asimilasi amoniak

Asimilasi amoniak oleh jasad renik eucaryotic telah dipelajari secara ekstensif. Di dalam ragi, jamur, dan basidiomycetes, variasi dapat dipertimbangkan sebagai hal yang dipelajari tentang bagaimana glutamate disatukan. Saccharomyces cerevisiae berasimilasi sedikitnya dua pertiga amino nitrogen, kebutuhan zat lemas nya via glutamate dan, ketika konsentrasi amoniak di dalam medium kultur tinggi; menggunakan NADP-GDH untuk manyatukan glutamate. Sepanjang tahap awal pertumbuhan ketika sel sedang mengalami transisi dari tahap laju ke dalam tahap yang bersifat exponen, aktivitas NADP-GDH meningkat/kan dengan jelas/dengan nyata a [selagi/sedang] NAD-GDH aktivitas tinggal tetap atau menjadi dengan jelas/dengan nyata a lebih rendah ( Thomulka Dan Parit benteng, 1972). Aktivitas sintesis glutamate telah diamati dalam 5. cerevisiae, tetapi tingkatan diamati adalah lipat sepuluh lebih rendah dari NADP-GDH di bawah kondisi pertumbuhan. Walaupun sintesis glutamat diatur dalam suatu cara yang sugestif yaitu suatu fungsi biosynthetic, kelihatannya berperan sebagai alat bantu NADP-GDH, baik sebagai konversi langsung nitrogren amid dari glutamine menjadi nitrogen α-amino tanpa mendukung kesatuan amoniak yang bebas, atau sebagai suatu mekanisme khusus di dalam suatu organel subcellular (Roon and Even, 1973; Roon, Even, and Larimore, 1974).
Variasi spesies dari Rhizobium menggunakan sistem GlnS-gluS untuk asimilasi dari nitrogen anorganik di bawah kondisi amoniak atau pembatas nitrat. Dengan pembatasan glukosa atau kelebihan dari nitrogen anorganik yang diasimilasi dengan NADPD-GDH di perkembangan cepat spesies (R. leguminosarum, R. meliloti, R. phaseoli,dan R. trifolii) dan dengan NAD-GDH di perkembangan lambat spesies (R. Japoniciim dan R. lupini). Bagaimanapun secara umum pelajaran dari bakteri dalam akar nodul dari legum mempuyai bukti yang disajikan oleh produksi amoniak oleh fiksasi nitrogen in dalam bakteri adalah asimilasi oleh aksi enzim tumbuhan, secara partikel dari sistem glnS-gluS di sitosol tumbuhan (Brown dan Dilworth, 1975; Miflin dan Lea, 1976).

Reaksi umum dari asam amino
Pada awalnya, bagian dari reaksi umum metebolisme melibatkan asam amino yang dipusatkan di reaksi yang mungkin memimpin biosintesis asam amino. Walaupun reaksi terkait dengan katabilisme asam amino yang perkirakan penting untuk digunakan. Bagian utama adalah pdikologis mikrobiologi dan biokimia yang dipusatkan dalam pertunjukan jalan kecil yang asam amino diproduksi dari nitrogen anorganik dan karbon skeleton yang diperoleh dari metabolisme carbohidrat (for general references see Meister, 1965; Moat'and Ahmad, 1965).

Dekarboksilase asam amino
Mikroorganisme mempertunjukkan aktivitas dekarboksilase untuk aspartet, glutamate, ornithin, lisin, tirosin, penil alanin, asam cistein, diaminopimelic acid, hydroxyphenyl serine, tryptophan, 5-hydroxy-tryptophan, histidine dan kemungkinan yang lain. Reaksi umum untuk semua sintesis enzim adalah :

