窒素同化とは?窒素固定と窒素同化の違いも復習!

窒素同化は、植物にとって何でしょう?
植物にとって、窒素同化は食事です。

 

だから窒素同化は、
植物にとって、ものすごく大事なんです。
知っていましたか?

植物って聞くと、どうしても光合成のイメージですよね。

それも、もちろんすごく大事ですよ。
だって、酸素を作ってくれてるんですから。

でも植物は、窒素同化ができないと光合成もできなくなる。

おっと、それは大変だ。

ということで今回は、
植物にとって超重要な窒素同化についてです。

 

窒素同化とは?

窒素同化とは?
参考書とかには、だいたいこんな感じで書かれてますよね。

植物が、アンモニアなどの窒素化合物を吸収し、これを材料にして、アミノ酸やタンパク質などの有機窒素化合物を合成すること。

あ、そうだった!ってわかった方は素晴らしいです。

でも、これ難しいですよ。
いろんな知識があってやっとたどりつきません?

なので、それぞれゆるく復習していきます。

 

この窒素同化を理解するには、
まず、窒素がどれだけ大切か?を知ると、すーっと頭に入ってきたりします。

だから、窒素が大切だって話から始めますよ!

 

窒素同化はなぜ必要?

それでは、主役を窒素に移します。

私たち人間も含めて、
生物のからだには窒素元素が絶対に必要です。

なぜかというと、
例えば、体をつくっている

  • タンパク質
  • アミノ酸
  • 核酸など

には窒素が含まれてるからです。

そっか、そういえば。

 

でも、ありがたいことに窒素は空気中に80%もあります。
なんだ、全然大丈夫じゃん!
と思うのですが、残念なお知らせが。

地球上のほとんどの生物が、空気中の窒素をそのまま使えないんです(T_T)

 

空気中だから、吸い込めば吸収できるかと言うと、
呼吸で得られるのは酸素で、窒素は吸うけどそのまま出ていきます。

 

では、どうやって窒素を体内に取り込んでるのか??

わたしたちは、食物(植物や動物)を食べることで窒素を得ています。
動物はみんなそうですね。

植物はどうでしょう?
植物は、土壌の中から窒素を吸収しています。

そう、だから窒素同化とは、

  • 直接は取り込めない窒素を
  • 別の形でからだに取り込んで、
  • 見事!自分の一部にする

過程のことなんです。

 

この窒素同化の過程では、
窒素元素(N2)さん自体は、全然出てこないです。
なのに、なんで窒素同化??
と思ったとしても、
全ては窒素のためだとわかると、ネーミングにも納得できます。

では、次はその過程を復習していきます。

 

仕組みはどうなっている?

突然ですが、
窒素同化の図ってみたことありますか?

なんかグルグル矢印が回ってるやつです。

 

今回は、この図をわかりやすく復習します。

図をいじっちゃっていいのかわからないですが、
私でもわかるようにしたらこうなりました。
という、説明の流れになってます。

んで、正直必要なところだけでいいのかなと思うので、
今回はこれで説明させてください!
(高校生物レベルなのかな?)

ちなみに、暗記防止のために、よく見る図と反対にしてます。。

まずアンモニウムイオンが、
植物のからだの中に、
ある程度たまった状態からスタートです。

ジェットコースターなんかが、
ある程度乗客が乗ったらスタートするイメージです。

そこから、
1)アンモニウムイオンは、グルタミン酸とくっついてグルタミンになります。
※グルタミン酸は、植物のからだの中にすでにあります。

2)グルタミンは、ケトグルタル酸とくっついて、2つのグルタミン酸になります。
※ケトグルタル酸は、植物のからだの中にすでにあります。

ここで、グルタミン酸が2つ出来るのがミソですよ!
グルタミン酸1号とグルタミン酸2号って名付けましょうか。

なんと、グルタミン酸1号は、1)に再利用されるんです。
そして、グルタミン酸2号だけが次のサイクルに進みます。

グルタミン酸1号が再利用されるので、
これ、1)と2)で被ってるのが分かりますか?

