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METABOLISMO DO NITROGÊNIO

METABOLISMO DO NITROGÊNIO. INTRODUÇÃO. Nutrição mineral: solução do solo.   macronutrientes : N , P, K, Ca, Mg, S. micronutrientes : B, Cl, Mn, Cu, Zn, Fe, Mo, (Co).

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METABOLISMO DO NITROGÊNIO

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Presentation Transcript

  1. METABOLISMO DO NITROGÊNIO

  2. INTRODUÇÃO Nutrição mineral: solução do solo.   macronutrientes : N , P, K, Ca, Mg, S. micronutrientes : B, Cl, Mn, Cu, Zn, Fe, Mo, (Co). O N é de grande importância para as plantas: AA, Proteínas, Enzimas, Ács.Nucléicos (RNA, DNA), Clorofilas etc... Fonte de N: 1.  Ar (solo): N2 (plantas fixadoras) 2.  solução do solo: NO3- e NH4+

  3. Ureídeos SOLO Bactérias Rhizobium Oxidação Oxidação Nitrosomonas Nitrobacter Nitrificação O CICLO DO NITROGÊNIO Fixação Biológica ou Simbiótica Fixação Não Simbiótica Desnitrificação N2, NO2,N2O N2 N2 Amonificação Absorção NH3/NH4+ NO2- NO3- Lixiviação Lençol Freático

  4. Amonificação: Liberação de NH4+ para o meio ambiente. Nitrificação: formação de NO3- por ação de bactérias. 2 NH3 + 3 O22 NO2- + 2 H+ + 2 H2O NITROSSOMONAS 2 NO2- + O22 NO3- NITROBACTER

  5. ABSORÇÃO DE NITRATO • Existe um sistema de EFLUXO e INFLUXO.

  6. Em cevada o sistema de influxo de 13NO3- apresenta modelo típico da cinética de Michaelis-Menten. O influxo depende do nível de nitrato (tratamento prévio) e o sistema de transporte de nitrato é induzido por nitrato e do TIPO COTRANSPORTE ANTIPORT – NO3-/ H+

  7. REDUÇÃO DO NITRATO O nitrato é reduzido a amônia/amônio (NH3/NH4+) por dois processos catalíticos:  • A)   REDUTASE DO NITRATO. • B)   REDUTASE DO NITRITO. Esta redução pode ocorrer na raiz e/ou folha, dependendo da espécie, idade e suprimento de NO3-. 

  8.     NO CITOSOL RN NO3- + 2 H+ + 2 e- NO2- + H2O. NO CLOROPLASTO OU PLASTÍDEO RNi  NO2- + 8 H+ + 6 e- NH4+ + 2 H2O

  9. REDUTASE DO NITRATO (RN) É dependente de NADH É formada de duas sub-unidades de 110-115 KDa de massa molecular, com grupo prostético FAD, Heme(Fe), citocromo b557 e cofator Mo. Os elétrons passam: NADH FAD CIT b557 MoCo NO3- A enzima pode conter reações parciais: redução do CIT, cujo papel fisiológico não é claro.

  10. 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).

  11. LANÇADEIRAS – FORMAÇÃO DO NADH MITOCONDRIAL CLOROPLASTIDIAL

  12. REDUTASE DO NITRITO (RNi) É uma enzima dependente de FERREDOXINA (FD). É formada de uma sub-unidade de 60-64 KDa de massa molecular e contém siro-heme como grupo prostético (4Fe-4S) no seu sítio ativo. Localização: cloroplastos

  13. ASSIMILAÇÃO DA AMÔNIA GLUTAMINA SINTETASE (GS) Enzima responsável pela assimilação do NH4+(NH3), o qual é incorporado na forma orgânica pela aminação do 2-oxoglutarado catalisado pela glutamato desidrogenase e/ou pela produção do 2-oxoglutarato do ciclo de Krebs. A catálise da GS é dependente de ATP para converter Glu em Gln (Km 3-5 M) e está presente em todos os tecidos das plantas.

  14. Porta de entrada da amônia para a formação dos aminoácidos em plantas superiores. É uma proteína octamérica com massa molecular de 350-400 KDa, com 12 sub-unidade. Níveis altos de GS têm sido isolados de nódulos de leguminosas que fixam nitrogênio (feijão isoenzimas GSn1 e GSn2) Localização: CITOSOL (GS1) e CLOROPASTOS (GS2) ou PLASTÍDIOS.

  15. ATP ADP + Pi Mg+2 GLUTAMATO + NH3 GLUTAMINA

  16. GLUTAMATO SINTASE (GOGAT) É a enzima responsável pela transferência do grupo amida da Gln para o 2-Oxoglutarato para produzir 2 moléculas de glutamato (Glu). Duas diferentes formas de GOGAT estão presentes em plantas superiores Utiliza a Ferredoxina reduzida (FD) como fonte de poder redutor (FD dependente) 1.   - Está presente em altas concentrações nas folhas e está localizada nos cloroplastos

  17. Utiliza o NADH (NADH dependente) • 1.  Está presente em baixas concentrações nas folhas, mas tem um grande papel na fixação do N2 pelos nódulos (apresenta massa molecular de 200 KDa ) • 2. Está localizada nos plastídios de nódulos de Phaseolus • 2H NH2 NH2 GLUTAMINA + 2-Oxoglutarato 2 Glu Glu-sintase(GOGAT) NH2

  18. AMINOTRANSFERASES OU TRANSAMINASES Aspartato amino transferase Glu + Oxaloacetato  2-Oxoglutarato + Aspartato Alanina amino transferase Glu + piruvato  2-Oxoglutarato + alanina

  19. Obs. • 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. • 4.A aspartato aminotransferase pode estar envolvida no transporte do poder redutor (NADH, NADPH) da mitocôndria e cloroplasto para dentro do citosol, os NADH produzidos serão utilizados na redução do nitrato ou na redução do hidroxipiruvato no peroxisomo.

