BIOQUÍMICA - Aula 6 ciclo do nitrogenio

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BIOQUÍMICA
Aula 6 – Ciclo do Nitrogênio
 
- O ciclo do nitrogênio faz parte da manutenção da vida dos seres vivos compor biomoléculas 
· Ciclos biogeoquímicos
- É a troca cíclica de elementos químicos que ocorre entre seres vivos e o ambiente 
- Todos os elementos químicos naturais têm movimento dinâmico nos ecossistemas em “movimento” constante entre o meio físico e os organismos 
- A denominação usada justifica-se, pois os ciclos envolvem etapas biológicas, físicas e químicas alternadamente 
· Principais ciclos biogeoquímicos 
- Ciclo da água: movimento que a água faz na natureza
- Ciclo do carbono: renovação do carbono atmosférico 
- Ciclo do oxigênio: movimento do O2 por atmosfera, litosfera e biosfera
- Ciclo do nitrogênio: comporta as diversas transformações do N
- Ciclo do fósforo: crescimento e sobrevivência dos seres vivos íon fosfato 
- Ciclo do enxofre: S se desloca para os minerais e sistemas vivos 
· Nitrogênio
- Gás mais abundante na atmosfera (78%);
- Pouco reativo;
- Conhecido como Azoto (sem vida) [Vem de Lavosier] 
- É o 4o elemento mais abundante dos organismos vivos;
- Maioria dos seres vivos é incapaz de utilizar o N2 atmosférico;
- Descreve o processo dinâmico do nitrogênio entre a atmosfera, matéria orgânica e compostos inorgânicos;
- É indispensável para formar os aminoácidos (proteínas) e ácidos nucléicos (DNA).
· Aminoácidos (proteínas) 
- O aminoácido para ser sintetizados é necessário nitrogênio
- Nitrogênio molécular (atmosférico) [N2] transformado em amônia (NH3), nitrito (NO2) e nitrato (NO3) síntese dos aminoácidos gerando a proteína 
· DNA ADN em português: ácido desoxirribonucleico [Deoxyribonucleic Acid]
- Formado de base nitrogenada (adenina, guanina, timina e citosina) e um açúcar 
- As bases nitrogenadas são constituídas de vários nitrogênios, então para que os ácidos nucleicos formem a estrutura do DNA precisa de nitrogênio 
· Estoque do nitrogênio 
- Local com mais nitrogênio é na atmosfera
N2 (gás nitrogênio) localizado na atmosfera em forma de gás
NH3 (amônia) muito toxica para o solo e organismos vivos, portanto há uma transformação da amônia em amônio
NH4+ (amônio) presente no solo
NO2- (nitrito) 
NO3 (nitrato) 
· Transformações do nitrogênio na natureza 
- Uma forma do solo ter nitrogênio é através dos pesticidas 
- Pequenas quantidades de nitrogênio são fixadas por relâmpagos (8%) 
· Ciclo do nitrogênio 
- Fixação (Rhizobium sp.): fixam o N transformando-o em NH4+ (amônia). Os decompositores transformam matéria orgânica em NH4+ 
- Nitrificação (bactérias nitrificantes): transformam da amônia em nitrito (pelas bactérias Nitrosomona sp.) e posteriormente em nitrato (pelas bactérias Nitrobacter sp.)
- Incorporação do nitrato pelas plantas: a predação “leva” o nitrogênio através da cadeia alimentar. Com a formação de compostos nitrogenados pelos animais (amônia, ácido úrico e ureia) o nitrogênio volta para o ambiente
- Desnitrificação: retorno do nitrogênio para a atmosfera através das bactérias desnitrificantes (´Pseudomonas sp.). Elas transformam nitrato e amônia em N
· Fixação N2 captação do nitrogênio atmosférico e incorporação à cadeia alimentar absorvem o N2 e transformam-no em nitrato (NO3-) e amônia (NH3) formas utilizadas pelas plantas:
- Bactérias do gênero Rhizobium: fixação simbiótica
	Associação mutualística com raízes de plantas leguminosas 
- Bactérias do solo: gênero Azotobacter fixação simbiótica 
- Rotação de cultura 
· Fixação biológica do nitrogênio 
- Importante na entrada de N no ciclo (90%);
- Bactérias formam amônio a partir do N2 atmosférico;
- Bactérias de vida livre ou simbióticas;
- Enzimas responsáveis – Complexo nitrogenase (bioquímica) 
· Bioquimica da fixação biológica do nitrogênio 
- Duas enzimas são importantes e constituem o complexo nitrogenase:
Dinitrogenase redutase [faz a primeira etapa oxiredução]
Dinitrogenase [transforma nitrogênio e elétrons em amônia e nitrogênio gasoso] 
· Fixação do nitrogênio pelo complexo nitrogenase
- Doador de elétrons o piruvato (NADH e FAD são coenzimas que fazer o transporte. Têm na sua estrutura a capacidade de armazenar elétrons e prótons por grupos funcionais presentes que são capazes de capturar o hidrogênio do meio. Quando isso ocorre, o hidrogênio não se liga sozinho, e por isso leva consigo um elétron] 
- Passam para dinitrogenase redutase pela ferredoxina (um elétron de cada vez);
- Chegam à dinitrogenase que deve receber 8 elétrons para reduzir o N2 a amônio;
- Dois elétrons são usados para reduzir 2H+ em H2 em um processo que acompanha a fixação de nitrogênio.