R – CH – COOH R – CH2NH2 + CO2

NH2

Sejauh yang diketahui, pyridoxal phosphate adalah koenzim dari semua dekarboksilase asam amino yang menjadi kofaktor adalah piruvat. Semua dekarboksilase asam amino terutama tidak dapat diubah dan oleh karena itu tidak tampak menjadi penting di dalam biosintesis dari kebanyakan asam amino. Bagaimanapun di kasus dari diaminopimelic acid (DAP) dekarboxylase, proses dekarboxylase dari DAP menghasilkan lisin. Dekarboksilase Asam amino dihasilkan pada pH yang rendah, dan mempunyai jarak untuk aktifitas optimal adalah dengan pH 3 – 5. seperti itu, bila kelebihan kadar keasamandari produksi asam akhir produk mengkin diatur oleh aktifitas dekarboksilase asam amino, terutama sekali di anaerob, organisme proteolitik seperti clostridia (Cozzani et al.. 1975).
Diamine, putrescine. Sebuah dekarboksilase menghasilkan ornithine, telah ditunjukkan bahwa diperlukan faktor pertumbuhan untuk beberapa organisme, dan precursor biosintesis dua yaitu spermidine and, polyamines itu didapatkan di varietas yang luas dari mikroorganisme. Spermine hadir di dalam organisme eukariotik tetapi telah ditemukan hanya di dalam sedikit bakteri (seperti, Pseiulomonas aeruginosa dan Bacillus stearothermophilus). Spermidine penyebarannya lebih luas, ditemukan di bakteri dan jamur seperti halnya organisme tingkat tinggi. Disamping keadaannya tersebar luas dan penambahan jumlah dari peran fungsional yang telah ditugaskan untuk mereka., peran definitive untuk polyamine telah tidak lagi secara penuh diterangkan. Beberapa indikasi kejelasan dari mereka mungkin dilibatkan di regulasi dari sintesis makromolekuler di E.Coli (Morris and Jorstad, 1973). Secara alami kejadian diamine adalah disintesis dari putrescine, tetapi produk analisator dari cadarine tidak dapat dideteksi. Sintesis protein dibatasi dalam diamine starved sel dan lebih dulu untuk sintesis asam nukleid dimana putrescine ditambahkan untuk sel yang kelaparan (Ritchey dan Delwiche, 1975). Di dalam polyamine auxotroph dari E.Coli, bagan ribosom diubah dengan jelas di sel putrescine-depleted. Lysates dari starved sel berisi sedikitnya 70 monomer dan 30 subunit tetapi lebih 50 partikel dari yang diperoleh dari pertumbuhan sel di sebuah kehadiran putrescine. Perubahan ini dalam pola ribosomal adalah spesifik untuk kekurangan polyamine. Mendorong kea rah kesimpulan itu berubah pada pola ribosomal ketika restorasi pada tingkat putrescine di starved sel sebelumnya menandakan sebuah pergeseran dalam sebuah keseimbangan diantara 30 dan 50 kopel dan subunit ribosomal (Algranati et al., 1975). Dalam Neurospora crassa, putrascine adalah faktor pertumbuhan yang penting untuk mutan arginaseless. Ornithine adalah sumber utama dari putrescine, sebuah intermedit di sintesis polyamine. Arginine menghalangi pertumbuhan dari mutan arginase-deficient ini kecuali putrescine, spermidine, atau ornithine adalah adanya medium kultur. Penghalangan arginine dilengkapi oleh penghalangan timbale-balik dari sintesis ornithine dikombinasi dengan lengkap, kekurangan dari ornithine secara normal disediakan oleh reaksi arginase (Davis et al., 1970).

Deaminase asam amino
Sebuah proses deaminasi dari asam amino terjadi dengan beberapa reaksi yang berbeda.
Proses deaminasi oksidatif dari glutamine acid dengan reaksi bolak-balik glutamate dehydrogenases :

Kebanyakan mikroorganisme melibatkan 2 glutamat dehidrogenases, seseorang menunjukkan suatu yang spesifik untuk NAD+ dan yang lain untuk NADP+. Enzim yang spesifik NAD tampak menjadi operasi utama dalam direksi dari katabolisme glutamate, sedangkan enzim NADP-linked berfungsi di dalam sintesis glutamate. Enzim ini telah dibahas di bagian sebelumnya yang perannya di asimilasi dari nitrogen anorganik yang dipertimbangkan secara detail.
Dehidrogenase alanin terjadi di anggota dari genus Bacillus. Enzim diisolasi dari sumber tampak menjadi spesifik untuk NAD+. Proses reaksi, kiranya dengan asam α-amino antara :