  20. PROLINA (Pro) A prolina é sintetizada da seguinte forma: ATP ADP + Pi Mg+2 ciclado Glu Glutamil semialdeído ’Pirrolina 5’- Carboxilato NADPH + H+ NADP+ PROLINAP5CR NADPH + H+ NADP+

  21. A enzimiologia das reações não está bem esclarecida em plantas superiores, somente a última enzima do passo metabólico está bem caracterizada e localizada no cloroplasto:’ - Pirrolina 5’- carboxilato redutase. Há evidências de que a ORNITINA via ou ’ - Pirrolina 5’- carboxilato ou ’ - Pirrolina 2’- carboxilato pode também agir como precursor da PROLINA. A rota sob condições normais não está bem esclarecida.

  22. GLUTAMATO GSA P5C PROLINA P5CS P5CR AcG ORNITINA OAT P5CS = ’ - Pirrolina 5’- carboxilato sintase P5CR = ’ - Pirrolina 5’- carboxilato redutase OAT = Ornitina aminotransferase É o principal aminoácido componente de proteínas, particularmente nas sementes de cereais.

  23. A prolina pode também agir como protetor osmótico(ajustamento osmótico) nas plantas sujeitas ao déficit hídrico ou salino (aumento na síntese, possivelmente através da indução da ’ - Pirrolina 5’- carboxilato redutase e/ou pelo decréscimona taxa de oxidação mitocondrial da prolina).

  24. 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.

  25. 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. NH2ATP AMP + PpiNH2 Gln + Aspartato-NH2 Glu-NH2 + Asn-NH2 NH2 Asparagina Sintetase

  26. Os cotilédones de sementes em germinação são as principais fontes de asparagina sintetase. Essa enzima requer Cl- para a atividade e é inibida na presença de Ca+2.

  27. FORMAÇÃO DA AMÔNIA DURANTE O METABOLISMODAS PLANTAS A amônia é formada durante vários processos: 1. Assimilação Inicial: produto da redução do nitrato e fixação de N2. 2.    Fotorrespiração: alta taxa liberada na conversão de Gly  Ser 3.    Metabolismo dos componentes de Transporte: É liberada durante a degradação da Asn, Arg e ureídeos.

  28. 4. Reações específicas dos aminoácidos: É liberada durante a conversão da Phe  cinamato (produção de lignina); Cistationina  Homoserina (na síntese da metionina); Treonina  2-oxobutirato (na biossíntese da Isoleucina) 5. Catabolismo de Proteínas: as proteínas são hidrolisadas durante a germinação das sementes e durante a senescência de folhas. Há evidências de que a amônia é formada pela ação da glutamato desidrogenase:

  29. Glu + NAD+ + H2O  2-oxoglutarato+NH3 + NADH +H+ GDH

  30. FOTOSSÍNTESE E O METABOLISMO DO NITROGÊNIO • O NADPH e o ATP são gerados pelos dois fotossistemas (FS-I e FS-II) e podem ser utilizados para a síntese de outros compostos nitrogenados, tais como AMINOÁCIDOS e LIPÍDIOS.

  31. JUSTIFICATIVAS 1. 1. O NO2- pode ser reduzido numa reação dependente da luz nos cloroplastos para formar glutamina e glutamato. • 2.RNi, GS, GOGAT estão localizadas nos cloroplastos. • 3.O caminho da fotorrespiração envolve a síntese de glicina pela transaminação do glioxilato. A NH3 liberada pela reação da Gly  Ser é reassimilada nos cloroplastos.

  32. 4.Nas C4, o aspartato, a alanina e o glutamato estão envolvidos no transporte de metabólitos entre células da bainha vascular e células do mesófilo. • 5.A aminotransferase do aspartato: 2-oxoglutarato estão envolvidas em transferir o poder redutor (NADPH) gerado no cloroplasto. 6. Os cloroplastos têm a capacidade de converter o Aspartato  Lisina, Treonina, Isoleucina e Homocisteína em reações dependentes de LUZ. O piruvato  leucina, valina e isoleucina, na sintese de aminoácidos aromáticos.

  33. 7.Todas as enzimas ou a maior parte delas necessárias para a síntese dos aminoácidos essenciais: Lisina, Treonina, Isoleucina, Homocisteína, Leucina, Valina, Triptofano, Fenilalanina e Tirosina, localiza-se nos cloroplastos, como também da sintese de arginina e prolina. • 8.Os cloroplastos têm a capacidade de reduzir sulfato de cisteína, e as enzimas envolvidas nos passos metabólicos estão localizadas nos cloroplastos. A redução da gluationa, assim como os mecanismos de desintoxificação de superóxidos são também dependentes da luz.

  34. 9.Uma grande quantidade de proteínas(p.ex. subunidades de RUBISCO, ATP-Sintetases e certos citocromos) são codificados pelo DNA cloroplástico e, portanto, dependentes da luz. • 10.Os cloroplastos têm capacidade de sintetizar ácidos graxos, ácidos nucleicos e clorofilas, utilizando NADPH e ATP produzidos diretamente dos dois fotossistemas. • OBS. Em locais não verdes como as raízes, os processos descritos podem ocorrer nos plastídios e a energia é dependente dos açúcares produzidos nas folhas.

  35. METABOLISMO DA FIXAÇÃO DO N2 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).

  36. 3 – A bactéria Rhizóbia atraca na superfície do pêlo radicular (provavelmente pela proteína específica - LECTINA-glicoproteína). 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

  37. Início da formação de nódulo radicular em uma planta leguminosa.

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