Szimbiotikus nitrogénkötés



Hasonló dokumentumok
A nitrogén körforgalma. A környezetvédelem alapjai május 3.

A mikrobiológiai készítmények hatékonysága

Agroökológiai rendszerek biogeokémiai ciklusai és üvegházgáz-kibocsátása

A citoszolikus NADH mitokondriumba jutása

BIOLÓGIAI PRODUKCIÓ. Az ökológiai rendszerekben végbemenő szervesanyag-termelés. A növények >fotoszintézissel történő szervesanyagelőállítása

Gáz halmazállapotú energiahordozók és biohajtóanyagok (biogáz, biohidrogén)

Biogeokémiai ciklusok

A BAKTÉRIUMOK TÁPLÁLKOZÁSA

Jól láthatóak a szója gyökérzetén fejlődő gümők

MEZŐGAZDASÁGI ALAPISMERETEK

Mikroorganizmusok szerepe a szénkörforgalomban

A bioenergetika a biokémiai folyamatok során lezajló energiaváltozásokkal foglalkozik.

az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen Telek Fanni környezetvédelmi előadó

Stanley Miller kísérlet rajza:

Vízminőség, vízvédelem. 3. előadás Kémiai-fizikai alapok II.

A nitrifikáció folyamatát befolyásoló tényezők vizsgálta ivóvízelosztó rendszerekben

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései TÁPOLDATOK, TÁPTALAJOK HOZAMKIFEJEZÉS ÁLTALÁNOSITÁSA. Fermentációs tápoldatok MIKROORGANIZMUSOK TÁPANYAG IGÉNYE

Bevezetés a növénytanba Növényélettani fejezetek 2.

ALKALMAZOTT TALAJTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Ph.D. értekezés tézisei. A c-típusú citokrómok biogenezisében résztvevő fehérjék. szerepe és génjeik szabályozása Sinorhizobium meliloti-ban

A hüvelyes növények szerepe a talaj tápanyag-gazdálkodásában

Zsírsav szintézis. Az acetil-coa aktivációja: Acetil-CoA + CO + ATP = Malonil-CoA + ADP + P. 2 i

7. előadás. Valódi baktériumok - Bacteria

Korszerű eleveniszapos szennyvízkezelési eljárások, a nitrifikáció hatékonyságának kémiai, mikrobiológiai vizsgálata

Evolúcióelmélet és az evolúció mechanizmusai

A szója oltás jelentősége és várható hozadékai. Mándi Lajosné dr

A szénhidrátok lebomlása

Környezeti klimatológia I. Növényzettel borított felszínek éghajlata

A tejelő tehenészet szerepe a. fenntartható (klímabarát) fejlődésben

A Mikro-Vital baktériumtrágyák. Elméletek és eredmények

Milyen biológiai okai vannak a biológiai fölösiszap csökkentésnek? Horváth Gábor Szennyvíztechnológus

A felvétel és a leadás közötti átalakító folyamatok összességét intermedier - köztes anyagcserének nevezzük.

Populációk együttesei

A bioszféra kialakulása

Az ökológia alapjai - Növényökológia

Glikolízis. Csala Miklós

Anaerob fermentált szennyvíziszap jellemzése enzimaktivitás-mérésekkel

A levegő Szerkesztette: Vizkievicz András

Nemzeti Kutatási és Fejlesztési Programok (NKFP) 2001

80 éves a Debreceni Egyetem Növénytani Tanszék Ünnepi ülés és Botanikai minikonferencia november

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

A baktériumok (Bacteria) egysejtű, többnyire pár mikrométeres mikroorganizmusok. Változatos megjelenésűek: sejtjeik gömb, pálcika, csavart stb.

