Juurinystyrä

Juurinystyröitä mailasen juurissa

Isomaitteen (Lotus pedunculatus) juurinystyröitä

Juurinystyrät ovat muun muassa hernekasvien ja lepän juurissa olevia pallomaisia muodostumia, joissa elää kasvin kanssa symbioosissa olevia typpeä sitovia bakteereja. Bakteerit luovuttavat typpeä ammoniumioneina kasville ja kasvi luovuttaa bakteereille energianlähteeksi malaattia.

Kasvien typpitalous

Kasvit tarvitsevat typpeä muun muassa aminohappojen valmistukseen. Ilmasta 78,08% on typpikaasua, mutta typpi on ilmassa muodossa (N₂), jota kasvit eivät kykene hyödyntämään. Kasvit sen sijaan voivat hyödyntää typen ammoniakista (NH₃) ja nitraatista (NO₃^-).

Hernekasvien, kuten soijan, apilan ja herneen, typensaantiongelma helpottuu kasvin ja Rhizobium-bakteerien symbioosilla. Myös Frankia-suvun bakteerit pystyvät sitomaan typpeä.

Rhizobium-bakteerit

Rhizobium tulee kreikan sanoista riza =juuri ja bios =elämä. Rhizobium-bakteerit kykenevät sitomaan ilman typpeä (N₂) ammoniakiksi. Bakteereita kutsutaan myös ritsobeiksi. Ilman typen muuttaa ammoniakiksi bakteerien nitrogenaasientsyymikompleksi. Ammoniakki muuttuu ammoniumioniksi, joka siirtyy kasvisolun käyttöön.

Juurinystyrässä olevia Rhizobium-bakteereja kutsutaan bakteroideiksi. Bakteroidit toimivat juurisolujen sisällä solulimassa. Juurinystyröiden muodostumisesta vastaavat bakteerien nod-geenit.

Nitrogenaasi

Nitrogenaasi on Rhizobium-bakteerien entsyymikompleksi, joka muuttaa malaatista saadun ATP:n avulla ilman typpeä ammoniakiksi ja vetykaasuksi. Bakteerit tarvitsevat happea malaatin hajottamiseen, mutta happi myös tuhoaa nitrogenaasientsyymiä. Siksi kasvisolun leg-hemoglobiini säätelee bakteerin käyttöön saapuvan hapen määrää.

Typensidonnan kokonaisreaktio: N₂ + 8 e^- + 8 H⁺ + 16 ATP → 2 NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 P_i

Entsyymissä on kaksi osaa: Fe-proteiini ja MoFe-proteiini. Osat sisältävät nimiensä mukaan rautaa ja molybdeeniä.

Juurinystyrän syntymekanismi

Juurinystyröitä syntyy vain, mikäli kasvi tarvitsee typpeä. Prosessi alkaa, kun typpeä tarvitsevan kasvin juurista alkaa erittyä flavonoideja. Flavonoidit houkuttelevat bakteereja ja aktivoivat bakteerien nodD-geenin. NodD-proteiini aktivoi muut nod-geenit, joiden tuotteet, Nod-tekijät, mahdollistavat bakteerin pääsyn kasvin juuren sisään. Nod-tekijät aiheuttavat mm. juurikarvan soluseinän rikkoutumista. Juurikarvan solukalvosta muodostuu putkimainen infektiolanka, jota pitkin bakteerit vaeltavat juurikarvan sisään ja sen toiseen päähän. Infektiolanka pitenee ja haarautuu ulottumaan muihin juuren soluihin. Juuren kuoren solut alkavat jakaantua, ja kun bakteerit pääsevät kuoren soluihin, ne siirtyvät solulimaan solukalvon ympäröimiin pusseihin ja muuttuvat bakteroideiksi.

Lähteet

• Purves ym.: Life the Science of Biology. 2000.
• Taiz L. ja Zeiger E.: Plant Physiology (3. painos)
• The Catalytic Mechanism of Biological Nitrogen Fixation University of Stuttgart, Computational Chemistry Group (Kästner Group). Arkistoitu 6.8.2018. Viitattu 22.8.2018.

Aiheesta muualla

• Tieteen termipankki: Juurinystyrä