식물보호기사 및 농업 관련 공무원 필수 이론 식물 생리학 핵심 이론 요점 정리 12. 무기영양소의 동화

질소의 생지화학적 순환(biogeochemical cycle)

질소는 생물체의 유기화합물로 편입되기 전에 대기를 순환하여 기체 상태에서 환원된 이온으로 변화한다. 질소 순환에 관여하는 몇 단계들이 나타나 있다.

동화되지 않은 암모늄 및 질산염의 영향


과다한 암모늄 이온
막의 양성자 기울기 감소


질산염
식물은 해가 없이 저장 및 수송
동물에 나타나는 문제
 청색증
 발암원 니트로사민 전환

NH 4+ 의 독성은 pH 기울기를 소산시킬 수 있다.

질산염의 동화
질산염 능동 흡수: 질산-양성자 공동 수송체 이용
질산염→아질산염
세포질에서 작용
NO3- + NAD(P)H + H+  NO2- + NAD(P) + + H2O
질산 환원효소에 의한 환원
몰리브덴 함유 단백질

질산 환원효소 이량체의 모델로서, 세 가지 결합 도메인, 즉 몰리브덴복합체(MoCo), 헴, FAD를 보여주는데, 이들 폴리펩티드의 서열들은 진핵생물에서유사하다.

질산 환원효소의 조절
전사 수준에서의 조절
 질산염, 빛, 탄수화물 → mRNA 증가
번역 후 수준에서의 조절: 경첩1부위의 가역적 인산화
 활성화: 포스파타아제→세린 잔기 탈인산화
 불활성화: 암조건/Mg2+: 키나아제→세린 잔기 인산화

보리의 슈트와 뿌리에서 질산 환원효소 mRNA가 유도된 후에 질산 환원효소의 활성이 촉진된다. gfw: grams fresh weight(그램 생중량).

아질산염암모늄: 아질산 환원효소의 작용
NO2- + 6Fdred + 8H+ → NH4+ + 6Fdox + 2H2O
아질산염의 환원 장소: 잎의 엽록체 및 뿌리 색소체
환원 에너지 공급원: 광합성 전자전달, 산화적 5탄당 인산경로
아질산 환원효소의 전사
질산염/빛→핵에서의 전사 유도
아스파라긴/글루타민→유도 억제

페레독신을 통해 아질산 환원효소에 의한 아질산염의 환원과 광합성의전자전달이 짝지어지는 모델.

질산염 동화 장소의 판단
질산 환원효소 활성 비율
물관부 수액의 질산염과 환원된 질소의 상대적 농도

여러 식물 종의 물관부 수액에 든 질산염 및 기타 질소화합물들의 상대적인 함량.

암모늄의 동화
질산염 동화 및 광호흡에서 생성된 암모늄의 아미노산화


글루타민 합성효소(GS; glutamine synthetase)
ATP와 2가 양이온(Mg2+, Mn2+, Co2+) 필요
시토졸형 GS: 세포 내 질소 수송을 위해(발아 중인 종자와 뿌리, 슈트)
색소체형 GS: 자체 소비를 위해(뿌리 색소체), 광호흡의 암모늄 재동화(엽록체)

암모늄 대사에 관여하는 화합물의 구조와 경로.

글루탐산 합성효소(GOGAT: glutamine:2-oxoglutarate aminotransferase)
색소체 내 글루타민 농도 증가에 의해 촉진
NADH형
비광합성 조직의 색소체, 발달 중인 잎의 유관속에 존재
뿌리에서 흡수한 암모늄 동화, 뿌리나 노쇠화된 잎에서 수송된 글루타민 동화
페레독신 의존형
엽록체에 존재, 광호흡의 질소 대사에 역할

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