これをガシャコーンとくっつけると、こうなります。

サイクルの左側の図になりました。

3)グルタミン酸2号は、再びケトグルタル酸に戻る。
その過程でアミノ基ができます。

ケトグルタル酸が再利用されるので、
これも、2)と3)で被ってるの分かりますか?

これをガシャコーンとくっつけると、こうなります。

サイクルの右側の図になりました。

この図は、何ともよくまとまった、スマートな図なんですね。
でも、いきなり出てくると、ちょっと構えちゃいます。

分解して段階ごとに見ていくと、
やっぱりこの図にたどり着くんですが。

と、図の復習に時間を取ってしまいましたが、
ここで知っておくべき1番のポイントは、
アンモニウムイオンからアミノ基が作られるってところです。

しかし、このアミノ基をつくるだけで、こんなサイクルを経るとは。。

窒素を吸収するって、本当に大変ですね。

それでは、次はアミノ基からアミノ酸が出来るまでを復習します。

 

アミノ酸ができるまで

これはもう、図のままです。

アミノ基が、有機酸とくっついて、アミノ酸が出来ます。
ちなみに、この時の結合を手助けする酵素は、アミノ基転移酵素といいます。

 

さて、
アミノ酸はどういう構造でしょうか?
カルボキシル基とアミノ基でできていますね。

このカルボキシル基が有機酸のことです。

と、ここまでが窒素同化の復習です。

簡単にまとめるとこんな感じです。

  • アンモニウムイオンからアミノ基が作られる。
  • このアミノ基が、アミノ基転移酵素によって、有機酸と結合してアミノ酸が作られる。
  • アミノ酸が、たくさん集まって、タンパク質になる。

 

急に話題が変わりますが、
窒素固定って何だったか、覚えていますか?

窒素同化を勉強する時に、その説明の中にしれっと出てきたり、
窒素循環で2つを一緒に勉強しちゃうとか。

そうなると、名前も似てるし、こんがらがっちゃう人も多いみたいです。

なので、ちょっと違いを整理してみようと思います。

 

窒素同化と窒素固定の違い

窒素固定と窒素同化。
似てますよね( ´ ᐞ ` )

だから、
あれ?どっちがどっちだっけ??
と、なることもあります。

 

それぞれ、理解すれば迷うことは無いですが、
自分の覚えやすい「違い」を覚えておくのも手かと思います。

 

主役が違います。

窒素固定 根粒菌などの窒素固定細菌がする
窒素同化 植物や動物がする

 

作られるものが違います。

窒素固定 窒素元素から窒素化合物をつくる
窒素同化 アンモニウムイオンからアミノ酸をつくる

 

それでもしっくりこなければ、
もう感覚とかでもいいんじゃないでしょうか?

 

名前の感じで無理矢理覚える。

窒素固定 空気中にふわふわ浮いてる窒素を、土の中に閉じ込めて固定する
窒素同化 土の中の窒素化合物を、吸収して自分の一部に同化する

 

ただ、やっぱり
窒素固定されたものを、窒素同化するんですから、
繋がってることは理解しないとですね。

と、以上が窒素同化の復習でした。

最後に、ざっとまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、窒素同化の大切さを復習しました。

植物は体を作るのに窒素元素が絶対必要。
でも、直接は取り込めないので、アンモニウムイオンを土の中から吸収している。

 

そして、アンモニウムイオンからアミノ酸が出来るまでの過程を復習しました。

アンモニウムイオンからアミノ基が作られる。
このアミノ基が、アミノ基転移酵素によって、有機酸と結合してアミノ酸が作られる。
アミノ酸が、たくさん集まって、タンパク質になる。

 

最後に、窒素同化と窒素固定は、名前が似てるけど全く違うんだよというお話でした。

覚えることがたくさんあると思います。
少しでも簡単に、必要最低限で覚えられるように、いろいろ工夫していきましょう!

大丈夫、理解しちゃえばこっちのもんなんだから。

 

今回の参考文献はこちら

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