Izadi Jakintza»Izadi jakintza

Eguratseko nitrogenoaren finkatzea

LABURPENA: Eguratseko nitrogenoaren finkatzea garrantzi handiko prozesua da biosferan, eta zenbait mikroorganismoren (bakterioak, batik-bat) eginkizuna da. Bakterio finkatzaileek, sarritan, sinbiosia osatzen dute landare jakin batzuekin, eta noduluak eratzen dituzte landareen zuztarretan.

Nitrogenasa izeneko entzima baten “erruz” gertatzen da eguratseko nitrogenoaren finkatzea.

Bi banakoz osatua dago delako nitrogenasa. Beste prozesu metaboliko batzuetatik eratorritako ATPa eta erredukzio ahalmena gastatzen dira prozesu honetan.


Nitrogenoa ezinbestekoa da izaki bizientzat.

Molekula tipo askotan azaltzeaz gainera, nahitaezko osagaia da proteinetan, eta hauek funtsezkoak dira organismoen funtzioei (metabolismoko entzimak) eta egiturari eusteko.

Ekosistemen antolakuntzaren barruan, batez ere ekoizleen zeregina da –bakterioak, algak eta landareak– materia organikoa sintetizatzea, fotosintesiaren bitartez

Nitrogenoa finkatzen duten zenbait organismo

Finkatzeko mekanismoa (1 eta 2 irudiak)

Oro har, nitrogenoa finkatzea gas horretako molekula bat bi amoniako molekula bihurtzea da. Azkena aipatutako bi molekula horiek proteinak eta beste zenbait molekula nitrogenodun sintetizatzeko erabiltzen dira.

Nitrogenoa finkatzeko arazo nagusia nitrogeno molekulak erreakzionatzeko duen gaitasun urria da. Izatez, airean, oxigenoaren moteltzaile gisa jokatzen du. Arnastutako airea, dena edo gehiena, oxigenoa balitz, metabolismoa ikaragarri bizkortuko litzateke (materia organikoa oxidatuko litzatekeelako), eta izaki biziek zailtasun handiakizango lituzkete egitura osagarriei eta erreserbako gaiei eusteko. Nitrogenoaren erreakzionatzeko gaitasun eskasaren adierazgarri dira, bestalde, ontziratutako zenbait elikagai, zehatzago esanda “airez” bete eta hermetikoki itxitako poltsetan datozenak (patatafrijituak, fruitu lehorrak, gozokiak…). Poltsa barruan “atmosfera geldoa” deitzen zaiona dagoenez gero –nitrogenoa, eskuarki–, elikagaiak luze irauten du egoera onean.

Gasa finkatzekoan nitrogenasa izeneko molekula batek hartzen du parte. Nitrogenoaren erreakzionatzeko gaitasun eskasak zailagotu egiten du entzimaren eginkizuna; izan ere, esandako kimika aktibitate falta dela-eta, oso zaila baita gasak eta entzima molekulak bat egitea.

Nitrogenasa aztertu zenean jakin zen bi proteina konjugatuz osatua dagoela. Horietako batek molibdenoa (bi atomo), burdina (32 atomo) eta sufrea (25-30 atomo) ditu talde prostetikoan (Mo-Fe-proteina edo I. osagaia deitzen zaio), eta bi azpibanako desberdinez osatua dago. Beste proteinak burdina du talde prostetikoan (Fe-proteina edo II. osagaia).

Nitrogenasak lan egingo badu bi proteinak eduki behar ditu, eta hara zer proportziotan: bi Fe-proteinako Mo-Fe proteina bat.

Entzima honek eguratseko nitrogeno molekula baten erredukzioa eragin ahal izateko egoera jakin bat behar du, nahitaez.Lehenik, giro anaerobioa (oxigenoak ez du uzten nitrogenoa finkatzen); bigarren, ATP erako energia; hirugarren, magnesio atomoak ; eta, azkenik, erredukzio ahalmena (elektroiak eta elektroi horiei dagozkien protoiak, ). Baina anaerobiosiak arazo bat du, eta da lur zorua porotsua izan ohi dela eta airea izan ohi duela gehienetan, premiazkoa bestalde, landareen sustraietako zelula aerobioak biziko badira. Arazoari irtenbidea emateko, bide desberdinak erabiltzen dituzte sinbiosian bizi diren bakterioek eta libre bizi direnek. Azotobakterrak (lurreko bakterio libre bat) zitoplasmako oxigeno ia guztia erretzerainoko metabolismo azkarra du, eta horrela, praktikan, anaerobiosi egoerara iristen da. Sinbiosian bizi diren bakterioek beste estrategia bat dute. Noduluetan, landareak hemoglobina proteina berezi bat ekoizten du (landareen erreinuan ez da beste inon agertzen) leghemoglobina izenekoa, eta noduluei kolore gorria ematen diena. Leghemoglobina berehalaxe konbinatzen da oxigenoarekin, eta horrela pasatzen da noduluko bakterioetara. Behin bakterioetan dela, bakterio mota honetako entzima berezi batzuetara pasatzen da oxigenoa, eta, hala, kasu honetan ere, ez da zitoplasman oxigeno librerik geratzen (1. Irudia).


