CICLO DO NITROGÊNIO RELAÇÃO DE DEPENDÊNICIA ENTRE OS COMPOSTOS NITROGENADOS DA BIOSFERA - NITRATO NO 2 NO 3 - NITRITO NH 3 - AMÔNIA

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1 CICLO DO NITROGÊNIO RELAÇÃO DE DEPENDÊNICIA ENTRE OS COMPOSTOS NITROGENADOS DA BIOSFERA N 2 NITROGÊNIO MOLECULAR INORGÂNICOS NO 3 NITRATO NO 2 NITRITO NH 3 AMÔNIA ORGÂNICOS AMINOÁCIDOS, AMINAS, ALCALÓIDES, VITAMINAS, PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLÉICOS, ETC.

2 CICLO DO NITROGÊNIO N 2 78% SOLO ATMOSFERA NO3 NITRATO NO2 NITRITO NH 3 AMÔNIA N 2 : OCLUSO NAS ROCHAS ÍGNEAS NH 4 + : PRESO NOS MINERAIS SILICATADOS NO 3 : SOLUÇÃO DO SOLO N : MATÉRIA ORGÂNICA descargas elétricas atividade vulcânica, incendios, industrias, etc. NH 3 CO 2 MEDIANTE PESAGENS DO SOLO E DA PLANTA SE CONCLUIU, ERRONEAMENTE, QUE O CRESCIMENTO ERA COM ÁGUA E CONSTITUINTES DA ATMOSFERA ÁGUA A ATMOSFERA FORNECERIA O NITROGÊNIO

3 GRANDE VARIABILIDADE NO NÚMERO DE OXIDAÇÃO DO ÁTOMO DE NITROGÊNIO NO 3 NO 2 N 2 O 2 2 N 2 NH 2 OH NH 3 No oxidação nitrato nitrito hiponitrito nitrogenio molecular hidroxilamina amônia N N cal/mol A fixação do nitrogênio é a conversão do N 2 em quaisquer das demais formas nitrogenadas

4 FIXAÇÃO DO N 2 Fixação não biológica: sem o concurso de organismos vivos 1. Processo industrial (Haber): N H 2 2 NH 3 2. Processo natural (descargas elétricas na atmosfera): hv H 2 O N 2 + O 2 óxidos de N NO 2 + NO 3 Fixação biológica: com o concurso de organismos vivos N H e 25 o C/1atm 2 NH o C/200 atm 1. Não simbiótica: Rhodospirillum rubrum (autótrofo), Clostridium e Azotobacter (heterótrofos) 2. Simbiótica: Algas Nostoc e fungos (líquens), Rhizobium + leguminosas, Azospirillum e Herbaspirillum + gramíneas(cana de açúcar)

5 Empregandose 15 N 2 se observa a amônia como o primeiro composto estável marcado e o ácido glutâmico como o primeiro composto orgânico com o referido isótopo. Leguminosas armazenam grande quantidade de glutamina e asparagina. FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO N 2 PIRUVATO + Pi N Ξ N H 2 2 Ferrodoxina (Fe +3 ) 2 Ferrodoxina (Fe +3 ) HN = NH H 2 N NH 2 2 H + 2 Ferrodoxina (Fe +2 ) 2 Ferrodoxina (Fe +2 ) 2 H + + 2e N 2 2 NH 3 ACETIL~P + CO H + + NITROGENASE

6 IMPORTÂNCIA DA FIXAÇÃO BIOLÓGICA Remoção pelas culturas 25 milhões toneladas Fertilizantes 3 Chuvas 3 Fixação biológica 10 Déficit 9 USDA, 1970

7 A AMÔNIA É A FORMA NITROGENADA ADICIONADA NO SOLO 15 N 2 15 NH 3 Glutamato 15 N Demais compostos orgânicos nitrogenados (glutamina e asparagina N 2 NH 3 e outros compostos Organismos fixadores Proteínas, aminoácidos decaimento Amino ácidos Organismos não fixadores NH3

8 NITRIFICAÇÃO NH 3 + 3/2 O 2 Nitrosomonas NO 2 + H 2 O G = cal/mol Nitrobacter NO 2 + 1/2 O 2 NO 3 G = cal/mol Bactérias nitrificantes (quimioautótrofos): O NITRATO É A FORMA NITROGENADA MAIS ABUNDANTE NO SOLO

9 REDUÇÃO DO NITRATO LUZ NO 3 Redutase de nitrato (Mo) NO 2 Redutase de nitrito (Fe) NH 3 NADH + H + NAD + 3NADPH + H + 3NADP + ACÚMULO DE NITRITO ALTAMENTE TÓXICO (MATA A PLANTA) FASE CLARA DA FOTOSSÍNTESE HERBICIDAS QUE BLOQUEIAM O TRANSPORTE DE ELÉTRONS

10 ASSIMILAÇÃO DA AMÔNIA 3 VIAS Alfaaminoácido Alfacetoglutárico R NH 2 CH COO O OOC CH 2 CH 2 CH COO NH 3 transaminase desidrogenase glutâmica 1 R O CH COO NH 2 OOC CH 2 CH 2 CH 2 COO Alfacetoácido Acido glutâmico NH 3 sintetase de glutamina 2 NH 2 NH 2 CO CH 2 CH 2 CH 2 COO Glutamina

11 FORMAÇÃO DA URÉIA 3. CARBAMIL QUINASE NH 3

12 GS/GOGAT GLUTAMATO SINTASE OU GLUTAMINA OXOGLUTARATO AMINOTRANSFERASE Glutamina Alfacetoglutárico N H 2 C O C H 2 C H 2 N H 2 C O O C H 2 OOC CH 2 CH 2 O CH COO + NAD(P)H + H + NH 2 OOC CH 2 CH 2 CH 2 COO Acido glutâmico NH 2 OOC CH 2 CH 2 CH 2 COO Acido glutâmico + NAD(P) + SINTETASE DE ASPARAGINA GLUTAMINA + ASPARTATO + ATP GLUTAMATO + ASPARAGINA + AMP + PPi SE ACUMULAM NOS ORGANISMOS FIXADORES ASPARAGINA GLUTAMINA CARBAMIL~P OUTROS AMINOÁCIDOS BASES NITROGENADAS

13 2NO 3 DESNITRIFICAÇÃO (respiração do nitrato) Pseudomonas (anaerobiose) +5 0 N H 2 O CO 2 NADPH+H + NADP + Substratos orgânicos NADP + REGIÃO ANAERÓBICA, FORA DO ALCANCE DAS RAÍZES

14 Decaimento CICLO DO NITROGÊNIO Fixação biológica N 2 ATMOSFERA Descargas elétricas NO, NO 2 Pseudomonas H 2 O COMPOSTOS NITROGENADOS ORG.FIXADORES Processo Haber (desnitrificação) Redução do nitrato Decaimento Redutase NO Redutase NO 2 3 NH 3 NO NO 2 3 Nitrosomonas Nitrobacter Nitrificação GLUTAMINA CARBAMIL~P GLUTAMATO COMPOSTOS NITROGENADOS ORG. NÃO FIXADORES LCBasso, 2011