gen Nif
Geny nif geny kodujące to enzymy zaangażowane w wiązanie azotu atmosferycznego w formę azotu dostępną dla organizmów żywych. Podstawowym enzymem kodowanym przez nif jest kompleks azotazy odpowiedzialny za przekształcanie atmosferycznego azotu (N2 ) w inne formy azotu, takie jak amoniak , który organizm może wykorzystać do różnych celów. Oprócz enzymu azotazy nif kodują również szereg białek regulatorowych zaangażowanych w wiązanie azotu. The nif znajdują się zarówno w wolno żyjących bakteriach wiążących azot, jak iw bakteriach symbiotycznych związanych z różnymi roślinami. Ekspresja nif jest indukowana w odpowiedzi na niskie stężenia związanego azotu i tlenu (niskie stężenia tlenu są aktywnie utrzymywane w środowisku korzeni roślin żywicielskich). Pierwsze geny Rhizobium odpowiedzialne za wiązanie azotu (nif) i nodulację (nod) zostały sklonowane na początku lat 80. przez Gary'ego Ruvkuna i Sharon R. Long w laboratorium Fredericka M. Ausubela .
Rozporządzenie
U większości bakterii regulacja transkrypcji genów nif jest dokonywana przez wrażliwe na azot białko NifA. Kiedy organizm nie ma wystarczającej ilości związanego azotu, NtrC uruchamia ekspresję NifA, a NifA aktywuje pozostałe nif . Jeśli występuje wystarczająca ilość zredukowanego azotu lub obecny jest tlen, aktywowane jest inne białko: NifL. NifL hamuje aktywność NifA, co powoduje zahamowanie tworzenia azotazy. NifL jest regulowany przez iloczyny glnD i glnK . Geny nif można znaleźć na bakteriach chromosomów , ale w bakteriach symbiotycznych często znajdują się na plazmidach lub wyspach symbiozy z innymi genami związanymi z wiązaniem azotu (takimi jak geny nod ).
Przykłady w przyrodzie
Ekspresja i regulacja genów nif , chociaż mają wspólne cechy we wszystkich lub większości organizmów wiążących azot w przyrodzie, mają odrębne cechy i cechy, które różnią się w zależności od diazotrofu. Przykłady nif w różnych diazotrofach obejmują:
Klebsiella pneumoniae — wolnożyjąca beztlenowa bakteria wiążąca azot. Zawiera w sumie 20 nif zlokalizowanych na chromosomie w regionie 24-Kb. nifH , nifD i nifK kodują podjednostki azotazy, podczas gdy nifE , nifN , nifU , nifS , nifV , nifW , nifX , nifB i nifQ kodują białka zaangażowane w składanie i włączanie żelaza i molibdenu w podjednostki azotazy. nifF i nifJ kodują białka związane z przenoszeniem elektronów zachodzącym w procesie redukcji, a nifA i nifL są białkami regulatorowymi odpowiedzialnymi za regulację ekspresji pozostałych genów nif .
Rhodospirillum rubrum — wolnożyjąca beztlenowa bakteria fotosyntetyzująca, która oprócz opisanej powyżej kontroli transkrypcji reguluje ekspresję genów nif również w sposób metaboliczny poprzez odwracalną rybozylację ADP specyficznej reszty argininy w kompleksie azotazy. Rybozylacja ma miejsce, gdy obecny jest zredukowany azot i powoduje barierę w przepływie przenoszenia elektronów, a tym samym inaktywację aktywności azotazy. Enzymy katalizujące rybozylację to DraG i DraT.
Rhodobacter capsulatus — wolnożyjący fototrof beztlenowy zawierający transkrypcyjny system regulacyjny genu nif . R. capsulatus reguluje ekspresję genu nif poprzez nifA w taki sam sposób jak opisano wcześniej, ale wykorzystuje inny aktywator nifA , który inicjuje NtrC. NtrC aktywuje inną ekspresję nifA i innych genów nif .
Rhizobium spp. — Gram-ujemne, symbiotyczne bakterie wiążące azot, które zwykle tworzą symbiotyczny związek z gatunkami roślin strączkowych . W niektórych ryzobiach nif znajdują się na plazmidach zwanych „plazmidami sym” (sym = symbioza), które zawierają geny związane z wiązaniem azotu i metabolizmem, podczas gdy chromosomy zawierają większość genów regulujących metabolizm bakterii. Regulacja nif odbywa się na poziomie transkrypcji i jest zależna od kolonizacji żywiciela roślinnego.