ĐẠM, PHÂN ĐẠM ĐƯỢC ĐỒNG HÓA NHƯ THẾ NÀO

Bài 1: ĐẠM, PHÂN ĐẠM ĐƯỢC ĐỒNG HÓA NHƯ THẾ NÀO

Đạm là tên gọi chung cho các loại hợp chất có chứa yếu tố ni tơ. Ni tơ (ký hiệu N) là một trong những nguyên tố quan trọng được tìm thấy trong các cơ thể sống. Nguồn ni tơ luôn tồn tại trong khí quyển.

Ni tơ là một thành phần cốt yếu của các aminoacid và protein vì vậy không thể được cây trồng hấp thụ trực tiếp từ không khí, mặc dù nó chiếm tới 79%. Cây trồng chỉ có thể hấp thụ ni tơ dưới các dạng muối và được hình thành dưới các hình thức và phương pháp sau:

Sự cố định ni tơ theo phương thức sinh học:

Việc biến đổi ni tơ thành các hợp chất chủ yếu bằng sự kết hợp với carbon, hydro và ô xy trước khi nó có thể được hấp thụ bởi cây trồng. Điều này được coi như là sự cố định ni tơ. Những vi sinh vật có khả năng cố định ni tơ không khí có thể được phân thành 2 nhóm chính:

1. Những vi sinh vật cộng sinh.
2. Những vi sinh vật sống tự do.

Những vi sinh vật cộng sinh:

Một số thực vật có khả năng cố định ni tơ không khí thông qua một quá trình gọi là cố định ni tơ cộng sinh.

Vi khuẩn cộng sinh Rhizobium được tìm thấy trong sự cộng sinh với các nốt sần ở rễ cây họ đậu như cây đậu, đậu Hà Lan, đậu xanh và đậu phộng. Sự cộng tác giữa vi khuẩn Rhizobium với các cây họ đậu có bản chất cộng sinh.

Các nốt sần của rễ đóng vai trò là nơi cố định đạm. Những nốt sần rễ ấy chứa đựng một sắc tố gọi là leghaemoglobin. Nó có màu hồng nhạt giống như thể nó quan hệ rất gần gũi với haemoglobin ở người và động vật. Giống haemoglobin nó cũng kết hợp với oxy. Bằng sự kết hợp với oxy, leghaemoglobin bảo vệ enzym Nitrogenase, loại enzym chỉ thể hiện chức năng ở những điều kiện kỵ khí. Chỉ có enzym Nitrogenase là có thể tách được phân tử ni tơ cho quá trình cố định đạm.

N₂ +   8H  —- ( Nitrogenase ) ——->   2NH₃+H₂

Sự hình thành nốt sần rễ:

Nốt sần rễ là nơi cố định đạm.

Khi lông hút ở rễ cây họ đậu tiếp xúc với vi khuẩn Rhizobium, nó cong lên hoặc biến dạng. vi khuẩn xâm nhập vào mô rễ. Một số vi khuẩn trong mô rễ lớn lên để trở thành những cấu trúc bao quanh dạng màng gọi là những bacteroid. Sự phân chia tế bào khi được thực hiện, ở những mô bị tấn công tạo thuận lợi cho sự hình thành nốt sần. Vì vậy nốt sần tạo lập hoàn thiện theo hướng kết nối mạch với cây chủ để chuyển đổi dưỡng chất.

Sự cố định ni tơ

Ni tơ không khí bị khử bởi sự kết hợp của các nguyên tử hydro.
ni tơ bị phá vỡ dẫn đến việc tạo thành amoniac.
sự cố định ni tơ đòi hỏi 3 cấu thành sau:
– Một chất khử mạnh; ATP và các enzym

Amonia, được tạo thành như là kết quả của sự cố định ni tơ, được sử dụng để tổng hợp các aminoacid, đơn vị tạo dựng nên protein.

Sự tổng hợp các aminoacid:

Các aminoacid được tổng hợp bằng hai quá trình chính:
– Sự khử amin hóa ( khử tạo ra nhóm amin ): Trong quá trình này amoniac phản ứng với acid α.ketoglutaric để tạo thành acid glutamic.