Bakterioek katabolismoaren bidez sortzen duten ATPak ematen du hidrogenoatomoek nitrogeno atomoarekin bat egiteko behar den energia. Sinbiosian bizi diren bakterioetan, aldiz, landare ostalariak fotosintesian ekoiztu eta bakterioari pasatutako gaiak baliatzen ditu katabolismoak (1. irudia).ATPak bat egiten du magnesioarekin.

MgATP multzoa Fe-proteinari (II. osagaia) batu eta eraldatu egiten du, erredukzio ahalmena eskuratu eta Mo-Fe-proteinarekin (II.. sagaia) erreakzionatu dezan. ATP energia, pentsatzekoa denez, nitrogenoaren eta hidrogeno atomoen arteko loturak sortzeko erabiltzen da. ATP molekula bakarra nahikoa litzateke teorian lotura bakoitzeko, baina esperientziak erakusten du bi behar direla.

Bakterioaren metabolismoan ere (Krebsen zikloa edo hartzidura) sortzen da erredukzio ahalmena (elektroiak eta protoiak).

Elektroiak NAD + etik ferredoxina izeneko proteina berezi batera pasatzen dira, ondorengo erreakzioaren arabera:

Ferredoxinak Fe-proteinari (II. osagaia) ematen dizkio elektroiak, eta Fe-proteina erreduzitu egiten da. Magnesio atomoak eta ATPa gehitu ondoren, Mo-Fe-proteinari (II.osagaia) pasatzen dio erredukzio ahalmena, magnesio atomoak eta ADPa askatzen ditu, eta hasierako egoera berreskuratzen du (2.. rudia).


Beraz, hau da prozesuaren erreakzio orokorra:

Noduluak

Nitrogenoa sinbiosi bidez finkatzeak nekazaritzarako duen garrantziak eraginda, azterketa sakonak egin dira gai honi buruz.Horrela jakin da nola infektatzen dituzten bakterio finkatzaileek landareen sustraiak eta nola sortzen diren noduluak.

Azterketa hauei esker zehaztu ahal izan da landare lekadunak infektatzen dituzten bakterioen berezitasuna. Eskuarki, Rhizobium jeneroko bakterioak izan ohi dira: izan litezke lekadun mota bakarrarekin elkartzen direnak, bere jenero bereko edozein motarekin elkartzeko gai direnak, edota –kasu arraroagoa hau–, jenero bat baino gehiagokoekin elkar daitezkeenak. Sustraietako ileek eratzen dituzten zelulen gainaldeko proteina batzuek erabakitzen dute esandako berezitasuna.

Behin ileak bakterioak erakarri dituenean, ilea okertu egiten da, eta zelularen paretan barrunbea eratzen hasten da (3. irudia).


"Hatz zorro" moduko bat osatzen da, eta, barruko aldera hazi ahala, infekzio harizpia edo korda sortzen da. Hortik sartzen dira bakterioak, landarearen zelulek askatutako azukretan bilduta. Harizpiak sustrai azaleko zelulak zeharkatzen ditu, adarkatzen da, eta barruko zeluletara sartzen da. Azkenaesandako zelula horiek, aurretik, bakterioak hurbildu ahala, itxuraz ordena jakinik gabe zatitu dira, behin eta berriro, hanturak edo noduluak osatzeraino. Zelula horien barruan askatzen dira bakterioak, infekzio harizpiaren zatiz osatutako boltsa moduko batean.

Prozesuaren emaitza gisa nodulua osatzen da (4. irudia). Zenbait eremu bereiziko ditugu noduluan: noduluaren azala, sustrai azaleko zelulez osatua; noduluaren meristema eremua, bakteriorik ez duten zelulez osatua; zelula horien zatiketen kariaz eratzen eta hazten da nodulua; bakterioen infekzio eremua eta noduluaren hazkuntza eremua, non zatitzen baitira meristemako zelulak eta, poliki poliki, bakterioek infektatzen baitituzte; azkenik, eremu finkatzailea dago, zelula bakteriodunak dauden eta nitrogenoa finkatzen den tokia. Horiez gainera, sustraiko sistema baskularreko hodiak ere badira noduluan, eta horiek arduratzen dira bakterioek behar dituzten azukreak ekartzeaz eta noduluan ekoizten diren gai nitrogenodunak eramateaz.