Persebaran yang ada dimana-mana dan aktifitas dari enzim ini dalam basil aerobic telah dipertimbangkan jelas bahwa reaksi kebalikan dikatalis oleh onzim yang melayani rute utama untuk asimilasi dari amoniak oleh kelompok ini dari organisme (O'Connor dan Halvorson, 1960; Pierard dan Wiame, 1960). Kehadiran dari dehidrogenase alanine dalam organisme lain telah secara umum disimpulkan dalam basis yang tidak langsung bukti diperoleh dari isotop-labeling dan bahasan nutrisi. Bagaimanapun determinasi langsung dari aktifitas dehidrogenase alanin sering mengungkapkan bahwa tingkatan hampir tidak dapat ditemukan (Thomulka and Moat, 1972). aturan relative dari alanin dan aturan glutamate dalam asimilasi amoniak sering didiskusikan secara detil dalam bagian yang lebih awal.
Oksidasi asam amino , kadang-kadang diistilahkan aerobic atau deaminase oksidatif, melibatkan langsung oxsigen-mediated reaksi yang dikatalis oleh flavinadenine dinucleotide (FAD) :

Enzim ini tidak spesifik dalam enzim tunggal boleh mengkatalis oksidasi dari jenis asam amino. Tingkat dari oksidasi boleh berbeda untuk msing-masing asam amino, dan permintaan dari aktifitas boleh bertukar-tukar dengan sumber dari enzim. Kedua oksidasi D- dan L-amino acid telah didemonstrasikan, tetapi enzim tunggal hampir spesifik untuk D- atau L-konfigurasi juga. A diberi oksidasi asam amino boleh oksidasi methionin, phenylalanine, tyrosine, leucine, isoleucine, valine, nor-valine, alanine, tryptophan, dan cystine.dalam mengurangi pesanan dari aktifitas. Yang lainnya boleh oxidize proline, hydroxyproline, citrulline, histidine, dan arginine. Sejak reaksi ini secara langsung berhubungan dengan oksigen melalui reaksi oksidasi dari pengurangan FAD, keuntungan sel tanpa memanfaatkan energi seperti ATP dari mereka. Reversibilitas dari aktifitas oksidasi asam amino di bawah kondisi anaerob ditafsirkan secara original menjadi arti fisiologis. Tapi ini ragu-garu bahwa enzim bermain di banyak aturan utama di asimilasi dari nitrogen anorganik.
Deaminase nonoksidatif seperti deaminasi asam aspartid (aspartase), serine dan deamilasi threonine (dehydratases) dan cystein desulfidase adalah spesifik dalam kebutuhan substratnya.
Aspartase, ditemukan dalam jumlah mikroorganisme, merubah aspartid menjadi furmarate dan amoniak :

Disana (gambar) tidak ada pergantian hydrogen di reaksi ini.sebagai gantinya, disana di transfer intramolekuler dari hydrogen. Bukan pyridoxal 5'-phosphat nor biotin telah ditunjukkan menjadi kofaktor untuk reaksi. Reaksi bolak-balik, oleh karena itu kehadiran kembali mekanisme potensial untuk asimilasi amoniak. Dalam bakteri gram negative, produksi optimal enzim aktif ketika organisme tumbuh dalam medium komplek yang berisi asam amino dan konsentrasi karbohidrat rendah. Ini diinterpretasikan dengan indikasi bahwa aspatase adalah konsentrasi utama dengan aktifitas katabilisme. Meskipun demikian, arah aktifitas dari sintesis aspartate dapat servis seperti mekanisme penting untuk asimilasi ammoniak. Faktanya bahwa keseimbangan dari reaksi dalam arah deaminasi boleh tidak langsung hal yang penting di ats formasi dari nitrogen amino dari sumber anorganik. Ini mungkin melulu menjelaskan reaksi dari hal yang lebih besar penting ketika sumber karbon lain dari glukosa (Williams dan Lartigue, 1967). Alternatifnya, ini boleh juga menjelaskan bahwa pada konsentrasi tinggi dari amoniak, sebuah enzim yang ditindas, seperti kasus dengan glutamate synthetase.
Serine dan katalis deaminasi threonin (dehidratases) berikut jenis dri reaksi :