09. A citromsav ciklus

AGRO.bio. Talaj növény - élet. Minden itt kezdődik

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A baktériumok szaporodása

Az ökoszisztéma Szerkesztette: Vizkievicz András

A nitrifikáció folyamatát befolyásoló tényezők vizsgálta ivóvízelosztó rendszerekben

4.4 BIOPESZTICIDEK. A biopeszticidekről. Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai

Az energiatermelõ folyamatok evolúciója

SZENNYVÍZ ISZAP KELETKEZÉSE,

BIOGÉN ELEMEK MÁSODLAGOS BIOGÉN ELEMEK (> 0,005 %)

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH / nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

WINOGRADSKY-OSZLOP KÉSZÍ- TÉSE. Szedlacsek Zsolt és Végh Bence

Citrátkör, terminális oxidáció, oxidatív foszforiláció

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2017 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

A piruvát-dehidrogenáz komplex. Csala Miklós

A RhizoNat Extra természetes szója oltópor nagy nitrogénkötő. eredetű, hozamfokozó szója oltóanyag, mely biotermesztésnél is felhasználható.

Ivóvíz: kémia

Mikrobiológiai megoldások a fenntartható gazdálkodáshoz

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Biogáz hasznosítás. SEE-REUSE Az európai megújuló energia oktatás megerősítése a fenntartható gazdaságért. Vajdahunyadvár, december 10.

A RhizoNat Extra természetes szója oltópor nagy nitrogénkötő. eredetű, hozamfokozó szója oltóanyag, mely biotermesztésnél is felhasználható.

A felvétel és a leadás közötti átalakító folyamatok összességét intermedier - köztes anyagcserének nevezzük.

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2015 nyilvántartási számú 1 akkreditált státuszhoz

BIOLÓGIA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Fény Levegő (O 2, CO 2 ) Víz Tápanyag. Nem helyettesítik egymást

TÁPANYAGGAZDÁLKODÁS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

1. A nitrogén körforgása

szervezet INDIVIDUÁLIS

Létesített vizes élőhelyek szerepe a mezőgazdasági eredetű elfolyóvizek kezelésében

NITROGÉNKÖTŐ ENDOSZIMBIÓZISOK 1

Glikolízis. emberi szervezet napi glukózigénye: kb. 160 g

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁS Az ember és környezete, ökoszisztémák. Dr. Géczi Gábor egyetemi docens

Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája. Mohácsiné dr. Farkas Csilla

A TALAJ A TALAJ. TALAJPUSZTULÁS, TALAJSZENNYEZÉS A talaj szerepe: Talajdegradáció

Energiatermelés a sejtekben, katabolizmus. Az energiaközvetítő molekula: ATP

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

BIM környezetmérnök M.Sc. Biológiai szennyvíztisztítás

4. SZERVES SAVAK. Az ecetsav biológiai előállítása SZERVES SAVAK. Ecetsav baktériumok. Az ecetsav baktériumok osztályozása ECETSAV. 04.

Nitrogén- és szénvegyületek átalakulásának követése egy többlépcsős biológiai szennyvízkezelő rendszerben

VÍZTISZTÍTÁS BIOLÓGIAI MÓDSZEREKKEL. Készítette: Kozma Lujza és Tóth Ádám

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁS LEVEGŐSZENNYEZÉS, A SZTRATOSZFÉRIKUS ÓZONRÉTEG ELVÉKONYODÁSA, GLOBÁLIS KLÍMAVÁLTOZÁS

A felépítő és lebontó folyamatok. Biológiai alapismeretek

Integráció. Csala Miklós. Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

A KOLESZTERIN SZERKEZETE. (koleszterin v. koleszterol)

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2015 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

A levegő. A földi légkör a földtörténet során jelentős változásokon ment keresztül.

A glükóz reszintézise.

Ökológiai Intézet a Fenntartható Fejlődésért Alapítvány Miskolc, Kossuth u. 13

Fotoszintézis. 2. A kloroplasztisz felépítése 1. A fotoszintézis lényege és jelentısége

Szerkesztette: Vizkievicz András

A tantárgy besorolása: kötelező A tantárgy elméleti vagy gyakorlati jellegének mértéke, képzési karaktere 100/0 (kredit%)

Nemzeti Akkreditáló Testület. MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2013 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

BIOGÉN ELEMEK Azok a kémiai elemek, amelyek az élőlények számára létfontosságúak

Nemzeti Akkreditáló Testület. RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAT /2015 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz


A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció

RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAH /2016 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Átírás:

