Mye nitrat i noen planter

Overskrift i Aftenposten morgen 21-03-2003:
For mye nitrat i flere norske salater.
I samme avis:
Dansk seier i sak om tilsetningsstoffer i mat: Danmark kan nekte salg av matvarer med høyt innhold av nitrat og nitrit. Dette slås fast av EF-domstolen.

Aftenposten morgen 23-03-03:
Næringsmiddeltilsyn tråkket i salaten? Produsenter ikke varslet om høyt nitrat-nivå.

Mye kunstgjødsel kombinert med nedbør og avrenning kan gi økt innhold av nitrat i drikkevann og grunnvann.

Nitrogen tas opp av plantene som nitrat og/eller ammonium. Planter kan også bruke urea som nitrogenkilde, og kan i tillegg ta opp aminosyrer fra jorda. Noen planter lever i symbiose med bakterier (f.eks. Rhizobium og erteplanter), aktinobakterier (f.eks. Frankia i or (Alnus sp) eller pors (Myrica gale) eller blågrønnbakterier (f.eks. vannbregnen Azolla eller Gunnera), og kan binde dinitrogen (N₂) fra lufta ved biologisk nitrogenfiksering.

Alle organismer trenger nitrogen, som bl.a. inngår i protein, nukleinsyrer og en lang rekke andre organiske stoffer. Nitrogen er det grunnstoffet i mineralnæringen i  jorda som oftest reduserer plantevekst. I motsetning til de autotrofe plantene må de heterotrofe dyrene kvitte seg med overskudd av nitrogen. Vannlevende organismer skiller ut overskuddet av nitrogen som ammonium (NH₄⁺)  i vannet. Ammonium er imidlertid giftig i større konsentrasjoner, og pattedyr skiller ut overskuddsnitrogenet i form av urea i urinen fra nyrene. Fugl og krypdyr som har fosterutvikling i et egg må kvitte seg med nitrogen i en uløselig form,  som urinsyre. Både ammonium eller urea ville ha forgiftet fosteret.  Mennesker og andre pattedyr inneholder salter av urinsyre i blodet, og som må skilles ut av kroppen.

Når nitrat tas opp av røttene blir det redusert til ammonium i celler i rota, men nitrat kan også bli fraktet opp til bladene hvor det blir redusert til ammonium i bladcellene. Først omdannes nitrat i cytoplasma til nitritt katalysert av enzymet nitrat reduktase. Nitrat reduktase er et enzym som inneholder molybden og er under sterk reguleringskontoll i plantene. Nitritt fraktes inn i plastider eller kloroplaster, hvor nitritt blir redusert til ammonium katalysert av nitritt reduktase. Ammonium blir videre assimilert inn i aminosyrer som bl.a. brukes til å lage protein.

Noen grønnsaker som spinat og salat kan inneholde mye nitrat. Spesielt blir innholdet av nitrat høyt ved sterk gjødsling med nitratgjødsel, samtidig med at det er lite lys.

I tarmen kan nitrat omdannes til nitritt av bakterier, og nitritt er giftig i høye konsentrasjoner. Nitritt kan binde seg til hemoglobin i blodet og danne methemoglobin som derved ikke lenger kan delta i transporten av oksygen. Hvis det samtidig finnes aminer i mage-tarmsystemet er det en mulighet for å få dannet nitrosaminer som er kreftfremkallende.

Rådet til produsentene av grønnsaker som kan akkumulere mye nitrat er: ikke bruk for høye konsentrasjoner kunstgjødsel, spesielt hvis det er lite sollys. Ville planter som er kjent for å akkumulere nitrat er meldestokk, brennesle, mjødurt og geitrams. Nitrat er utsatt for avrenning fra jorda, og kan på denne måten havne i drikkevannskilder. Nitrogenoksider som produseres fra forbrenningsreaksjoner blir i atmosfæren oksidert til nitrat som faller ned med nedbøren. Denne uønskede nitratgjødslingen er et resultat av kjøretøy med dieselmotorer, båter drevet av tungolje, samt flytrafikk.

Nitrogenassimilasjon

Nitrat (NO₃^-) er den nitrogenkilden som de fleste matplanter foretrekker, men nitrat må først bli redusert til ammonium (NH₄⁺) i en totrinnsreaksjon katalysert av to forskjellige enzymer før det kan bli innbygget i organiske forbindelser.  Totalreaksjonen endrer oksidasjonstallet for nitrogen (N) fra +5 til -3. Reduksjonen skjer ved at nitrat mottar elektroner (e^-) og protoner (H⁺):

