–белок 1 – молибдоферредоксин (Мо – Fe – протеин), или собственно нитрогеназа, содержащая четыре идентичные субъединицы, в каждую из которых входят два атома молибдена, негеминовое железо, лабильный сульфид;

–белок 2 – азоферредоксин, или редуктазный компонент (Fe – белок) является димером, содержит негеминовое железо и лабильный сульфид.

Нитрогеназный комплекс представляет собой ассоциацию двух димерных молекул белка 2 с одним тетрамером белка 1.

Восстановление молекулярного азота до NH3 идет в три этапа по схеме:

N N	2е	2е	H2N NH2	2е	2 NH3
		HN NH
Молекулярный	2Н+	Диимид	Гидразин	2Н+	Аммиак
азот		2Н+

Для восстановления N2 в NH3 требуется 6 электронов и 6 протонов источником которых должен быть мощный восстановитель. Донором водорода для нитрогеназного комплекса является НАДФН+Н+. Для фиксации азота требуется также энергия в виде АТФ. На каждый перенесенный электрон затрачивается 1 молекула АТФ. Электроны переносятся к белкам нитрогеназы двумя различными типами белков – переносчиков электронов: ферредоксином (Fe –S белок) и флаводоксином (ФМН – содержащий белок).

Превращение азота в аммиак можно представить следующей схемой:

							N2	2 NH3
НАДФН + Н+	ферредоксин			флаводоксин
	(окисленный)		е	(восстановленный)			нитрогеназа
					е
	Fe-S			ФМН			Мо-Fe-белок
		е			Н+
НАДФ+	ферредоксин			флаводоксин			Fe-белок
	(восстановленный)			(окисленный)
							6АТФ	6АДФ+
2N +6e + 12АТФ + 12Н О нитрогеназа								6Н3РО4
				2NH+ + 12АДФ + 12Н РО		4	+ 12Н+
2	2			4	3

Наконец, N2 связывается с белком 1 и восстанавливается до NH3 – продукт фиксации азота микроорганизмами NH3 может прямо использоваться растениями для всех азотосодержащих органических соединений.

2Реакции биосинтеза аминокислот

Всинтезе аминокислот источником азота служит аммиак, источником углерода являются промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот, гликолиза, гексозомонофосфатного цикла, цикла Кальвина.

8

Существуют следующие основные пути синтеза заменимых аминокислот.

1.Восстановительное аминирование α-кетокислот: по этому пути

неорганический азот (NH3) превращается в органический – входит в состав аминокислот.

2.Трансаминирование – перенос аминогруппы от аминокислоты – доно-

ра этих групп – к α-кетокислоте – акцептору групп.

3.Превращение одной аминокислоты в другую.

4.Прямое аминирование фумаровой кислоты.

2.1

Восстановительное аминирование α-кетокислот

В ассимиляции аммиака особая роль отводится промежуточному продук-

ту ЦТК – α-кетоглутаровой кислоте. Под действием

фермента глутаматдегид-

рогеназы, локализованной в матриксе митохондрий, из NH3

и α-кетоглутаровой

кислоты синтезируется глутаминовая кислота (Глу), в качестве восстановителя

используется НАДФН + Н+. Реакция протекает в две стадии через образование

иминокислоты:

COOH

COOH

COOH

C

O

1

C

HN

2

HC

NH2

глутамат-

+

CH

+ NН3

CH2

+ НАДФН + Н

+

+

НАДФ

CH

2

2

H2C

H C

дегидрогеназаH2C

2

COOH

H2O

COOH

COOH

α − кетоглутаровая

глутаминовая

α − иминоглутаровая

кислота

кислота

кислота

Суммарную реакцию восстановительного аминирования можно записать

в следующем виде:

COOH

COOH

C

O

глутамат-

HC NH2

+ NH

+ НАДФН + Н+

+ НАДФ+ + Н О

CH

3

CH2

2

дегидрогеназа

2

CH2

CH

2

COOH

COOH

α − кетоглутаровая

глутаминовая

кислота

кислота

Эта реакция имеет фундаментальное значение в азотистом обмене растений, микроорганизмов, человека и животных.

Глутаминовая кислота является донором аминогрупп при биосинтезе всех белковых аминокислот. Она же – предшественник синтеза пролина и оксипролина и второго важного соединения, участвующего в ассимиляции NH3, – глутамина (Глн).

