Цикл азота в биосфере

1.

Цикл азота в биосфере

2. Промышленное получение аммиака

Фриц Габер, Карл Бош – Нобелевская
премия 1918 и 1931 за создание
технологии промышленного получения
аммиака
+5000С, 300-350 атм.

3.

Цикл азота в биосфере
(Нельсон, Кокс т.2, стр.6, 506-509)

4.

Биологическая фиксация
молекулярного азота
воздуха

5. Азотофиксирующие организмы НИТРОГЕНАЗА

БАКТЕРИИ - диазотрофы:
• - свободноживущие (рр.
Azotobacter, Clostridium, все
фотосинтезирующие, ряд
АРХЕЙ…)
• - в симбиозе или ассоциации
с растениями (рр. Rhizobium,
Azospirillum, Anabaena, Frankia …)
• - в кишечнике животных
(р. Кlebsiella…)
60% N в теле термита –
продукт азотфиксации
бактерий пищеварительного тракта
•Azotobacter
Rhizobium на люпине

6.

7. Нитрогеназный комплекс

• Азоферредоксин (дегидрогеназа
(или редуктаза) динитрогеназы,
она же Fe-белок) - димер
• Молибдоферредоксин
(динитрогеназа, FeMo-белок) тетрамер, имеет 2 центра
связывания Fe-белка
У Clostridium, Azotobacter и Anabaena
бывают нитрогеназы, содержащие
ванадий, у Azotobacter, Rhodobacter и
Rhodopseudomonas – содержащие Fe.

8. Кластеры нитрогеназы

9.

10. FeMo-кофактор

• Серый цвет – атомы Fe (7),
желтые – S (9), черные – С,
подписан Мо (1), обведен
голубым – недавно
выявленный С.

11. Работа нитрогеназы

У Rhizobium для восстановления
1N2 может идти от 12 до 35 АТФ
Побочная реакция при азотфиксации –
восстановление Н+ до Н2.
В результате только 40-60% всего потока е- через
нитрогеназу передается на N2.

12.

13.

(Редуктаза
динитрогеназы)
(Динитрогеназа)

14. Работа нитрогеназы

N2 + 8H+ + 8e + 16АТФ→ 2NH3 + H2 + 16АДФ + 16Фн

15.

16. Легоглобины – защита от О2

Из люпина
Миоглобин кашалота

17. РАСТЕНИЕ: поглощение и переработка NH4+ из почвы (или от симбионтов)

• 2 типа транспортных систем:
если аммония мало – система высокого сродства
(аммонийный транспортер АМТ, антипорт с Н+),
несколько разных АМТ.
если аммония много – система низкого сродства (ионный
канал).
Внутри растения – аминирование, амидирование

18. Поглощение и переработка нитрата растением

19. Нитратредуктаза КФ 1.6.6.1 – металлофлавопротеин, гомоди- или тетрамер

1 субъединица (на рис.) ~1000 а-к-т
+ ФАД + гем (цитохром b5) + молибдоптерин
У высших растений –
в цитозоле.
Есть отдельные центры связывания для НАДН и NO3-

20. Нитритредуктаза КФ 1.7.7.1

• Мономер из 2х доменов.
Кофакторы – 2 FeSцентра и сирогем
Фд – белок ферредоксин в
окисленном или восстановленном
состоянии

21.

нитраты и нитриты
Рекомендации ВОЗ - в сутки не более 3,7 мг
нитратов на 1 кг массы тела, нитритов – 0,2
мг на кг (именно по аниону),
250 мг нитратов, безопасных для условного
едока массой в 70 кг = 350 мг NaNO3
Нормы в Германии 50-100 мг в сутки,
в большинстве стран СНГ – 300-320 мг
в США – 400-500 мг.

22. Типы токсического воздействия на организм человека

Взрослые: Острое отравление 1–4 г,
ТОКСИЧНОСТЬ
смерть 8 -14 г
• Первичная - самого нитрат-иона;
• Вторичная - нитрит-иона,
• Третичная – действие нитрозаминов,
образовавшихся из нитритов.
• Кроме того, при метаболизме нитратов
в организме возникает NO,
обладающий сигнальным действием.

23.

24.

25. Нитриты усиливают образование метгемоглобина

Норма в крови – 2%
метгемоглобина,
15% - вялость, сонливость,
более 50% - смерть.
Образование и удаление метгемоглобина.
Метгемоглобинредуктаза функционирует с 3хмесячного возраста

26. Нитрозамины и их образование

• Нитрозамины – это соединения с
группировкой =N-N=O
Например, нитрит-ион в водной среде даст
азотистую кислоту. Она при
взаимодействии с аминами может дать
нитрозамин.
НNO2 + (C2H5)2NH =>
=>(C2H5)2N-N=O + N2 + H2O

27. Нитрозамины нарушают ДНК

28.

