O documento discute o metabolismo e fixação de nitrogênio em plantas. Apresenta o ciclo do nitrogênio no solo, as vias de absorção e redução de nitrato e nitrito nas plantas, a assimilação de amônio e armazenamento de nitrogênio. Também explica a fixação biológica de nitrogênio por bactérias Rhizobium em leguminosas, o processo de formação dos nódulos radiculares e a reação catalisada pela enzima nitrogenase.

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

2. Índice
Introdução
Ciclo do nitrênio
De absorção de nitrogênio
Vias redução do nitrato (No3-)
Redutase do nitrato.
Redutase do nitrito.
Assimilação do amônio
Aminotransferases ou transaminases
Armazenamento e transporte de nitrogênio
Fixação biologica de nitrogênio
Beneficio da fixação biologica para agricultura
Formação dos nódulos
Reação de fixação de nitrogênio
Genes envolvidos na fixação biológica do nitrogênio

3. INTRODUÇÃO
Nutrição 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-).

4. INTRODUÇÃO

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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. REDUTASE DO NITRITO
Localização: cloroplastos
NO2
- + 8 H+ + 6 e- NH4
+ + 2 H2O
Redutase do nitrito

11. SOLO
NO3
-
NO3
-
CLOROPLAST
O
NO2
-
Redutase do
nitrato
CITOSOL
Redutase do
nitrito
NH4
+
NH4
+
NH4
+
AminoácidosOU
RESUMO

12. 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

13. 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
NH2
2H

14. AMINOTRANSFERASES OU TRANSAMINASES
Aspartato amino transferase
Glutamato + Oxaloacetato  2-Oxoglutarato + Aspartato
Alanina amino transferase
Glutamato + piruvato  2-Oxoglutarato + Alanina

15. 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

16. GLUTAMATO + NH4 GLUTAMINA + 2-OXOGLUTARATO
GLUTAMINA
SINTETASE
2 Glutamato
Glutamato
sintatase
Aspartato amino
transferase
2-Oxoglutarato + Aspartato
Alanina amino
transferase
+ Oxaloacetato
+ piruvato
ou
2-Oxoglutarato + Alanina
2NH2

17. 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.

18. ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE DE NITROGÊNIO
Os cotilédones de sementes em germinação são as principais fontes de
asparagina sintetase.

20. 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

21. 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.

22. 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).

23. 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.

27. 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.

28. 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:

30. 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

32. 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.

33. 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.

34. Referencias

35. Referencias

36. Referencias

37. OBRIGADO!!!