Szimbiotikus nitrogénkötés Nitrogén körforgalom, kémiai és biológiai nitrogénkötés - szabadonélő, asszociatív és szimbiotikus nitrogénkötés. Növény-baktérium kapcsolatok: az agrobaktériumok és a rhizobiumok összehasonlítása, gazdanövények, gazdaspecifitás. A biológiai nitrogénkötés vizsgálatának módszerei, a kezdet és ma : morfológiai, biokémiai, genetikai, molekuláris biológiai megközelítések, népszerű kísérleti rendszerek. A rhizobium genom. A szimbiózis kialakulása: növényi faktorok, a nodulációs gének azonosítása.szerepe, regulációja. A szimbiózis kialakulása: a nodulációs gének regulációja. A növény inváziójában szerepet játszó gének és struktúrák: exopoliszacharidok, kapszuláris poliszacharidok, lipopoliszacharidok. Invázió és a környezethez való alkalmazkodás: ozmotolerancia, ph tolerancia és a szabályozásért felelős gének azonosítása. A nitrogénkötés génjei : a fix és nif gének azonosítása, a géntermékek szerkezete és szerepe. A nif gének szabályozása : a kötött nitrogén és az oxigén szerepe, regulációs körök. A rhizobium genom. Tovább a genomszekvencia ismeretében.

A nitrogén körforgalma DENITRIFIKÁCIÓ dinitrogén N 2 NITROGÉNFIXÁLÁS AMONIFIKÁCIÓ nitrát NO - 3 ammónia NH + 4 aminosavak, fehérjék... NITRIFIKÁCIÓ nitrit NO - 2 ASSZIMILÁCIÓ

A nitrogén körforgalma nitrát NO - 3 ammónia NH + 4 aminosavak, fehérjék... nitrit NO - 2 ASSZIMILÁCIÓ

Asszimilációs nitrát redukció A nitrát nitrogénjének beépítése a fehérjékbe - két út : GDH és GS-GOGAT GDH: glutamát dehidrogenáz kevés energiaigény (NADH, NADPH) rossz hatásfok: reverzibilis reakció, alacsony affinitás

GS: glutamin szintetáz glutaminsav + NH 3 + ATP glutamin + H 2 O + ADP + Pi hatékony enzim, nagy affinitással az amóniához, de ATP felhasználás GOGAT: glutamin-oxoglutarát aminotranszferáz (glutamát szintáz) glutamin + ketoglutarát + NADH 2 glutarát + NAD +

A nitrogén körforgalma AMONIFIKÁCIÓ nitrát NO - 3 ammónia NH + 4 aminosavak, fehérjék... NITRIFIKÁCIÓ nitrit NO - 2

Ammonifikálás A bomlási folyamatokban az ammónia felszabadul (GDH fordított reakció pl.) aminosavak hidrolízise deaminázok) amidokból deamidázok (ureáz) - istálószag szabad ammónia jelenik meg talajban jól kötődik a növények inkább a nitrátotpreferálják Nitrifikálás kemotróf baktériumok - NH 3 energiaforrás a CO 2 fixáláshoz (fény helyett) Nitrosomonas, ammónia nitrit reakció Nitrobacter nitrit nitrát oxidáció (kevesebb faj) a nitrátot jobban felveszik a növények, de gyorsabban kimosódik a rhizoszférából, műtrágyázás és a nitrátos vizek

A nitrogén körforgalma dinitrogén N 2 nitrát NO - 3 DENITRIFIKÁCIÓ Disszimilációs nitrát redukció -oxidációhoz kötött, NO - 3 oxigénforrás -csökken a Földi kötöt N-tartalom, nitrogénkötés -Pseudomonas, Micrococcus, Thiobacillus

A nitrogén körforgalma dinitrogén N 2 NITROGÉNFIXÁLÁS A dinitrogén A Föld légkörének 78 % nitrogéngáz 20% oxigéngáz ammónia NH + 4 aminosavak, fehérjék... Az élőlények 1,5 x 10 10 tonna nitrogét tartalmaznak, ebből évente 1 x 10 9 tonna nitrogén vesz részt a körforgásban 2 x 10 8 tonna nitrogént forgalmaz évente nitrogénkötés

