METABOLISMO DO NITROGÊNIO Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

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1 METABOLISMO DO NITROGÊNIO Prof. Dr. Roberto Cezar Lobo da Costa

2 ROTEIRO DE AULA 1. Introdução, importância e funções do nitrogênio 2. Formas nitrogenadas que podem ser absorvidas 3. Redutase do nitrato 4. Redutase do nitrito 5. Assimilação da amônia 6. Aminoácidos 7. Proteínas 8. Transporte e armazenamento de nitrogênio 9. Ajuste osmótico proporcionado por aminoácidos 10. Fotossíntese e metabolismo de nitrogênio

3 INTRODUÇÃO Na nutrição mineral de plantas, destacamos os macronutrientes: N, P, K, Ca, Mg, S. Também os micronutrientes: B, Cl, Mn, Cu, Zn, Fe. O N é de grande importância para as plantas: aminoácidos, proteínas, enzimas, Ácidos nucléicos (RNA, DNA), clorofilas e outros. Fonte de N: 1. Ar (solo): N 2 (plantas fixadoras) 2. solução do solo: NO 3 - e NH 4 +

4 NITROGÊNIO N

5 O CICLO DO NITROGÊNIO Fixação Não Simbiótica N 2 Desnitrificação N 2, NO 2,N 2 O Fixação Biológica ou Simbiótica N 2 Bactérias Rhizobium Ureídeos SOLO Amonificação Absorção Oxidação NH 3 /NH 4 + NO 2 - NO 3 - Nitrosomonas Nitrificação Oxidação Nitrobacter Lixiviação Lençol Freático

6 IMPORTÂNCIA

7 FUNÇÕES DO NITROGÊNIO N NAS PLANTAS Essencial para todo o metabolismo vegetal, como composto.

8 PRINCIPAIS ADUBOS NITROGENADOS N

9 FAIXA DE ph PARA ASSIMILAÇÃO DE N E OUTROS NUTRIENTES

10 NITROGÊNIO DEFICIÊNCIA Clorose das folhas velhas ; Necrose sob deficiência aguda e estresse hídrico. TOXIDEZ NH 4 + tóxico (2mmol -1 ); Interfere na absorção de água; Folhas secas e enroladas; Excesso de N-amoniacal.

11 FORMAS ABSORVIDAS

12 IMPORTÂNCIA DA RELAÇÃO N-NH 4+ :N-NO 3 - Solução nutritiva (NPVBA) Na 2 MoO 4.2H FeSO 4.7H 2 O Fe 50.0 EDTA EDTA 50.0 Adicionar as quantidades de FeSO4, EDTA, e água destilada, depois manter em over-night sob oxigenação.

13 IMPORTÂNCIA DA RELAÇÃO N-NH 4+ :N-NO 3 - KIM et al. J. Plant Nutr 2002;

14 NITROGÊNIO PODE SER ACUMULADO NO VACÚOLO

15 Amonificação: Liberação de NH 4 + para o meio ambiente. Nitrificação: formação de NO 3 - por ação de bactérias. 2 NH O 2 2 NO H H 2 O NITROSSOMONAS 2 NO O 2 2 NO 3 - NITROBACTER

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17 REDUÇÃO DO NITRATO O nitrato é reduzido a amônia/amônio (NH 3 /NH 4+ ) 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 NO 3-.

18 NO CITOSOL RN NO H e - NO H 2 O. NO CLOROPLASTO OU PLASTÍDEO NO H e - RNi NH H 2 O

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20 ASSIMILAÇÃO DA AMÔNIA GLUTAMINA SINTETASE (GS) Enzima responsável pela assimilação do NH 4+ (NH 3 ). A ação da GS é dependente de ATP para converter Glutamato em Glutamina e está presente em todos os tecidos das plantas.

21 GLUTAMINA SINTETASE (GS) Porta de entrada da amônia para a formação dos aminoácidos em plantas superiores. Níveis altos de GS têm sido isolados de nódulos de leguminosas que fixam nitrogênio (feijão). Localização: CITOSOL, CLOROPASTOS e PLASTÍDIOS.

22 GLUTAMINA SINTETASE (GS) GLUTAMATO + NH 3 ATP Mg +2 ADP + Pi GLUTAMINA

23 AÇÃO DA GLUTAMINA SINTETASE GS

24 GLUTAMATO SINTASE (GOGAT) É a enzima responsável pela transferência do grupo amida da Glutamina para produzir 2 moléculas de glutamato. Duas diferentes formas de GOGAT estão presentes em plantas superiores. 1. Utiliza a Ferredoxina reduzida (FD dependente). Está presente em altas concentrações nas folhas e está localizada nos cloroplastos.

25 GLUTAMATO SINTASE (GOGAT) 2. Utiliza o NADH (NADH dependente) Está presente em baixas concentrações nas folhas, mas tem um grande papel na fixação do N 2 pelos nódulos. Está localizada nos plastídios de nódulos de Phaseolus.

26 GOGAT

27 Resumo da assimilação da amônia (Biossíntese pela GOGAT) and/or Assimilação pela GS NH 3 NH 3 GOGAT Glutamate GS Glutamine

28 Aminoácidos Os aminoácidos são pequenos blocos nitrogenados, sendo a unidade formadora das proteínas. Cada aminoácido é uma unidade fundamental nos processos anabólicos. H COOH C R NH 2

29 Aminoácidos

30 Proteínas Proteínas são substâncias formadas por macromoléculas resultantes da condensação de grande número de moléculas de aminoácidos carboxílicos. São sintetizadas pelos organismos vivos através de ligações peptídicas.

31 Ligação peptídica

32 Formação de um dipeptídeo

33 Proteínas x peptídeos Todas as proteínas contêm carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, e quase todas contêm enxofre. Algumas proteínas contêm elementos adicionais, particularmente fósforo, ferro, zinco e cobre. Seu peso molecular é extremamente elevado. Uma cadeia de aminoácidos denomina-se de peptídeo, estas podem possuir: Dois aminoácidos (dipeptídeo); Três aminoácidos (tripeptídeo); Quatro aminoácidos (tetrapeptídeo); Muitos aminoácidos (polipeptídeo).

34 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.

35 ASPARAGINA 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.

36 FORMAÇÃO DA AMÔNIA DURANTE O METABOLISMO DAS PLANTAS A amônia é formada durante vários processos: 1. Assimilação Inicial: produto da redução do nitrato e fixação de N Metabolismo dos componentes de Transporte: É liberada durante a degradação da asparagina, argilina e ureídeos. 3. Catabolismo de proteínas: as proteínas são hidrolisadas durante a germinação das sementes e durante a senescência de folhas.

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38 Prolina: um aminoácido utilizado no ajustador osmótico

39 Prolina: um aminoácido utilizado no ajustador osmótico

40 Prolina: um aminoácido utilizado no ajuste osmótico

41 Prolina: um aminoácido utilizado no ajuste osmótico

42 Prolina: um aminoácido utilizado no ajuste osmótico

43 Glicinabetaína: outro aminoácido que funciona como ajustador osmótico

44 Glicinabetaína: outro aminoácido que funciona como ajustador osmótico

45 Glicinabetaína: outro aminoácido que funciona como ajustador osmótico

46 FOTOSSÍNTESE E METABOLISMO DO NITROGÊNIO

47 FOTOSSÍNTESE E METABOLISMO DO NITROGÊNIO

48 Obrigado!!!