Глутамин служит затем источником азота в биосинтезе биомолекул, наиболее важными из которых являются пиримидины и пурины.

9

COOH

COOH

HC

NH

HC

NH2

2

+ NН3 + АТФ

глутамин-

CH

синтетаза

CH2 + АДФ + Н РО + Н О

2

3

4

2

CH2

CH2

COOH

C

O

глутаминовая

NH2

кислота (Глу)

глутамин (Глн)

У многих бактерий аспарагиновая кислота служит предшественником

амида аспарагиновой кислоты

(Асн) в реакции, катализируемой аспарагинсин-

тетазой:

COOH

COOH

Аспарагин-

HC

NH2

CH2

+ NН3 + АТФ

+ АДФ + Н3РО4

+ Н2О

синтетаза

H2N

CH2

HC

O

COOH

C

Аспарагино-

NH2

вая кислота

Аспарагин (Асн)

(Асп)

Глутаматдегидрогеназа и глутаминсинтетаза являются весьма активными

ферментами и препятствуют

накоплению токсичного аммиака в живой клетке

в повышенных концентрациях, переводя его в связанную органическую форму

– глутаминовую кислоту и глутамин.

2.2 Трансаминирование кислот

В реакции трансаминирования донором аминогрупп служит в основном глутаминовая кислота, их акцептором – α-кетокислоты – промежуточные продукты катаболизма моносахаридов; при этом образуются α-кетоглутаровая кислота и соответствующая аминокислота. Эта реакция катализируется пиридоксальзависимым ферментом – трансаминазой:

COOH

COOH

R

C

O

R

HC

NH2

+

Трансаминаза

C

O

CH2

+ HC

NH2

CH2

(Пиридоксальфосфат

(ПФ)), витамин В6

CH2

COOH

H2C

COOH

α − кето-

C O

амино-

COOH

OH

кислота

глутаминовая

кислота

кислота (Глу)

α − кетоглутаровая

кислота

Если в качестве исходной α-кетокислоты используется пировиноградная кислота – конечный продукт гликолиза, то в результате реакции трансаминирования образуется аминокислота аланин (Ала):

10

	COOH						COOH
					CH3		C		O		CH3
	HC	NH2	+			Трансаминаза
										+ HC
				C O			CH2				NH2
	CH2
	H C					Пиридоксальфосфат	CH2				COOH
				COOH
	2					(ПФ), витамин В6			O	Аланин
	COOH			Пировино-			C
				градная					OH	(Ала)
	Глутаминовая
				кислота
	кислота					α − кетоглутаровая
					(ПВК)
							кислота

Если оксалоацетат (ЩУК), то образуется аспарагиновая кислота (Асп).

COOH

COOH

COOH

COOH

C O

HC NH2

Трансаминаза

C O

CH2

+

+

CH2

CH2

CH2

Пиридоксальфосфат

HC

NH2

H2C

COOH

(ПФ), витамин В6

CH2

COOH

C

O

COOH

Оксалоаце-

Аспарагино-

OH

Глутаминовая

тат (ЩУК)

вая кислота

кислота

α − кетоглутаровая

(Асп)

кислота

Глутаминовая кислота является донором аминогрупп при синтезе серина (Сер), углеродным скелетом которого является промежуточный продукт гликолиза – 3-фосфоглицериновая кислота. В первой стадии 3-фосфоглицериновая кислота окисляется до 3-фосфопировиноградной, которая подвергается трансаминированию с образованием 3-фосфосерина (реакция 2); последний под действием фосфатазы гидролизуется с образованием серина (Сер) (реакция 3):

			Глутами-
	НАДФ+	НАДФН + Н+		новая		Н2О	Н РО
COOH				кислота	COOH
		COOH					3 4
HC OH		C O			HC NH2
		1		2			3
CH2 O PO3H2		CH2 O PO3H2			CH2 O PO3H2
3-фосфогли-		3-фосфопиро-		α − кетоглу-	3-фосфосерин
		виноградная
цериновая		кислота		таровая
кислота				кислота

COOH

HC NH2

CH2 OH

Серин (Сер)

Весьма сложен синтез аминокислоты гистидин (Гис). Исходным веществом в формировании имидазольной группы гистидина является АТФ, донором углеродного скелета боковой цепи гистидина служит фосфорибозилпиро-

11