METABOLISMO E FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO

TEMA: METABOLISMO E FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO: BIOLOGICA E NÃO BIOLOGICA.ENGENHEIRO AGRÔNOMO: JOSÉ LEANDRO SILVA DE ARAÚJO

ÍndiceIntroduçãoCiclo do nitrênioDe absorção de nitrogênioVias redução do nitrato (No3-)Redutase do nitrato.Redutase do nitrito.Assimilação do amônioAminotransferases ou transaminasesArmazenamento e transporte de nitrogênioMetabolismo da fixação do N2Fixação biologica de nitrogênioBeneficio da fixação biologica para agriculturaFormação dos nódulosReação de fixação de nitrogênioGenes envolvidos na fixação biológica do nitrogênio

INTRODUÇÃONutrição mineral: solução do solo. Macronutrientes : N , P, K, Ca, Mg e S. Micronutrientes : B, Cl, Mn, Cu, Zn, Fe, Mo e (Co)

O N é de grande importância para as plantas: Aminoácidos, Proteínas, Enzimas, Ács.Nucléicos (RNA, DNA) e Clorofilas.

O nitrogênio é disponibilizado para plantas de varias maneira: Fixação biológica. Industrial. Raios. As plantas absorvem o nitrogênio de duas formas, amoniacal (NH4+) ou nítrica (NO3-).

INTRODUÇÃO

SOLOBactérias Rhizobium

O CICLO DO NITROGÊNIO

N2

Fixação Biológica ou SimbióticaFixação Não Simbiótica

N2

NH3/NH4+ NO2

- NO3-

Amonificação

OxidaçãoNitrosomonas

OxidaçãoNitrobacter

Nitrificação

Absorção

Lixiviação

Lençol Freático

Ureídeos

N2, NO2,N2ODesnitrificação

CICLO DO NITROGÊNIO

Amonificação: Liberação de NH4+ para o meio ambiente.

Nitrificação: formação de NO3- por ação de bactérias.

2 NH4 + 3 O2 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O

NITROSSOMONAS

2 NO2- + O2 2 NO3

-

NITROBACTER

A) Através do Apoplasto “parte morta”. (espaços livres)

B) Através do Simplasto (interior das células): plasmoderma

C) Rota transcecular ou transmembranas que atravessam o tonoplasto do vacúolo e protoplasto pela intermediação das aquaporinas.

VIAS DE ABSORÇÃO

REDUÇÃO DO NITRATO (NO3-)

O nitrato é reduzido a amônia/amônio (NH3/NH4

+) por dois processos catalíticos: 

a) REDUTASE DO NITRATO b) REDUTASE DO NITRITO

REDUTASE DO NITRATO

Ocorre no citosol da célula.

A localização: no CITOSOL e pode estar próxima a membrana do cloroplasto durante o tempo de redução (facilita o rápido transporte de NO2

- para dentro do cloroplasto, pois é um composto altamente tóxico).

NO3- + 2 H+ + 2 e- NO2

- + H2O.Redutase do nitrato

REDUTASE DO NITRITO

Localização: cloroplastos

NO2- + 8 H+ + 6 e- NH4

+ + 2 H2O

Redutase do nitrito

SOLO

NO3- NO3-

CLOROPLASTO

NO2-

Redutase do nitrato

CITOSOL

Redutase do nitrito NH4

+

NH4+ NH4

+

AminoácidosOU

RESUMO

ASSIMILAÇÃO DO AMÔNIO

GLUTAMINA SINTETASE (GS): Porta de entrada da amônio para a formação dos aminoácidos em plantas superiores.

Localização: CITOSOL e CLOROPASTOS ou PLASTÍDIOS.

A catálise da GUTAMINA SINTETASE é dependente de ATP para converter Glutamato em Glutamina, e está presente em todos os tecidos das plantas.

ATP ADP + Pi Mg+2 GLUTAMATO + NH4

GLUTAMINA

ASSIMILAÇÃO DO AMÔNIO GLUTAMATO SINTASE

(GOGAT): É a enzima responsável pela transferência do grupo amida da Glutamina para o 2-Oxoglutarato para produzir 2 moléculas de glutamato (Glu).

