b) Aminoacyl được chuyển lên peptidyl, tRNA gắn ở vùng cho trở nên tự do, sợi peptide dài hơn 1 aminoacid đang ở vùng cho
7.11Sự phân giải cách ợp chất chứa nitơ
Sự phân giải protein, nhưở trong hệ tiêu hoá của động vật, ở hạt nảy mầm hoặc ở trong đất khi phân giải các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật, bắt đầu bằng sự thuỷ phân. Các liên kết peptide bị cắt ra do các peptidase, xuất hiện các aminoacid tự do. Tuỳ thuộc vào loại peptidase mà chuỗi peptide được thuỷ phân ở giữa hoặc ở một đầu chuỗi.
Ở quá trình nảy mầm các aminoacid được tạo ra được sử dụng để
tổng hợp nên các protein mới. Sự phân giải protein nhờ vi sinh vật trong
đất và trong hệ tiêu hoá được thực hiện tiếp theo là các aminoacid bị khử
amine hoá, giải phóng ra NH3. Những vi sinh vật sống trong đất có khả
năng thực hiện phản ứng này vì vậy được gọi là vi sinh vật tạo amôn.
Nguyên tắc của sự khử amine hoá là phản ứng oxy hoá và sự tách NH3 (khử amine hoá oxy hoá). Ở trong động vật, đặc biệt là glutamate
được sự khử amine hoá bằng cách oxy hoá. Enzyme xúc tác cho phản ứng này là glutamate dehydrogenase. Trong điều kiện yếm khí những aminoacid bị khử amine hoá bằng phản ứng khử (xem sơ đồ), một quá trình xảy ra trong đất ngập nước, nhưđất lúa.
Trong cơ thể động vật có vú urê được tạo ra từ NH3 qua chu trình
được gọi là ornithine (hình 7.26). Trong chu trình này gốc carbamyl và guanidyl đóng vai trò quan trọng. Cả hai đều xuất phát từ urê, như công thức sau:
Chu trình bắt đầu với sự tổng hợp carbamic acid (xem sơđồ). Đây là phản ứng cân bằng tự nhiên. Chất phản ứng được cung cấp do quá trình hô hấp (CO2) và quá trình khử amine hoá bằng cách oxy hoá (NH3). Carbamic acid được phosphoryl hoá nhờ ATP để tạo thành carbamylphosphate:
Carbamylphosphat phản ứng với ornithine để tạo citrulline và phosphate vô cơđược tách ra.
Ở đây nguyên tử H của nhóm amine cuối cùng được thay thế bằng nhóm carbamyl. Citrulline phản ứng với aspartic acid để tạo thành argininosuccinic acid. Phản ứng cần ATP.
Qua sự biến đổi nội phân tử chất này được tách thành arginine và fumaric acid.
Arginine là 1 dẫn suất của guanidyl. Nhờ arginase (hydrolase) arginine được tách ra thành ornithine và urê.
Sau khi tạo thành ornithine chu trình mới lại bắt đầu. Chất đi vào chu trình: CO2, NH3, asparagine và ATP. Chu trình tạo nên urê và fumaric acid. Hai nguyên tử N của urê bắt nguồn từ NH3 và asparagine. Như vậy NH3, dạng độc đã được biến đổi thành dạng không độc, và được thải ra cùng với nước tiểu. Fumaric acid là chất trao đổi của chu trình Krebs và cũng được tiếp tục biến đổi ởđó. Việc sử dụng ATP ởđây đã nói lên rằng, việc giải độc NH3 cần năng lượng. Khung carbon của fumaric acid bắt nguồn từ asparagine. Như vậy một aminocid trong quá trình phân giải của chu trình Krebs đã nối với chu trình ornithine.
Những enzyme của chu trình ornithine phần thì định vị trong cơ chất của ty thể đó là glutamate dehydrogenase và citrullinsynthetase, những enzyme còn lại của chu trình định vị trong tế bào chất.
