Азотофиксирующие организмы

[arseniiv]

Есть ли какая-то принципиальная проблема к фиксации азота воздуха эукариотами? А то я слышал покуда только о таких бактериях, а свойство кажется весьма эволюционно полезным. Так что, видимо, оно не очень полезно, или у него достаточно минусов (сколько там энергии надо на разрыв связей в $\mathrm{N_2}$), в том числе плохая сочетаемость с физиологией интересующих организмов, или нам просто не повезло, или примеры на самом деле есть, и не повезло лишь мне со знанием о них, и было бы интересно узнать точнее, какие из этих вещей верны.

[Anton_Peplov]

У Еськова (хотя, возможно, у Маркова) я читал, что имеющиеся в распоряжении жизни механизмы азотфиксации работают только в бескислородной или почти бескислородной среде. Поэтому аэробные организмы для фиксации азота обзаводятся специальными камерами, слабопроницаемыми для кислорода. Впервые такие камеры появляются около 1,4 млрд. лет назад, после кислородной революции.

[grizzly]

arseniiv в сообщении #1180457 писал(а):

Есть ли какая-то принципиальная проблема к фиксации азота воздуха эукариотами?

Вот здесь (1985 г. издания) в самом начале стр.306 (или 678) говорится, что ведутся работы по выделению ДНК, ответственной за процесс, и вживлению её в геном растений. Так что на то время принципиальных ограничений известно не было, как я понимаю. А эволюционно более эффективным оказалось разделение труда, как вариант.

[Xugin]

А не проще было бы внедрить гены которые отвечают за образование клубеньков у бобовых представителям других семейств?

[DimaM]

Xugin в сообщении #1180486 писал(а):

А не проще было бы внедрить гены которые отвечают за образование клубеньков у бобовых представителям других семейств?

Так нужно еще бактерий правильных поселить.

[Xugin]

DimaM в сообщении #1180568 писал(а):

Так нужно еще бактерий правильных поселить.

Так свято место..., приспособятся как-нибудь. А вот неплохо было бы иметь пшеницу с клубеньками, и не изводить килотонны селитры загрязняя и без того несчастную почву. Правда туповатый закон о ГМО более весомое препятствие.

[EUgeneUS]

Цитата:

Есть ли какая-то принципиальная проблема к фиксации азота воздуха эукариотами?

Как-то биологи не очень отвечают на поставленный вопрос. Ниже - на основе научно-популярной литературы (Марков, etc), насколько она была понята.

Тут как бы два вопроса:
1. Почему в природе нет азотофиксирующих эукариот? Судя по всему последний общий предок эукариот не унаследовал азотофиксирующий комплекс, или утратил его за ненадобностью. А повторно ему было не из чего возникнуть, или не зачем.

2. Нельзя ли сделать азотофиксирующую эукариоту? Наверное, уже можно. Но "отрастить клубеньки у пшеницы", видимо, проще.

[Nessen8]

arseniiv в сообщении #1180457 писал(а):

Так что, видимо, оно не очень полезно, или у него достаточно минусов (сколько там энергии надо на разрыв связей в $\mathrm{N_2}$)

Хотелось бы прояснить этот вопрос. Могут ли существовать в принципе ферменты позволяющие расщеплять молекулу азота без затрат энергии?

[rockclimber]

Nessen8 в сообщении #1181973 писал(а):

Могут ли существовать в принципе ферменты позволяющие расщеплять молекулу азота без затрат энергии?

Не могут. Это вечный двигатель получится.

[madschumacher]

rockclimber в сообщении #1181982 писал(а):

Не могут. Это вечный двигатель получится.

Формально, могут (по-крайней мере запрета нет), но в смысле безактивационных реакций (т.е. формально у них нет барьера активации $E_a$ в уравнении Аррениуса $k_r \propto \exp \left( - \frac{E_a}{kT} \right)$). Законы термодинамики в реакции при этом, понятное дело, нарушаться не будут. Распад азота при этом может даже быть (на этой конкретной стадии) экзотермической реакцией, но природа возьмет свое на других стадиях (например, образования этого белка).

[Nessen8]

madschumacher в сообщении #1182057 писал(а):

rockclimber в сообщении #1181982 писал(а):

Не могут. Это вечный двигатель получится.