Está presente em altas concentrações nas folhas e está localizada nos cloroplastos.

Utiliza o NADH (NADH dependente).

GLUTAMINA + 2-Oxoglutarato 2 Glutamato Glu-sintase(GOGAT)

NH2

NH2

NH22H

AMINOTRANSFERASES OU TRANSAMINASES

Aspartato amino transferase

Glutamato + Oxaloacetato 2-Oxoglutarato + Aspartato

Alanina amino transferase

Glutamato + piruvato 2-Oxoglutarato + Alanina

1.Os dois oxoglutaratos formados por essas vias podem retornar ao ciclo GS/GOGAT.

2. As aminotransferases têm sido detectadas em plantas que podem sintetizar todos os aminoácidos (exceto prolina).

3.Desse modo, o NITROGÊNIO pode ser facilmente distribuído a partir do Glutamato, via Aspartato e Alanina, para todos os aminoácidos

AMINOTRANSFERASES OU TRANSAMINASES

GLUTAMATO + NH4 GLUTAMINA + 2-OXOGLUTARATO

GLUTAMINA SINTETASE

2 Glutamato Glutamatosintatase

Aspartato amino transferase

2-Oxoglutarato + Aspartato

Alanina amino transferase

+ Oxaloacetato

+ piruvatoou

2-Oxoglutarato + Alanina

2NH2

ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE DE NITROGÊNIO

Há ocasiões em que as plantas necessitam transportar o nitrogênio de um órgão para outro: Nódulos para as folhas e fruto. De folhas velhas para folhas jovens e frutos. De cotilétones de sementes em germinação para as

partes aéreas em expansão e ponta da raiz

A Asparagina é universalmente usada pelas plantas superiores como um componente de armazenamento e transporte. O N-amida é derivado diretamente do grupo amida da glutamina, sintetizada pela enzima asparagina sintetase. É uma reação dependente de glutamina e ATP.

ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE DE NITROGÊNIO

Os cotilédones de sementes em germinação são as principais fontes de asparagina sintetase.

METABOLISMO DA FIXAÇÃO DO N2

FIXAÇÃO BIOLOGICA DE NITROGÊNIO A Fixação Biológica do Nitrogênio (FBN) é uma alternativa tecnológica

para aumentar a produtividade agropecuária (adubação verde) e minimizar a emissão dos Gases de Efeito Estufa (GEE), contribuindo para atenuar os efeitos das mudanças climáticas.

Relação ecológica de mutualismo Bacterias-Rhizobium-leguminosas. Cianobactéria-(Nostoc e Anocebeana)-Algas. Mas recentemente-Azospirilum-Poaceae

BENEFICIO DA FIXAÇÃO BIOLOGICA Economia em nitrogênio mineral;

Redução no custo de produção;

Redução na emissão de Gases de Efeito Estufa que contribuem para redução do aquecimento global (agricultura de baixo carbono).

Proteção contra agente erosivos e incidência de raios solares.

Suprimento matéria orgânica , que ajuda na formação do complexo coloidal do solo. Descompactação do solo e aeração do solo. Redução da infestação de plantas daninhas Controle de nematoídes. Reciclagem de nutriente lixiviado em profundidade. Aumento da capacidade de armazenamento de água no solo.

FORMAÇÃO DOS NÓDULOS

1 – Crescimento dos pêlos radiculares. As raízes exsudam compostos orgânicos, tais como, açúcares, aminoácidos, etc. que irão atrair as bactérias rhizóbia (Quimiotactismo), formando uma “rhizosfera microbiana”.

2 – Os pêlos radiculares eliminam exsudados específicos (flavanóides-antocianinas) para atrair as bactérias para as raízes e induzir especificidade através do gene nod da bactéria (nodulação).

FORMAÇÃO DOS NÓDULOS 3 – A bactéria Rhizóbia atraca na superfície do pêlo radicular.