Trong thực vật bậc cao cũng có các enzyme của chu trình ornithine. Trong hạt nảy mầm arginase và ornithin-transcarbamylase được tìm thấy. Trong đó enzyme cuối cùng xúc tác cho phản ứng tổng hợp citrulline từ
carbamylphosphate và ornithine. Vì vậy người ta cho rằng, những enzyme kể trên có vai trò quan trọng đối với việc huy động các protein dự trữ. Trong cây nho arginine là một dạng dự trữ nitơ, được tích luỹ vào mùa thu
ở trong cành (gỗ).
Trong nhiều trường hợp urê được tách thành CO2 và NH3 trong đất nhờ urease, như vậy nitơ được bón ở dạng urê được tiếp nhận ở dạng NH4+ hoặc sau đó được biến đổi nhờ vi sinh vật sang dạng NO3- .
Sự biến đổi NH3 trong đất thành NO3-được thực hiện nhờ vi khuẩn, chúng oxy hoá (đốt cháy) NH3 cũng như HNO2 để thu được năng lượng cho quá trình trao đổi chất. Những loài vi khuẩn quan trọng nhất oxy hoá NH3 là loài nitrosomonas, nitrosocystus, nitrospira. Sự oxy hoá cần có O2 tương ứng theo phương trình sau:
NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2O
Sự oxy hoá HNO2 thực hiện nhờ loài nitrobacter và tương ứng với phương trình sau:
HNO2 + 1/2 O2 → HNO3
Ở quá trình này một acid mạnh, HNO3 được tạo thành. Đó là nguyên nhân thực tế sự phân giải các chất hữu cơ chứa nitơ làm cho đất chua. Quá trình tạo nitrite (HNO2-) và nitrate trong đất được gọi là quá trình nitrate hoá. Những loài vi khuẩn cần cho quá trình này có nhiều trong đất. Đất trồng thông thoáng với độ pH trung tính là điều kiện lý tưởng đối với những vi khuẩn này.
Trong điều kiện yếm khí có thể xảy ra sự khử NO3- (khử nitrate hô hấp hoặc là dị hoá). Quá trình này được gọi là phản nitrate hoá. Ngày nay người ta biết 23 loài khác nhau có khả năng này. Đó là Alcaligenes,
Agrobacterium, Azospirillum, Holobacterium, Pseudomonas và
Rhizobium. Chúng có khả năng tạo ra những enzyme khử trong điều kiện thiếu O2, sử dụng O trong NO3- cho hô hấp háo khí, là chất nhận e- của chuỗi hô hấp. Ở quá trình này NO3- bị khử thành N2O và N2. Trong quá trình phản nitrate hoá cũng xuất hiện NO. Trình tự phản ứng được giải thích như sau:
Ở quá trình này có 4 enzym khử tham gia: NO3- -Reductase, NO2- Reductase, NO-Reductase và N2O-Reductase. Enzyme quan trọng nhất là NO2--Reductase, xúc tác cho quá trình chuyển ion NO2- thành dạng chất khí (NO). N2O-Reductase không có trong tất cả vi khuẩn phản nitrate hoá. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở một số vi khuẩn quá trình này kết thúc với chuỗi phản ứng ở N2O. Từ
quá trình phản ứng rút ra rằng, sự phản nitrate hoá tạo tính kiềm, vì chúng cần H+ ở mỗi bước của phản ứng. Sự phản nitrate hoá có một vai trò lớn trong tự nhiên. Từ hợp chất nitơ vô cơ và hữu cơ N2được giải phóng lại đi vào không khí. Sự phản nitrate hoá đối lập với sựđồng hoá N2. Trong đó quá trình đầu tiên sản sinh N2, quá trình thứ hai cần N2. Nhờ vi khuẩn cố định đạm mà hằng năm từ 100-200 x 106 t N từ không khí được đưa vào
đất. Bằng quá trình phản nitrate hoá mà hằng năm có khoảng 200-300 x 106 t N ở dạng N2 được giải phóng ra trong không khí. N2O được tạo ra trong quá trình phản nitrate hoá là vấn đề sinh thái khó khăn. Đó là chất rất bền vững, bay lên đến tầng tĩnh khí và ởđó tham gia vào sự phân giải tầng ozon.