Уровень накопления нитратов в овощах
Cодержание
нитратов
Низкое 10150 мг/кг
Среднее
150-700
мг/кг
Высокое
700-1500
мг/кг
Виды овощных культур
Горох, томаты, сладкий стручковый перец, чеснок, картофель,
репчатый лук, поздняя морковь
Огурцы, поздняя белокочанная капуста, зеленый лук в
открытом грунте, тыква, кабачки, патиссоны, лук-порей,
щавель, ранняя морковь, корнеплоды петрушки, лук-батун,
цветная капуста (осенью)
Ранняя цветная и белокочанная капуста, столовая свекла,
капуста брокколи, корневой сельдерей, брюква, кольраби,
ревень, репа, хрен, редис и редька в открытом грунте,
зеленый лук в защищенном грунте.
МаксиСалат, пекинская капуста, мангольд (листовая свекла), шпинат,
мальное
укроп, редис в защищенном грунте, листья столовой
1500-4000
мг/кг
свеклы и петрушки, листовой сельдерей.

29. Проблема нитратов в пище

Управление
Роспотребнадзора по
Нижегородской области, 2018:
превышение по нитратам из
2000 взятых проб – в 12 .
Снято с реализации
несколько партий
плодоовощной продукции
объемом свыше 3 тонн.
Следует приобретать плодоовощную продукцию только в специально оборудованных и
отведенных для этих целей органами местного самоуправления местах уличной
торговли (при этом на вывеске должно быть указано наименование предприятия, его
юридический адрес, ФИО индивидуального предпринимателя, продавец должен
находиться в чистой санитарной одежде и иметь при себе бейджик с указанием ФИО и
личную медицинскую книжку), а также на организованных рынках, ярмарках и в
стационарной торговой сети.

30.

31. Пути синтеза белковых аминокислот

• 1) прямое восстановительное аминирование
• 1а) – образование амидов
• 2) переаминирование
• 3) ферментативные превращения

32. Семейства белковых аминокислот по путям синтеза

1) Семейства 1 – 4 (на основе αкетоглутаровой к-ты, ПВК, 3-ФГК и ЩУК
соответственно).
2) Гистидин
3) Семейство 5. Ароматические аминокислоты
(шикиматный путь)
ВНИМАНИЕ! Есть НЕЗАМЕНИМЫЕ аминокислоты – путь синтеза
не равлизуется у данного организма.

33.

Катаболизм
аминокислот

34. Катаболизм аминокислот

ОБЩИЕ ПУТИ
КАТАБОЛИЗМА
СО2
R
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ
ПУТИ
КАТАБОЛИЗМА
СН COOH
биогенные
амины
NH2
потеря
аминогруппы
- NH3
карбоновые
кислоты
декарбоксилирование
нии
м
а
дез вание
ро
- NH2
п ер
еа
ров миниани
е
-кетокислоты

35. Окислительное дезаминирование глутамата

COOH
CH2
CH2
СН NH2
COOH
глутамат
+
НАД
НАДН + Н
глутаматдегидрогеназа
+
COOH
Н2О
CH2
CH2
С
COOH
NH
Н2О
COOH
-иминоглутарат
НАДН+Н+ ----→ 3 АТФ
CH2
+ NH3
CH2
С
O
COOH
-кетоглутарат

36. Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование) аминокислот

1. трансаминирование
АК + α-КГ
глутамат + α-кетокислота
трансаминаза
2. дезаминирование глутамата
глутамат
АК
ГДГ
α-КГ + NH3
α-кетокислота
+ NH3

37. Реакции трансаминирования

R1
R1
R2
O аминотранс- С O +
фераза
COOH
COOH
R2
СН NH2 + С
СН NH2
COOH
COOH
ак1
ПФ (vit B6)
-кетокислота
-кетокислота
ак2

38. Реакции декарбоксилирования

СО2
R СН COO H
NH2
декарбоксилаза
ПФ (vit B6)
аминоксилота
COOH
СН2
СН2
СН NH2
COOH
глу
R СН2 NH2
биогенный амин
СО 2
декарбоксилаза
ПФ (vit B6)
COOH
СН2
СН2
СН2 NH2
-аминомасляная к-та
(ГАМК)

39. Реакции декарбоксилирования

CO 2
СН 2 СН
N
NH
гистидин
NH2
COO H
декарбоксилаза
ПФ (vit B6)
СН 2 СН 2
N
NH
гистамин
NH2

40. Реакции декарбоксилирования

OH
OH
СО2
HO
декарбоксилаза
СН2
СН
NH2
ПФ (vit B6)
HO
СН2
СН2 NH2
COOH
диоксифенилаланин
дофамин

41. Реакции декарбоксилирования

СН2 СН COOH
NH2
NH
триптофан
1/2 О2
гидроксилаза
СО2
HO
СН2 СН COOH
NH
NH2
декарбоксилаза
HO
СН2 СН2
NH2
NH
ПФ (vit B6)
5-окситриптофан
серотонин

42.

Выведение аммиака

43.

Пути выведения аммиака
в зависимости от
систематического
положения и
экологических условий
обитания организмов

44.

45.

46.

47.

Конечные продукты
катаболизма некоторых
сложных белков человека
и животных