[기본서 내용]
질소동화작용(窒素同化作用, Nitrogen assimilation)은 수목이 토양이나 공기 중에서 흡수한 무기태 질소를 재료로 하여 생명 활동에 필수적인 유기질소 화합물(아미노산, 단백질, 핵산 등)을 합성하는 과정을 말합니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.
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질소 흡수 형태
- 대부분의 수목은 토양에서 질산태($\text{NO}_3^-$) 또는 암모늄태($\text{NH}_4^+$) 형태로 질소를 흡수합니다.
- 산성 토양이나 산림 토양에서는 주로 암모늄태($\text{NH}_4^+$)를 직접 흡수하며, 일반적인 경작지에서는 질산태($\text{NO}_3^-$)를 주로 흡수합니다.
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질산환원(Nitrate Reduction)
- 흡수된 질산태 질소($\text{NO}_3^-$)가 유기물 합성에 이용되기 위해서는 반드시 암모늄태($\text{NH}_4^+$)로 환원되어야 합니다.
- 1단계: 세포질에서 질산환원효소에 의해 질산태($\text{NO}_3^-$)가 아질산태($\text{NO}_2^-$)로 환원됩니다.
- 2단계: 엽록체 또는 색소체에서 아질산환원효소에 의해 아질산태($\text{NO}_2^-$)가 암모늄태($\text{NH}_4^+$)로 환원됩니다.
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암모늄의 유기물화(환원적 아미노 반응)
- 암모늄($\text{NH}_4^+$)은 식물체 내에 축적되면 독성을 나타내므로 즉시 유기산과 결합하여 아미노산으로 전환됩니다.
- 암모늄은 $\alpha$-케토글루타르산($\alpha\text{-ketoglutaric acid}$)과 결합하여 글루탐산(Glutamic acid)을 형성하거나, 글루타민(Glutamine)을 형성하는 방식으로 유기물화됩니다.
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아미노기 전달반응(Transamination)
- 처음 만들어진 아미노산(글루탐산 등)의 아미노기($\text{-NH}_2$)가 다른 유기산으로 전달되면서 수목 생장에 필요한 다양한 종류의 아미노산이 합성됩니다.
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탄수화물과의 관계
- 질소동화작용은 광합성을 통해 만들어진 탄수화물(에너지원 및 탄소 골격) 공급과 밀접하게 연관되어 있습니다. 따라서 탄수화물 공급이 부족하면 질소동화작용도 둔화됩니다.