Seperti reaksi aspartase dalam transfer intramolekuler dari hidrogen terjadi kecuali bahwa air dirubah (dehidrasi) menjadi menghasilkan asam amino melalui reaksi β-eliminasi. Langkah kedua dari reaksi, reaksi air nonenzim dengan asam amino untuk melepaskan ammonia. Pyridoxal 5'-phosphate adalah kofaktor dalam reaksi ini. 2 enzim telah ditunjukkan menjadi berbeda. Tinkat jenis dari L-serine seperti fungsi nutrisi nitrogen. Sumber karbon, dan suplai dari glysin dan leusin. Glisin dan leusine mempengaruhi dari deamilasi serine. Enzim tampak bermain sebuah aturan dalam jumlah dari jalan pintas dalam ketika serine dihasilkan dan selanjutnya dimetabolis seperti bagian pathway karbon yang utama (Isenberg and Newman, 1974).
Desulfidrase cystein mempunyai mekanisme dari aksi lebih kecil dari serine dan deaminase threinine kecuali hydrogen sulfide., dibandingkan air, diubah melalui reaksi β-eliminasi.

Dehidrasi dan desulfidrasi merupakan reaksi bolak-balik yang penting dan tidak dasar reaksi itu dapat mengambil bagian di biosintesis dari asam amino. Susunan dari α-ketobutirate dari threonine menyediakan intermediat penting di jalan kesil untuk isoleucine.

Transaminasi asam amino (aminotranfirasi)
Lichstein and Cohen (1945) merupakan yang pertama yang mendemonstrasikan aktifitas transaminasi di bakteri. Transfer dari nitrogen α-amino diantara glutamate, aspartite, alanine, dan yang bersesuaian asam α-keto telah menunjukkan menjadi serupa reaksi itu telah diobservasi dalam jaringan mamalia. 2 transaminasi utama di demonstrasikan :

Aspartate + α-ketoglutarat oxalacetate + glutamate
Alanine + α-ketoglutarat pyrufate + glutamate

Pyridoxal phosphate adalah koenzim dari reaksi ini (Lichstein , 1945)
Transaminasi adalah, pertama, pemikiran menjadi relative aktifitas pembatas dibatasi 3 asam amino dan keto analog. Bagaimanapun Feldman dan Gunsalus (1950) dan Rudman dan Meister (1953) menunjukkan bahwa jumlah asam amino akan mengalami transaminasi dengan α-ketoglutarat menjadi bentuk asam amino yang sesuai. Ini dipimpin oleh kesimpulan bahwa transaminasi tipe secara umum dari reaksi yang akan terjadi diantara banyak asam amino dan banyak asam keto :

Amino acid1 + keto acid2 keto acid1 + Amino acid2

Walaupun aktifitas tranaminasi tidak tersebar luas, seperti dibuktikan oleh fakta bahwa asam keto analog dapat menggantikan banyak asam amino untuk pertumbuhan dari amino acid-requiring organisme. Reaksi ini tidak secara komplet umum. Transaminasi dipisahkan (calon A, B, dan C) yang aktif untuk kelompok tertentu dari asam amino dan tidak untuk yang lain (gambar 5-7). Seperti ditunjukkan dalam tabel 5-3. mutan isoleusine-requiring dari E.Coli transaminasi kekurangan aktifitas B. Pemotongan A dapat dikatalis dengan transaminasi diantara banyak substrat asam amino dan α-ketoglutarat. Pemotongan B ditampilkan suatu kemampuan yang lebih kecil dengan substrat yang disukai.