Формально, могут (по-крайней мере запрета нет), но в смысле безактивационных реакций (т.е. формально у них нет барьера активации $E_a$ в уравнении Аррениуса $k_r \propto \exp \left( - \frac{E_a}{kT} \right)$). Законы термодинамики в реакции при этом, понятное дело, нарушаться не будут. Распад азота при этом может даже быть (на этой конкретной стадии) экзотермической реакцией, но природа возьмет свое на других стадиях (например, образования этого белка).

Т.е. на стадии образовании белка усваивать азот из удобрений все же энергетически выгоднее чем из воздуха?
А как тогда платина разбивает молекулу водорода без затрат энергии?
В топливном элементе ведь практически нет затрат энергии на расщепление водорода и его "ионизацию"?

[rockclimber]

madschumacher в сообщении #1182057 писал(а):

rockclimber в сообщении #1181982 писал(а):

Не могут. Это вечный двигатель получится.

Формально, могут (по-крайней мере запрета нет), но в смысле безактивационных реакций (т.е. формально у них нет барьера активации $E_a$ в уравнении Аррениуса $k_r \propto \exp \left( - \frac{E_a}{kT} \right)$). Законы термодинамики в реакции при этом, понятное дело, нарушаться не будут. Распад азота при этом может даже быть (на этой конкретной стадии) экзотермической реакцией, но природа возьмет свое на других стадиях (например, образования этого белка).

Тут все упирается в определение того, что мы называем "расщеплять молекулу азота без затрат энергии". Если понимать как "просто расщепить на атомы и всё", без дополнительных условий, то ответ будет "нет, невозможно", а если как отдельную стадию более сложного процесса (в котором в итоге природа возьмет свое), то ответ будет "да, а толку-то".

Nessen8 в сообщении #1182133 писал(а):

А как тогда платина разбивает молекулу водорода без затрат энергии?

Вот ровно на этот вопрос и написал ответ madschumacher! (Точнее, это почти тот же самый вопрос, что и разбиение молекулы азота на атомы с помощью фермента). Если что-то конкретное в ответе непонятно, спрашивайте, что именно. А если вообще ничего непонятно - гуглите учебник химии...

[grizzly]

arseniiv в сообщении #1180457 писал(а):

Есть ли какая-то принципиальная проблема к фиксации азота воздуха эукариотами? А то я слышал покуда только о таких бактериях, а свойство кажется весьма эволюционно полезным.

А симбиоз засчитывается?

А.Марков про симбиоз писал(а):

Термиты вообще могут питаться чистой целлюлозой, что не под силу другим организмам. Помимо симбионтов, переваривающих целлюлозу, у термитов есть еще и симбионты, фиксирующие атмосферный азот. Здесь мы можем наблюдать поистине уникальную самодостаточность симбиотического сверхорганизма.

[arseniiv]

Симбиоз ещё как засчитывается! Спасибо, не знал про термитов.

[Dynev]

Интересный вопрос. На мой взгляд, ответ состоит в том, что первичные эукариоты были гетеротрофами - то есть весь необходимый азот они уже получали в связанной форме вместе с пищей, поэтому настолько энергозатратный процесс был им ни к чему. Типичной нитрогеназе необходимо 16 молекул АТФ для катализа превращения одной молекулы азота в аммоний, а это очень большое число в контексте метаболизма клетки. Кроме того, первичным эндосимбионтом эукариот были митохондрии, а сами эукариоты жили в среде, насыщенной кислородом. Нитрогеназа очень легко окисляется кислородом, поэтому азотофиксаторы используют разные хитрости для его нейтрализации. То есть, у эукариот, имеющих митохондрии и живущих в среде, насыщенной кислородом, нет никаких причин для приобретения азотфиксирующей системы. Ну а митохондрия - слишком ценный органоид, чтобы отказываться от его функционала, даже для эукариот-автотрофов.

Хотя любопытно - недавно я читал про термофильного стрептококка, нитрогеназа которого невосприимчива к кислороду. Вообще, различных изоформ нитрогеназы несколько, есть и те, которые менее чувствительны к кислороду, нежели наиболее древняя и распространенная. Но все же чувствительны. Пару десятков лет назад пытались пересадить гены нитрогеназы в кишечную палочку - не вышло. Из-за кислорода, естественно. Но с открытием новой изоформы, возможно, все изменится.

Надеюсь, что я смог ответить на Ваш вопрос.