4 – Em resposta ao sinal da Rhizóbia, o pêlo radicular curva com a mesma grudada.

5 – A bactéria Rhizóbia digere a parede celular e forma o CORDÃO DE INFECÇÃO (forma de tubo) para dentro do córtex da raiz, onde penetram e se multiplicam intensamente, ocorrendo também intensa divisão celular das células corticais que se exteriorizam, formando o NÓDULO.

http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema20/images20/nodule_structure.jpg&imgrefurl=http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema20/20-10nodulos.htm&usg=__x-8GhQ7CDieskPERhYehl0E1eec=&h=177&w=241&sz=48&hl=pt-BR&start=62&zoom=1&tbnid=FH0yD2UseUw7EM:&tbnh=81&tbnw=110&prev=/images?q=fotos+de+nodulos+em+leguminosas&start=60&um=1&hl=pt-BR&sa=N&rlz=1W1ADFA_pt-BR&tbs=isch:1&um=1&itbs=1

REAÇÃO DE FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO A reação de fixação do nitrogênio caracteriza-se pela

redução do N2 à NH3 (NH4+), através da enzima

NITROGENASE.

N2 NH3 /NH4

Nitrogenase Para que a reação ocorra, é necessário que haja um transporte de elétrons, mediado por moléculas aptas a realizá-lo.

REAÇÃO DE FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO A enzima nitrogenase é formada por duas unidades

protéicas, a Ferro-proteína (Fe-proteína) e a Molibdênio-Ferro-proteína (MoFe-proteína), ambas capazes de transportar elétrons.

Durante a reação de redução do N2, a nitrogenase é auxiliada por uma terceira molécula transportadora de elétrons, a ferridoxina.

O modelo proposto para a evolução da reação pode ser entendido do seguinte modo:

A ferridoxina, na sua forma reduzida, transfere um elétron para a unidade Fe-proteína da nitrogenase.

A Fe-proteína, então reduzida, doa o elétron recebido para a MoFe-proteína.

A MoFe-proteína acumula os elétrons. Após 8 transferências, essa unidade terá acumulado 8 elétrons e, então, fará a redução do N2 à NH3.

Para cada elétron transferido da Fe-proteína para a MoFe-proteína são consumidos 2 ATPs. Para reduzir uma molécula de N2 são necessários 8 (oito) elétrons e, portanto, 16 ATPs.

REAÇÃO DE FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO

REAÇÃO DE FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO

A LEGHEMOGLOBINA: Funciona com os globos vermelhos do sangue

As células das raízes da planta, bem como os próprios bacterióides, precisam de O2 para a respiração celular. Mas o oxigênio (O2) é altamente inibitório para a atividade da Nitrogenase.

O QUE AS PLANTAS FAZEM????

as células vegetais da região central do nódulo produzem a leghemoglobina (hemoglobina das leguminosas). Essa molécula é um carregador de O2, que garante que os bacterióides recebam o O2 necessário para sua respiração, evitando que o gás circule livremente no nódulo.

GENES ENVOLVIDOS NA FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO NITROGÊNIO

NAS BACTÉRIAS: Família Rhizobiaceae.:  Genes nif, aparentemente estão envolvidos com a síntese da nitrogenase. Genes fix produzem as moléculas que regulam o processo de fixação. Por exemplo, sabe-se

que o gene fix X codifica a ferridoxina nessas bactérias (Doação de elétrons para nitrogenase).

A) Genes nod (nodulação) são encontrados na bactéria, sendo responsáveis pela produção da proteína que recebe o sinal químico da planta hospedeira (os flavonóides-antocianinas) e pela produção das enzimas que sintetizam o fator de nodulação.

B) Genes NOD são encontrados na planta leguminosa, sendo responsáveis pela síntese de proteínas denominadas nodulinas. As nodulinas (p. ex. a LEGHEMOGLOBINA) desempenham papel importante na formação e manutenção do nódulo radicular.

Referencias

Referencias

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OBRIGADO!!!