NO₃^- + 8e^- + 10H⁺ → NH₄⁺ + 3H₂0

Nitrat reduktase – fra nitrat til nitritt

I det første trinnet blir nitrat omdannet til nitritt (NO₂^-) katalysert av enzymet nitrat reduktase i cytoplasma i cellene. Nitrat reduktase fra planter består av to like subenheter, hver av dem med tre kofaktorer eller prostetiske grupper: flavin adenin dinukleogid (FAD), hem (jern) og en molybden-kofaktor (molybden bundet til pterin), katalyserer overføring av av to elektroner ad gangen fra reduksjonsmidlene NADH (nikotinamid adenin dinukleotid i redusert form)  fra cellerespirasjon, spesielt viktig i røttene, eller fra NADPH og   ferredoksin i fotosyntesen i blad. Nitratreduktase  kan i en isolert enzymreaksjon i et reagensglass også utnytte kunstige elektrondonorer med høyt reduksjonspotensial som dithionitt, benzylviologen og FMNH₂ (flavin mononukleotid i redusert form).  Nitrat reduktase er et induserbart enzym, et substratindusert enzym,  og plantene lager enzymet bare når nitrat er tilstede, men ikke når eneste nitrogenkilde er ammonium, urea eller organiske nitrogenkilder. Transkripsjon og translasjon av genet for nitrat reduktase blir i tillegg til nitrat også påvirket av lys og karbohydrater. Virkningen av lyset er via dannelse av NADPH, FADH₂ og redusert ferredoksin i fotosyntesen, men lyset påvirker også syntese og nedbrytning av enzymet. I tillegg kan nitrat reduktase ha en posttranslasjonsregulering via fosforylering eller defosforylering. Siden enzymet inneholder molybden vil molybdenmangel kunne gi opphopning av nitrat i plantene. Mye nitrat fra drikkevann eller plantekost med for høye nitratkonsentrasjoner er helseskadelige, blant annet kan hemoglobin i blodet omdannes til methemoglobin som har redusert evne til å frakte oksygen (methemoglobinemia), en del av Blue-baby-syndromet.

Nitritt reduktase – fra nitritt til ammonium

I det neste enzymatiske trinnet i nitratreduksjonen blir nitritt omdannet til ammonium, katalysert av nitritt reduktase, et enzym i plastider i røttene eller i kloroplastene i blader, to forskjellige utgaver av enzymet. Enzymet blir laget i cytoplasma, men inneholder et transitpeptid som gjør at det blir fraktet inn i plastider. Nitritt reduktase består av bare en polypeptidkjede med to prostetiske grupper: jernsvovelprotein (F₄S₄) og hem. For reduktasjon av hvert molekyl nitritt trengs seks elektroner (e^-),  og åtte protoner(H⁺).  I kloroplastene er ferredoksin elektrondonor, i plastidene i røttene er reduksjonskraften NADPH elektrondonor, laget i oksidativ pentosefosfatvei. I en bireaksjon kan nitritt reduktase lage litt dinitrogenoksid (N₂O, lystgass, som er en drivhusgass).

Siden lys er viktig for nitratreduksjonen vil svakt lys eller mørke føre til opphopning av nitritt i plantevevet, for eksempel salat eller spinat dyrket i drivhus vinterstid,  spesielt hvis plantene har stort overskudd av nitrat for eksempel fra kraftig gjødsling med kalksalpeter eller spesielt næringsrik kompost. Nitrat kan reagere med aminer og danne kreftfremkallende nitrosaminer. Hvis plantene tar opp lite nitrat, så blir mesteparten redusert til ammonium i plastidene i røttene. Ved høyere nitratkonsentrasjoner blir nitrat fraktet opp i skuddet hvor det blir assimilert.

Ammoniumassimilasjon

Ammonium er giftig, og derfor blir ammonium raskt assimilert i reaksjon med aminosyren glutamin katalysert av glutamat  syntetase (GS) i en Mg-ATP-avhengig reaksjon som gir amidaminosyren glutamin:

glutamat + NH₄⁺ +ATP → glutamin + ADP

Glutamat syntase  finnes i forskjellige former i cytoplasma og plastider. Enzymet spiller en viktig rolle i reassimilasjon av ammonium dannet i fotorespirasjonen. Neste trinn i N-assimilasjonen er enzymet glutamin-2-oksoglutarat aminotransferase (GOGAT):

 glutamin + 2 oksoglutarat + NADH + H⁺ → 2 glutamat + NAD⁺

glutamin + 2 oksoglutarat + ferredoksin_redusert → 2 glutamat + ferredoksin_oksidert

Ammonium i aminosyren glutamat dannet i enzymsystemet GS-GOGAT kan bli overført til organiske syrer som oksalacetat som gir aspartat katalysert as aspartat aminotransferase, som gir utgangsmateriale til aspartatfamilien av aminosyrer. I reaksjonen glutamin og aspartat katalysert av asparagin syntetase dannes asparagin og glutamat. Glutamat brukes videre i glutamatfamilien av aminosyrer.

Legg merke til at i planter er det tre typer molekyler som må bli redusert før de kan bli inkorporert i organiske forbindelser: karbondioksid (CO₂) i karbonassimilasjon, nitrat (NO₃^-) i nitrogenassimilasjonen, og sulfat (SO₄^2-) i svovelassimilasjonen. Karbon, nitrogen og svovel har fundamental rolle i metabolismen, og forholdet mellom dem påvirker hverandre.

I planterøtter finnes lavaffinitets og høyaffinitetsopptakssystemer for nitrat.

Ugrasmiddelet glufosinat blokkerer assimilasjonen av ammonium i planter og danner basis for genmodifiserte planter av typen Basta.

NO i nitrogenassimilasjon

Det viktige signalmolekylet nitrogenmonoksid (NO) som blir laget fra aminosyren arginin i dyr og mennesker, blir dannet i nitrogenassimilasjonen i planter i stedet laget fra enzymet NO-nitritt reduktase med molybden-pterin og som finnes i plasmamembranen. NO deltar også i nitrosylering av proteiner.

Tilbake til lhovedside