Bilgi Bankası

Nitrat Redüktaz (NR)

Nitrat Redüktaz (NR; EC 1.7.1.1), bitkilerde nitratın (NO₃⁻) indirgenerek nitrite (NO₂⁻) dönüştürülmesini katalizleyen NADH/NADPH bağımlı oksidoredüktaz enzimidir.
Temel reaksiyon:

NO3−+NADH+H+→NO2−+NAD++H2ONO₃⁻ + NADH + H⁺ → NO₂⁻ + NAD⁺ + H₂O

Bu reaksiyon, nitratın organik azota dönüştürülmesindeki ilk ve hız sınırlayıcı basamaktır.
Arpada, bu süreç azot asimilasyonu, protein sentezi ve büyüme hızının temel belirleyicisidir.

Biyosentezi ve Lokalizasyonu

  • NR enzimi sitoplazmada bulunur ve HvNR1, HvNR2, HvNR3 genleri tarafından kodlanır.

  • Transkripsiyon düzeyinde nitrat varlığı, ışık, karbon metabolizması ve hormon sinyalleri (GA, CK) tarafından düzenlenir.

  • Her NR enzimi üç kofaktör içerir:

    • FAD (flavin adenin dinükleotid)

    • Hem (cyt b557)

    • Molibden (Mo) kofaktörü

  • Elektron akışı: NADH → FAD → Hem → Mo-koenzim → NO₃⁻

Fizyolojik Rolleri

Süreç Rol Tarımsal Önemi
Azot asimilasyonu NO₃⁻ → NO₂⁻ dönüşümü Bitki büyümesinin anahtarı
Protein sentezi Amino asit öncü maddesi üretimi Verim ve kalite artışı
Karbon–azot etkileşimi Fotosentez ve azot döngüsü senkronizasyonu Enerji verimliliği
Redoks dengesi NADH/NAD⁺ dengesini korur Metabolik stabilite
Stres yanıtı Azot metabolizması ve ROS kontrolü Kuraklık ve tuzluluk toleransı

Arpada Özel Rolü

  • Arpada HvNR1 geni, özellikle vejetatif dönemde aktif olup azotlu gübreye doğrudan yanıt verir.

  • Nitrat alımı sonrası 2–4 saat içinde NR aktivitesi hızla yükselir.

  • Kuraklık, düşük sıcaklık veya karanlık koşullarında enzim aktivitesi azalır.

  • HvNR2 izoformu, stres koşullarında redoks dengesi korumada aktif hale gelir.

  • NR aktivitesi, fotosentetik karbon akışıyla senkronize şekilde çalışır — ışık altında maksimum düzeydedir.

Aktiviteyi Etkileyen Faktörler

Faktör Artırıcı Etki Baskılayıcı Etki Açıklama
NO₃⁻ miktarı Yüksek nitrat → ↑ Azot eksikliği → ↓ Substrat uyarımı
Işık Fotosentez ile artar Karanlık → inaktivasyon Redoks enerji bağımlı
Sıcaklık 20–30 °C optimum >40 °C denatürasyon Termal stabilite sınırlı
pH 6.5–7.5 optimum <5.5 veya >8.0 → ↓ Enzim konformasyonu etkilenir
Hormonlar GA, CK → ↑; ABA → ↓ Büyüme–stres dengesi
Metal iyonları Mo, Fe, Mg gerekli Hg, Cu, Pb inhibe eder Mo-koenzim yapısı kritik

Eksiklik ve Fazlalık Belirtileri
Durum Belirti Sonuç
Düşük NR aktivitesi Solgunluk, yavaş büyüme, düşük protein Azot yetersizliği
Fazla NR aktivitesi NO₂⁻ birikimi, oksidatif stres Metabolik dengesizlik
Molibden eksikliği Nitrat birikimi, kloroz Enzim kofaktörü bozulur

Uygulama Alanları

1. Azot Verimliliği Yönetimi:

  • NR aktivitesi, gübreleme zamanlamasının ve etkinliğinin biyokimyasal göstergesidir.

  • En yüksek aktivite, yaprakta NO₃⁻ düzeyi en yüksekken görülür.

2. Stres Toleransı:

  • Kuraklıkta azalan NR aktivitesi, nitratın kökte birikmesine neden olur.

  • Kitosan, deniz yosunu ve amino asit takviyeleri, NR aktivitesini korur.

3. Moleküler Islah:

  • HvNR1 ve HvNR2 gen ekspresyonu, yüksek N-verimliliğine sahip hatların seçiminde kullanılır.

Diğer Enzimlerle Karşılaştırmalı Rol

Enzim Rol NR ile İlişki
NiR (Nitrit Redüktaz) NO₂⁻ → NH₄⁺ NR ürününü kullanır
GS (Glutamin Sentetaz) NH₄⁺ → Glutamin NR–NiR zincirinin son halkası
GOGAT Glutamin → Glutamat Azot asimilasyonu döngüsü tamamlanır
SOD / CAT / APX ROS kontrolü NR aktivitesi redoks dengesine bağlı
MDH / SDH NADH üretimi NR reaksiyonunun enerji kaynağıdır

Araştırma Bulguları

  • Türkiye (Konya, Isparta): Azot uygulamasından 24 saat sonra NR aktivitesi %200 artmıştır.

  • İran: Tuz stresinde HvNR1 ekspresyonu 2 kat azalmış, kitosan uygulamasıyla %40 geri kazanılmıştır.

  • Çin: HvNR2 aşırı ekspresyonu, azot kullanım verimliliğini %15 artırmıştır.

  • İspanya: Düşük ışık koşullarında NR aktivitesi azalmış, ek karbon kaynağı (sakkaroz) uygulamasıyla yeniden aktive olmuştur.

Aktiviteyi Artıran Faktörler

  • Nitratlı gübre (özellikle KNO₃, Ca(NO₃)₂)

  • Işıklı koşullar

  • Mo, Fe ve Mg takviyesi

  • GA₃, sitokinin ve amino asit uygulamaları

  • Orta sıcaklık (25–30 °C)

Aktiviteyi Baskılayan Faktörler

  • ABA ve etilen fazlalığı

  • Hipoksi (oksijen eksikliği)

  • Düşük sıcaklık (<10 °C)

  • Aşırı tuzluluk

  • Mo eksikliği

Teknik Değerlendirme

  • Nitrat Redüktaz, arpada azot asimilasyonunun anahtar enzimi olup, büyüme, verim ve kaliteyi doğrudan belirler.

  • Aktivitesi, ışık, nitrat düzeyi ve hormon dengesiyle sıkı şekilde kontrol edilir.

  • Düşük NR aktivitesi → azot yetersizliği;
    yüksek NR aktivitesi → hızlı büyüme ancak redoks dengesizliği.

  • Optimum koşullar:

    • pH: 7.0 ± 0.5

    • Sıcaklık: 25–30 °C

    • Yeterli Mo ve Fe varlığı.

  • HvNR1–HvNiR–HvGS–HvGOGAT zinciri, bitkide azotun mineral formdan organik forma dönüşümünü tamamlar.

İlaç Önerileri