Введение

Класс ферментов Нитратредуктазы - это молибдоферменты, которые превращают нитрат в нитрит. Эта реакция имеет решающее значение для производства белка у большинства сельскохозяйственных культур, поскольку нитрат является основным источником азота в удобрённых почвах.

Эукариотические

Нитратредуктазы эукариотов являются частью семейства сульфитоксидаз молибдоферментов. Они переносят электроны из NADH или NADPH в нитрат.

Прокариотические

Прокариотические нитратредуктазы относятся к семейству молибдоферментов DMSO-редуктаз и классифицируются в три группы: ассимиляторные нитратредуктазы (Nas), респираторные нитратредуктазы (Nar) и периплазматические нитратредуктазы (Nap). Активным местом 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 лигандами кислорода и/или серы. В Нэпе молибден ковалентно присоединен к белку боковой цепью цистеина, а в Нар - боковой цепью аспартата.

Структура

Прокариотические нитрат-редуктазы имеют два основных типа, трансмембранные нитрат-редуктазы (NAR) и периплазматические нитрат-редуктазы (NAP). NAR позволяет протонной транслокации через клеточную мембрану и может способствовать генерации АТФ протонами движущей силы. НАП не может этого сделать. Трансмембранная респираторная нитрат-редуктаза состоит из трех подединиц: 1 альфа, 1 бета и 2 гамма. Он может заменить фермент NRA в Escherichia coli, что позволяет использовать нитрат в качестве приемника электронов для анаэробного дыхания. Трансмембранная нитрат редуктаза, которая может функционировать как протонный насос (похожая на анаэробную дыхательную систему), была обнаружена в диатоме Thalassiosira weissflogii. Нитрат-редуктаза высших растений, водорослей и грибов является гомодимерным цитозольным белком с пятью консервированными доменами в каждом мономере: 1) домен Mo MPT, который содержит единственный кофактор молибдоптирина, 2) домен интерфейса димера, 3) домен цитохрома b и 4) домен связывания NADH, который объединяется с 5) доменом связывания FAD для образования фрагмента цитохрома b-редуктазы. Существует вариант, основанный на гликофосфатидиллинозитоле, который находится на внешней поверхности плазменной мембраны. Его функция не ясна.

Механизм

В прокариотической периплазматической нитратной редуктазе нитратный анион связывается с Mo ((IV). Передача кислорода приводит к получению промежуточного оксомотива Mo ((VI) с высвобождением нитрита. Редукция оксида Mo и протонолиз удаляет оксогруппу, регенерируя Mo ((IV). Подобно прокариотическому механизму редукции нитрата, в эукариотической нитратной редуктазе кислород в нитрате связывается с Mo в (IV) окислительном состоянии, вытесняя ион гидроксида. Затем орбитальные электроны Mo d переворачиваются, создавая множественную связь между Mo ((VI) и кислородом, излучая нитрит. Двойная связь Mo(VI) с кислородом уменьшается NAD(P) H, проходящей через внутримолекулярную транспортную цепь.

Регулирование

Нитратредуктаза (NR) регулируется на транскрипционном и трансляционном уровнях, индуцированных светом, нитратом и, возможно, механизмом отрицательной обратной связи. Во-первых, ассимиляция нитратов начинается с поглощения нитрата из корневой системы, который затем нитрат редуктазы сводит к нитриту, а нитрит - к аммиаку. Аммиак затем попадает в путь GS GOGAT, чтобы быть включенным в аминокислоты. Когда растение находится в стрессовом состоянии, вместо того, чтобы сокращать нитраты через NR, которые должны быть включены в аминокислоты, нитраты сокращаются до оксида азота, который может иметь много вредных последствий для растения. Таким образом, регулирование активности нитраторедуктазы имеет важное значение для ограничения количества образующегося оксида азота.

Инективация нитратной редуктазы

Инактивация нитратной редуктазы имеет много этапов и много различных сигналов, которые помогают в инактивации фермента. В частности, в шпинате первым шагом инактивации нитратной редуктазы является фосфорилирование NR на 543-серинном остатке. Самый последний этап инактивации нитратной редуктазы - связывание белка адаптера 14 3 3, которое инициируется присутствием Mg2+ и Ca2+. Высшие растения и некоторые водоросли посттрансляционно регулируют NR путем фосфорилирования серинных остатков и последующего связывания белка 14 3 3.

Аноксические состояния

Были проведены исследования, измеряющие поглощение нитратов и активность нитрат- редуктазы в условиях аноксии, чтобы увидеть, существует ли разница в уровне активности и толерантности к аноксии. Эти исследования показали, что нитрат редуктаза в аноксических условиях улучшает толерантность растений к меньшему аэрации. Нитрат редуктаза может использоваться для проверки концентрации нитратов в биожидкостях. Нитрат редуктаза способствует производству аминокислот в чайных листьях. В условиях южной Индии сообщается, что чайные растения, опрыскиваемые различными микроэлементами (такими как Zn, Mn и B), наряду с Mo, повышают содержание аминокислот в чайных побегах, а также урожайность урожая.