T ổng quát: HNO2 +2e + 2H+ → NH3+ O
7.8 Các đường hướng biến đổi NH3 chu trình ornithine
Sự khử nitrate-nitrite và hệ thống nitrogenase sản sinh NH3, sau
đó NH3 kết hợp với một phân tử hữu cơ, thường là α-cetoglutaric acid hoặc glutamic acid. Xúc tác cho phản ứng gắn NH3 này ở thực vật bậc cao và bậc thấp là glutmate synthetase (GS), enzyme này thường hoạt động trong một nhóm. Glutmate synthetase là một protein có 8 tiểu đơn vị với trọng lượng phân tử từ 350 đến 400 kDa. Người ta biết có 2 loại enzyme
đồng phân, một loại có trong tế bào chất (GS1) và một loại có trong lục lạp. Phản ứng do glutmate synthetase xúc tác như sau:
Chất nhận NH3 là glutamate. Trong phản ứng, enzyme được phosphoryl hoá (kinase) và sau đó được khử phosphoryl hoá (phosphatase). Cả hai phản ứng về tổng quan là sự thuỷ phân ATP. Sản phẩm phản ứng là glutamine, một amide. Một phân tử tương tự glutamine là asparagine, được tạo nên tương tự glutamine. Tuy nhiên nó không phải là chất nhận NH3 quan trọng.
Vai trò trung tâm của glutmate synthetase đối với sự đồng hoá NH3 được giải thích glutamine là chất cho nhóm NH2 khi tổng hợp glutamate.
Ởđây α-cetoglutaric acid là chất nhận, được chỉ ra như sau:
Các chất tham gia phản ứng trao đổi 1 nhóm NH2 với nguyên tử O.
Ở mỗi sản phẩm tạo thành thiếu 1 nguyên tử H, được ferredoxin hoặc NAD(P)H cung cấp. Bằng cách này từ glutamine và α-cetoglutaric acid 2
phân tử glutamate được tạo nên. Quá trình này gồm sự chuyển nhóm amine và sự khử và phản ứng được xúc tác bởi glutamate synthetase.
Glutamate synthetase có hai loại isoenzyme có cấu tạo khác nhau. Glutamate synthetase phụ thuộc vào ferredoxin là 1 flavoprotein chứa Fe-S có trọng lượng phân tử 140-230 kDa, enzyme này có trong lục lạp, nhận chất khử qua ferredoxin trực tiếp từ quang hợp. Glutamate synthetase có trong tế bào chất có trọng lượng phân tử khoảng 240 kDa. Chất khử của nó là NADH (từđường phân) hoặc NADPH (từ oxy hoá trực tiếp glucose). Cả
2 enzyme glutamate synthetase và glutamine synthetase hoạt động trong 1 nhóm, làm cho quá trình phản ứng thành 1 vòng tròn, như hình 7.18.
Tổng quát chu trình chỉ ra rằng α-cetoglutaric acid được amine hoá nhờ NH3 với sự tiêu tốn 1 ATP và 2e-. α-cetoglutaric acid (oxoglutarate) có nguồn gốc từ chu trình Krebs. Sản phẩm của phản ứng là glutamate, có ý nghĩa quan trọng, vì nhờ chuyển amine hoá mà nhóm amine được chuyển đến một chất khác (cetoacid, aldehyd). Hầu hết nitơ có trong thực vật xảy ra qua phản ứng này, một lần có trong nhóm amine của glutamate. Glutamate synthetase là 1 glutamine-oxoglutarate-aminotransferase, được gọi tắt là GOGAT. Vì vậy người ta gọi chu trình tổng hợp glutamate là con đường phản ứng GOAGT.
Những enzyme của chu trình tổng hợp glutamate đặc biệt có nhiều ở
trong những tế bào của nốt sần. Ở đây những phân tử NH3được cung cấp bởi bateriod của vi khuẩn nốt sần được đồng hoá qua chu trình này. Con
đường GOAGT cũng có ý nghĩa trong lục lạp của thực vật C3. NH3được giải phóng ra một lượng lớn ở trong hô hấp sáng, nếu NH3 này bay ra không khí thì đây là một sự mất mát lớn đối với thực vật. NH3 giải phóng ra được tiếp nhận bởi chu trình tổng hợp glutamate và nitơ của nó được sử
Tổng quát: NH3 + ATP +2e- + 2H+ + Oxoglutarate → Glutamate + ADP +Pi
Hình 7.18 Chu trình tổng hợp glutamate (con đường GOGAT)
Đã lâu người ta cho rằng enzyme glutamate dehydrogenase (GDH) cũng có ý nghĩa đối với sự đồng hoá NH3 trong thực vật. Glutamate dehydrogenase xúc tác cho phản ứng sau:
Đây là sự khử amine hoá oxy hoá, là một quá trình giải phóng NH3, ngược với quá trình đồng hoá NH3. Tuy nhiên khi nồng độ NH3 cao thì nó sẽ gây độc cho thực vật. Đối với nhiều loài vi sinh vật sự đồng hoá NH3 nhờ GDH có ý nghĩa. Trong thực vật GDH có chủ yếu trong ty thể. NADH mà nó tạo ra có thểđi vào chuỗi hô hấp, NH3 có thểđược sử dụng cho tổng hợp asparagine nhờ enzyme asparaginsynthetase theo phương trình sau:
Chất nhận NH3 là aspartate. Phản ứng này tương tự phản ứng tổng hợp glutamine. Glutamate dehydrogenase có tương đối nhiều trong mô rễ
và những mô đã già. Vì vậy người ta cho rằng, ởđây nó sản sinh NH3 và là điều kiện để tổng hợp asparagine, là dạng nitơ vận chuyển và được vận chuyển ra khỏi những mô này.