Gambar. 5-7 transaminasi utama dalam mikroorganisme. Diadopsi dari Meister





Tabel 5-3. Transaminasi dari α-Ketoglutarate-Amino Acid
Escherichia coli"
Amino Acid
Wild Extract* Fraction A
Fraction B
Mutant Extract
Isoleucine 40 0 84 0
Valine 37 0 58 0
Leucine 41 3 (100) 3
Methionine 31 10 32 19
Phenylalanine 37 44 26 29
Tyrosine 25 25 6 18
Tryptophan 73 59 0 72
Aspartate (100) (100) 0 (100)
Transaminasi yang ketiga (transaminasi calon C) dimana katalis transaminasi diantara valine dan alanin, yang juga ditemukan di E. Coli. Transaminasi A dan B keduanya aktif dengan valine, leucine, phenylalanine, dan tyrosine sedangkan hanya satu yang aktif untuk isoleucine (gambar 5-7). Ini hilangnya kemampuan produkasi trasnsaminasi B dalam kebutuhan nutrisi yang spesifik untuk isoleucine, tetapi tidak untuk 4 asam amino yang lain. Hilangnya kemampuan untuk menghasilkan transaminasi A atau C juga akan hampir bisa dipastikan pergi tanpa diketahui oleh umumnya prosedur seleksi auxotroph. Transaminasi phenylalanine-tyrosine-a-ketoglutarate dari beberapa rantai E. Coli nampak menjadi spesifik untuk asam amino ini sejak ini aktif dalam mutan itu kekurangan transaminasi B (Meister, 1965). Banyak contoh lain kedua-duanya disamaratakan seperti sistem transaminasi spesifik dari organisme lain kemudian E.Coli dengan sangat sedikit ekstensif. Lebih lanjut penyebutan satu persatu dari transaminasi yang telah didemonstrasikan dalam jenis organisme lain akan melakukan seperti yang dimenta di poin ini. Mencukupi ini untuk mengatakan bahwa jumlah dari asam amino, terutama sekali aspartate, alanin dan glutamate dapat berpotensial servis seperdi diap sumber terbaharui dari kelompok amino untuk varietas yang luas dari asam amino lain.



Resemases asam amino
Jumlah dari mikrob berisi enzim yang mengkatalis berubahnya D-amino acid menjadi L-amino acid melalui reaksi umum :


Recemaces penting di dalam formasi dari D-isomer dari asam amino yang merupakan unsur dari dinding sel dan kapsul dari organisme tertentu. Karena reaksi awal paling biosintetik menjadi formasi dalam L-amino acid, ini penting bahwa mikroorganisme dapat merubah asam amino tertentu menjadi D-konfigurasi untuk formasi/susunan khusus struktur sel. Seperti dalam contoh, D- alanin merupakan komponen struktur dinding sel dari Streptococcus faecalis seperti beberapa organisme gram-positif. Ketika ditumbuhkan di medium kekurangan pyrodoxal, D-alanin menjadi kebutuhan spesifik pertumbuhan untuk S.faecalis karena recemese alanin tidak aktif dibawah kondisi kekurangan pyridoxal. D-amino acid ditemukan dalam kapsul polipertida dari anggota genus Bacillus dan dalam antibiotic peptide-containing. Menyediakan indikasi lain yang penting untuk racemases.

Peran dari Pyridixal 5'-Phosphate dalam reaksi enzimatis dengan asam amino
Pada bahasan awal dari jenis reaksi tentang asam amino dimana partisipasi asam amino, itu disebut dengan 5’-phospate. Bentuk koenzim dari vitamin B6, fungsi dari beberapa reaksi ini. Pyridixal 5'-Phosphate (PLP) ini sangat serbaguna untuk semua kofaktor enzim dalam itu dapat digunakan oleh berbagai enzim untuk mengkatalis dosin atau juga reaksi kimia yang berbeda. Di bagian Pyridixal 5'-Phosphate aksi kofaktor seperti electron sink. Contohnya, sebuah proton mungkin dirubah dari α-carbon substrat asam amino dengan menghasilkan carbanion distabilisasikan di posisi Ca atau C’4, atau electron mengalir ke dalam cindin yang menetralkan, yang dibebankan nitrogen pyrimidine. (struktur quinoid mungkin satu dari intermediate)
Faktanya, banyak tipe reaksi enzim yang memerlukan PLP dapat menjadi dipenuhi nonenzimatik dibawah kondisi yang sesuai. Contohnuya dengan pemanasan asam amino dalam kehadiaran dari ion metal dan pyrodoxal, seperti reaksi racemisasi, transaminasi, dehidrasi, dan dekarboksilasi telah diamati. Pyrodoxal dapat berbentuk komplek denganasam amino melalui chelasi dengan ion metal. Kiranya, fungsi ion metal untuk pegangan molekul seperti jalan ikatan Ca-X mungkin patah lebih mudah. Bagaimanapun, lebih jika tidak semua, isi PLP tidak mengandung ion-ion metal. Kiranya, kelompok sesuai pada apoenzyme yang memegang PLP dalam kelurusan tepat yang penting bagi pecahan ikatan α-C-X (gamrar 5-8)