A biológiai nitrogénkötés nitrogén fixálás N 2 + 10H + + 8e - + nmgatp 2 NH 4+ + H 2 + nmgadp + npi (n>15) csak egyes prokarióta mikroorganizmusok képesek rá jelentősége: - kötött nitrogén utánpótlása - az ammónia azonnal asszimilálódik mezőgazdaság növényekkel asszociált mikróbák a jelentősek Haber-Bosch eljárás: a dinitrogén redukciója ammóniává : katalitikus, magas hőmérséklet, nyomás, energiaigényes Fizikai hatások: villámlás, UV, motorok - nitrogén oxidok, Kötött nitrogén pótlása: Az arányok a társadalmi fejlettségtől, és a helyi adottságoktól függenek. A két utolsó azonos is lehet, az első nem olyan jelentős (10-20%). szabadonélő mikróbák, szimbiózis (pillangósok) műtrágya

A nitrogenáz enzim 1940-50 sikertelen tisztítási kísérletek 1960 Clostridium pasteurianum, anaerob baktérium, extrakt tisztítás anaerob körülmények között: 15 N 2 15 NH 3 az oxigén azonnal tönreteszi az aktivitást további tisztítás (centrifugálás, elektroforézis, kromatoráfiás oszlopok,... stb) mikroaerob megoldása sokféle forrásból majdnem ugyanaz az enzim, felcsrélhető komponensek Clostridium pasteurianum Klebsiella pneumoniae Azotobacter croococum baci Cp1 Kp1 Ac1 Cp2 Kp2 Ac2 Mw (kdal) 220 218 227 55 67 64 Mo atom 2 2 2 0 0 0 Fe atom 22-24 30-35 21-25 4 4 4 szulfid csoport 22-24 >18 18-22 4 4 4 féléletidő (min) rövid 10 10 vsh 0,75 0,5

A nitrogenáz enzimkomplex : a Mo-Fe protein és az Fe protein nitrogenáz / nitrogenáz reduktáz a ferredoxin redukcióját fotoszintézis, respráció vagy fermentáció fedezi

Nitrogénkötő baktériumok SZABADONÉLŐ Azotobacter Beijerinckia Klebsiella Cyanobacteria* (néhány) (néhány), ASSZOCIATÍV Clostridium (néhány) Desulfovibrio bíbor kénbaktériumok* bíbor nem-kénbaktériumok* zöld kénbaktériumok* Cyanobacteria* zuzmók, cikászok Azospirillum, Azotobacter ENDOSZIMBIOTIKUS Pillangósokkal (Fabaceae) rhizobiumok - Rhizobiales Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium, Sinorhizobium Más növényekkel Azospirillum Frankia (Actinomycetales, Gram +) (*fotoszintetizáló)

SZABADONÉLŐ Klebsiella pneumoniae -a nitrogénkötés génjeinek megismerése, kezdeti modellorganizmus Azospirillum, Azotobacter fajok: a gyökerek (kukorica) közelében a gyökér által kibocsájtott cukrok és egyéb szerves anyagok felhasználásával nyerhetik az energiát, laza asszociatív szimbiózis, kisebb jelentőség Cyanobacteria* - szabadonélő és asszociatív nitrogénkötők

ASSZOCIATÍV kapcsolatok Cyanobacteria* - szabadonélő és asszociatív nitrogénkötők criptobiotikus kéreg a sivatagi homokon (Utah) jobb fölső és közép az első betelepülők (Mars?), cianobaktériumok, gombák, zuzmók, zöldalgák

Száraz barna kéreg, egy része (négyzet) - nedvesítés után középen látható - zuzmók (nyíl, négyzet) és cianobaktérium pázsit (karika) egy cianobktérium (Nostoc) felépítése: fotoszintetizáló filamentumok, fotoszisztem I és II, - oxigén termelés heterociszták (H) megnagyobbodott, nitrogénkötésre specializálódott sejtek nincs oxigén termelés, csak PS-I (ATP) és nitrogenáz enzim

Azolla Anabena asszociáció, levélben - rizsföldek növekedés és talajba kerülés után fokozza a kötött N2 tartalmat cikász - cianobaktérium asszociáció : a baktérium a talaj felszínén elágazó léggyökerekben található