Voidaan sanoa, että typpi kasveille on sama asia kuin bensiini autoille. Se on niiden kasvun perusta, moottori, joka mahdollistaa lehtien, varsien ja hedelmien muodostumisen.
Sisältö
Ongelmana on, että tätä ”polttoainetta” ei saada suoraan ilmasta, vaan se tuotetaan jatkuvasti teollisten lannoitteiden avulla, mikä aiheuttaa korkeita ympäristöön kohdistuvia kustannuksia ja seurauksia, jotka eivät aina ole ilmeisiä.
Tähän asti on ajateltu, että typpi on haitallista maaperälle , vaikuttaa ekosysteemeihin ja luo kemiallisen riippuvuuden, joka vaikuttaa koko ravintoketjuun. Hyvä uutinen on, että tieteellinen tutkimus voi muuttaa tämän mallin ja tehdä siitä itsenäisen.
Tutkijat ovat havainneet, kuinka proteiini auttaa kasveja ottamaan talteen omaa typpeä.
Ilmakehän typpi on yleisin kaasu ilmassa, mutta se on hyödytön useimmille elävälle organismeille. Kasvit voivat käyttää sitä vain, kun tietyt mikro-organismit muuttavat sen imeytyviksi yhdisteiksi . Tämä prosessi tapahtuu nitrogeenien avulla – entsyymien, jotka ovat erittäin herkkiä hapelle ja suorittavat biologisen typen sitomisen.
Toimintansa varten nämä entsyymit tarvitsevat monimutkaisen metallisen kofaktorin. Sen kokoaminen vaatii tarkkaa vaiheiden järjestystä ja useiden proteiinien osallistumista. Yksi tärkeimmistä on NifEN, joka toimii molekyylirungona, jossa kofaktorin rakentamisen viimeinen vaihe saatetaan päätökseen ennen sen integrointia aktiiviseen nitrogenaasiin, joka tunnetaan nimellä NifDK.
Tähän asti tiesimme, mitä NifEN tekee, mutta emme tienneet, miten. Uusi tutkimus, joka on julkaistu Nature Chemical Biology -lehdessä, osoittaa, kuinka tämä prosessi mahdollistaa kasvien tarvitseman typen saannin ilman ulkoisia lähteitä. Ensisilmäyksellä tämä on yksinkertainen idea, mutta se liittyy valtavaan biologiseen monimutkaisuuteen.
Kuinka tutkijat päätyivät tähän johtopäätökseen?
Työtä johti kansainvälinen ryhmä rakenteellisen biologian instituutista ja CSIC:stä, ja siihen osallistui kasvien bioteknologian ja genomiikan keskus. Prosessin havainnoimiseksi he käyttivät kryogeenistä elektronimikroskopiaa, menetelmää, joka mahdollistaa proteiinien jäädyttämisen täysin toimivassa tilassa ja niiden analysoinnin lähes atomitasolla.
Kuvat osoittavat, että NifEN ei ole jäykkä rakenne . Proteiini avautuu ja sulkeutuu, muuttaa muotoaan ja ohjaa kofaktorin esiasteen pinnalta sisäonteloon. Siellä sen kypsyminen päättyy. Tämä yksityiskohta kumosi aiemmat hypoteesit, joiden mukaan tämä prosessi tapahtui proteiinin ulkopuolella .
Lisäksi tiimi havaitsi kofaktorin välivaiheet kuljetusprosessissa, mikä on suora todiste siitä, että kokoonpano tapahtuu dynaamisesti ja hallitusti. Tällainen käyttäytyminen selittää toiminnallisen eron synteesiin keskittyvän NifEN:n ja typpifiksaatioon tarkoitetun NifDK:n välillä.
Miksi tämä edistysaskel typpialalla on tärkeä maataloudelle
Suurin osa nykyaikaisista viljelykasveista käyttää typpilannoitteita, jotka on tuotettu Haber-Bosch-menetelmällä, joka vaatii suuria määriä maakaasua. Jos kasvi kykenee sitomaan typpeä itsenäisesti, tämä prosessi ei ole tarpeen .
Tämä vaikuttaa suoraan ilmastoon . Lannoitteiden tuotanto ja käyttö aiheuttaa suuria määriä typpioksiduulin päästöjä – kaasua, jonka ilmaston lämpenemispotentiaali on paljon suurempi kuin hiilidioksidin. Sen käytön vähentäminen parantaa välittömästi ilmakehän tilaa .
Se myös parantaa jokien ja merien tilaa. Ylimääräinen typpi huuhtoutuu sateen mukana ja aiheuttaa rehevöitymistä, joka tuhoaa vesiekosysteemejä. Itsenäinen kasvi käyttää tarvitsemansa typen ilman, että ympäristölle aiheutuu haittaa.