NH₄⁺ + acid α.Ketoglutaric —–> acid glutamic

– Sự chuyển amin: Acid glutamic nguyên là một aminoacid mà từ nó 17 aminoacid khác được tạo thành thông qua quá trình chuyển amin.

Các vi sinh vật sống tự do:

Những vi sinh vật như Cyanobacteria ( vi khuẩn lam ) và vi khuẩn quang hợp cũng có thể cố định ni tơ. Một số vi khuẩn lam cũng hoạt động như những thể cộng sinh và tồn tại cộng hưởng cùng với địa y, những thể sống mang sắc tố anthoceros; trước loài dương xỉ nước- Azolla và các rễ của cây hạt trần.

Quá trình cố định ni tơ sinh học:

Qua quá trình cố định ni tơ, N không khí được cố định thành các hợp chất hữu cơ ( như aminoacid, protein, nucleic acid ) trong các cơ thể sống cũng như các dạng vô cơ như NH₄⁺.

Trong cố định ni tơ, một lượng lớn năng lượng được sử dụng để tách 2 nguyên tử ni tơ của phân tử ni tơ. Năng lượng này được lấy từ các phân tử ATP của các cơ thể vi sinh. Nguồn ATP còn được lấy từ quá trình hô hấp và quang hợp.

Sự cố định ni tơ chỉ xảy ra trước sự có mặt của enzym Nitrogenase; chúng khử phân tử ni tơ ( dinitrogen ) thành amoniac.

Chuỗi các trường hợp xuất hiện trong quá trình cố định ni tơ được thể hiện như sau :

Thực vật thu nhận ni tơ từ đất dưới dạng những ion amonium (NH₄⁺) hoặc ion nitrate (NO₃^–), Amoniac luôn là sản phẩm chính của cố định ni tơ sinh học. Chúng được biến đổi thành nitrate nhờ vào một số vi khuẩn đất (Nitrate luôn là nguồn ni tơ chính đối với thực vật ).

Sự amoni hóa:

Những phế tích chết của động, thực vật được phân hủy, thông qua hoạt động của vi sinh vật, tạo thành amoniac. Quá trình này được nhận biết như là sự amoni hóa.

Sự nitrate hóa:

Là quá trình biến đổi amoniac thành nitrate. Quá trình được hoàn thiện bởi các vi khuẩn nitrate hóa như Nitrosomonas, Nitrosococcus và Nitrosobacter. Đầu tiên, amoniac biến thành ion nitrite (NO₂^– ), và sau đó thành ion nitrate (NO₃^–) như minh họa dưới đây:

Vi khuẩn nitrate hóa được đề cập trên đây là các sinh vật tự dưỡng hóa học vì chúng sử dụng năng lượng bằng cách ô xy hóa những nguyên liệu vô cơ như amoniac và nitrite. Vi khuẩn ấy là loại háo khí và ô xy là chất nhận điện tử. Do đó ion nitrate thu được vừa được cây sử dụng, vừa biến thành khí ni tơ bằng quá trình khử nitrate hóa.

Sự đồng hóa nitrate ở thực vật:

Sau khi nitrate được hấp thụ bởi thực vật, chúng bị khử thành amoniac, với sự giúp đỡ của enzym nitrate reductase và nitrite reductase.

Enzym nitrate reductase:

Khử nitrate thành nitrite. Phản ứng này có thể xảy ra ở bất cứ bộ phận nào của cây. Nitrate reductase là một flavoprotein và có chứa molybdenum.

Enzym nitrite reductase:

Khử ion nitrite thành ion amonium. Nitrite reductase không yêu cầu molybdenum mà có thể chứa đựng đồng và sắt. Bởi vì ferredoxin là nguồn điện tử trực tiếp. Phản ứng này xảy ra ở lá cây và những ion nitrite, được hình thành ở bất cứ đâu, cũng được vận chuyển về lá để khử.

                                                              Sưu tầm & biên dịch: KS. Đinh Văn Vụ