Galima sakyti, kad azotas augalams yra tas pats, kas benzinas automobiliams. Jis yra augalų augimo pagrindas, variklis, leidžiantis jiems formuoti lapus, stiebus ir vaisius.
Problema ta, kad šis „kuras“ neatsiranda tiesiogiai iš oro, bet nuolat gaunamas naudojant pramoninius trąšus, o tai yra brangu aplinkai ir turi pasekmių, kurios ne visada matomos.
Iki šiol azotas eikvojo dirvožemį, darė poveikį ekosistemoms ir sukūrė cheminę priklausomybę, kuri paveikė visą maisto grandinę. Geros naujienos yra tai, kad mokslinis tyrimas galėtų pakeisti šį modelį ir padaryti jį savarankišką.
Sužinokite, kaip baltymai leidžia augalams fiksuoti savo azotą
Atmosferinis azotas yra gausiausias dujas ore, tačiau jis yra nenaudingas daugumai gyvų organizmų. Augalai jį naudoja tik tada, kai tam tikri mikroorganizmai jį paverčia asimiliuojamais junginiais. Šį darbą atlieka azotazės – fermentai, kurie yra labai jautrūs deguoniui ir atlieka biologinį azoto fiksavimą.
Kad veiktų, šiam fermentui reikalingas sudėtingas metalinis kofaktorius. Jo surinkimui reikalinga tiksli veiksmų seka ir kelių baltymų įsikišimas. Vienas iš svarbiausių yra NifEN, kuris veikia kaip molekulinis karkasas, kuriame baigiamas galutinis kofaktoriaus surinkimo etapas, prieš jį integruojant į aktyvų azotazę, žinomą kaip NifDK.
Iki šiol buvo žinoma, ką daro NifEN, bet ne kaip jis tai daro. Naujasis tyrimas, paskelbtas Nature Chemical Biology, parodo, kaip šis procesas leidžia pačiam augalui gauti jam reikalingą azotą, nesiremiant išoriniais šaltiniais. Idėja atrodo paprasta, bet ji apima didžiulį biologinį sudėtingumą.
Kaip mokslininkai priėjo prie šios išvados
Darbus vadovavo tarptautinė komanda iš Struktūrinės biologijos institutas kartu su CSIC, dalyvaujant Augalų biotechnologijos ir genomikos centrui. Norėdami stebėti procesą, jie naudojo kriogeninę elektronų mikroskopiją – techniką, leidžiančią baltymus užšaldyti visiškai veikiant ir analizuoti beveik atominiu skiriamuoju gebėjimu.
Vaizdai rodo, kad NifEN nėra standi struktūra. Baltymas atsidaro ir užsidaro, keičia formą ir nukreipia kofaktoriaus pirmtaką nuo paviršiaus į vidinę ertmę. Čia baigiamas jo brendimas. Ši detalė pataiso ankstesnes hipotezes, pagal kurias procesas vyko už baltymo ribų.
Be to, komanda nustatė tarpinę kofermento būseną pervežimo metu, o tai yra tiesioginis įrodymas, kad surinkimas vyksta dinamiškai ir kontroliuojamai. Šis elgesys paaiškina funkcinį atskyrimą tarp NifEN, kuris orientuotas į statybą, ir NifDK, kuris skirtas azoto fiksacijai.
Kodėl šis proveržis azoto srityje yra svarbus žemės ūkiui
Dauguma dabartinių kultūrų priklauso nuo azoto trąšų, pagamintų naudojant Haberio-Boscho procesą, kuris sunaudoja didelius kiekius gamtinių dujų. Jei augalas sugeba fiksuoti savo azotą, ta gamykla nebėra būtina.
Tai turi tiesioginį poveikį klimatui. Trąšų gamyba ir naudojimas išskiria didelius kiekius azoto oksido, dujų, kurių globalinio atšilimo potencialas yra daug didesnis nei anglies dioksido. Sumažinus jo naudojimą, atmosfera gautų nedelsiamą palengvėjimą.
Tai taip pat pagerintų upių ir vandenynų sveikatą. Azoto perteklius nuplaunamas lietaus ir sukelia eutrofikaciją – reiškinį, kuris naikina vandens ekosistemas. Savarankiškas augalas naudoja jam reikalingą azotą, nepadarydamas žalos aplinkai.