Gambar 5-8. fungsi dari Pyridixal 5'-Phosphate (vitamin B6) dalam reaksi yang melibatkan asam amino. Produksi reaksi enzim-katalis tergantung atas 4 ikatan memproyeksikan dari α-carbon yang dipisah. Reaksi (a) terjadi dalam racemisasi, transaminasi, β-eliminasi, γ-eliminasi, β-replikasi, dan β-dekarboksilasi. Reaksi (b) terjadi di α-dekarboksilasi. Reaksi (c) terjadi di perpecahan aldol. Walaupun tiga tipe dari reaksi sudah diketahui, hampir bukan variabel yang diberi enzim tidak spesifik tentang ikatan akan istirahat. Ketegasan yang luar biasa ini adalah dalam kaitan dengan fakta bahwa enzim dapat memegang substrate sedemikian sehingga hanya ikatan yang diperlukan dapat dirusakkan. Kelurusan ini mungkin dalam kaitan dengan yang strategis memposisikan kelompok tertentu di dalam lokasi yang aktip.



Tergantung pada pergeseran electron yang menempati tempat, 9 jenis utama dari reaksi dikenali : transaminasi, β-dekarboksilasi, α-dekarboksilasi, perpecahan aldol, perpecahan, γ –eliminasi, β –eliminasi, γ-displacement, atau β-displacement mungkin terjadi. Dalam penambahan, in mungkin disebut dengan jenis PLP ensim menyelesaikan reaksi unik itu tidak jaruh menjadi skema klasifikasi ini. seperti dialkyl amino acid .-transaminase, tryptophan synthase, threonine syn-thase, dan S-aminolevulinic acid synthase. Tiga enzim adalah yang penting bagi pengurangan CDP gula ke 1,3-dideoxy gula. Salah satu dari enzim ini berisi pyridoxamine. Pyridoxamine, yang bukan pyridoxal, adalah suatu diperlukan faktor pertumbuhan untuk organisma tertentu . Ini adalah satu-satunya dikenal kasus di mana cofactor kebutuhan adalah untuk amina dibanding/bukannya pyridoxal membentuk. 1,3-Dideoxy Gula adalah komponen yang penting dari dinding sel hasil bakteri tertentu. Yang dengan menarik, di dalam binatang menyusui, sekitar 40-50% tentang PLP badan harus glycogen phosphorylase; di sini, peran PLP tidaklah katalitis tetapi yang struktural. Karena detil tambahan mengenai mekanisme pyridoxal 5'-phosphate katalisis. Lihat Dunathan (1971).

Reaksi stikland
Anggota tertentu dari genus Clostridium menyelesaikan reaksi reduksi- oksidasi digabungkan yang menyertakan asam amino tertentu yang donor hidrogen dan aseptor lain :



Suatu contoh yang spesifik dari reaksi seperti itu yang menyertakan glycine dan alanine akan berlangsung menurut rencana reaksi yang berikut:



Reaksi jenis ini memimpin ke arah pembentukan rantai pendek zat asam yang mengandung gemuk dan keto asam. Mekanisme Stickland Reaksi tidaklah dengan sepenuhnya dipahami. melibatkan beberapa langkah-langkah di mana NAD yang pertama menerima hidrogen dari amino penderma asam dan memindahkan nya kepada akseptor asam amino. Reaksi yang belakangan mengkatalisasi oleh suatu amino reductase asam: