spinach, the very first step of nitrate reductase inactivation is the phosphorylation of NR on the 543 serine residue. The very last step of nitrate reductase inactivation is the binding of the 14 3 3 adapter protein, which is initiated by the presence of Mg2+ and Ca2+. Higher plants and some algae post translationally regulate NR by phosphorylation of serine residues and subsequent binding of a 14 3 3 protein.
Аноксикалық жағдайлар
Аноксикалық жағдайларда нитрат қабылдау және нитрат редуктаза белсенділігін өлшейтін зерттеулер жүргізілді, белсенділік деңгейі мен аноксияға төзімділік айырмашылығы бар ма. Бұл зерттеулер нитрат редуктазаның азотты жағдайда өсімдіктердің аз ауаға төзімділігін жақсартатынын көрсетті. Нитрат редуктазасын биотірілгіштердегі нитрат концентрациясын тексеру үшін қолдануға болады. Нитрат редуктазасы шай жапырақтарында амин қышқылдарын өндіруді ынталандырады. Оңтүстік Үндістанның жағдайында, түрлі микроэлементтермен (Zn, Mn және B) және Mo-мен шашыратылған шай өсімдіктері шай сабақтарының аминокислоталарын арттырып, өнімнің өнімділігін арттырды.
Studies were done measuring the nitrate uptake and nitrate reductase activity in anoxic conditions to see if there was a difference in activity level and tolerance to anoxia. These studies found that nitrate reductase, in anoxic conditions improves the plants tolerance to being less aerated. Nitrate reductase can be used to test nitrate concentrations in biofluids. Nitrate reductase promotes amino acid production in tea leaves. Under south Indian conditions, it is reported that tea plants sprayed with various micronutrients (like Zn, Mn and B) along with Mo enhanced the amino acid content of tea shoots and also the crop yield.