- Começa no roxo e depois vai pro laranja 
· Amonificação transformação do nitrogênio presente na forma orgânica no corpo de organismos mortos em amônia (NH3) por bactérias decompositoras
- Retorno do nitrogênio para o meio disponível para bactéria e plantas
- Conversão nitrato a amônia: bactérias fazem redução assimilativa de nitrato
- Objetivo: amônia para biossíntese de aminoácidos (aas)
	Ex.: Ureia (NH2)2CO + H2O → 2 NH3 + CO2
· Ciclo da ureia 
- Uma das formas mais importantes de reciclagem do nitrogênio 
- Quando o corpo precisa de energia, ele metaboliza alguns compostos, sendo eles geralmente, glicose, lipídios e proteínas
- Quando as proteínas estão sendo quebradas ou sintetizadas, há a liberação de aminoácidos que pode servir para produção de diversos compostos, como glicose, Acetil-Coa, CO2 e também transformando-o em amônia. 
- A amônia é muito toxica para ser liberada na urina, então, é transformado a amônia em ureia e assim consegue ser eliminada no solo, que ao entrar em contato com a água é transformada em amônia novamente. 
· Metabolismo dos aminoácidos 
- As proteínas são quebradas no estomago e no intestino
- Liberando os aminoácidos libera amônia (toxica) transformada em ureia excreção no solo 
- Portanto, a amônia pode vir da decomposição de organismos vivos, da excreção de ureia, absorvida por algumas plantas e pode então gerar o nitrito 
· Ciclo do nitrogênio
· Nitrificação transformação da amônia a nitrato bactérias nitrificantes energia liberada usada na síntese de compostos orgânicos a partir de CO2 e H2O (quimiossíntese):
- Bactéria amônia-oxidantes: oxidam a amônia e nitrito Nitrosomonas e Nitrosococcus 
- Bactéria nitrito-oxidantes: oxidam nitrito a nitrato Nitrobacter e Nitrococcus, Nitrospina 
- Nitrato liberado no meio diretamente utilizado pelas plantas:
	Convertido para forma orgânica [aminoácidos e nucleotídeos] aminoácidos e nucleotídeos 
· Desnitrificação transformação de matéria nitrogenada em N2 bactérias denitrificantes:
- Utilizam nitrato como aceptor final de elétrons na respiração anaeróbia liberação de N2 para a atmosfera 
- Agricultara é processo indesejável empobrece o solo 
- ↑ Desnitrificação: ↑ quantidade material orgânico, ↑ T (25-60oC), pH neutro a alcalino 
- Ex.: Agrobacterium, Acaligenes, Bacillus, Thiobacilus e Pseudomonas
- Portanto, as bactérias desnitrificantes serão responsáveis por transformar o nitrato em nitrogênio atmosférico, o que levara a sua liberação na atmosfera. 
- Nesse processo ocorre perda de N para a atmosfera, mas ele é importante para a manutenção do balanço entre N biológico e N do ar 
· Processos X Bactérias 
- Bactérias anamox tem a capacidade de fazer oxidação diferentes, como exemplo, tem a possibilidade em alguns casos de amônia ser passado por nitrogênio e desse a nitrito. Acontece principalmente em bactérias provenientes de pesticidas ou outras culturas. 
· Redução Absorção e assimilação de nitrato pelos vegetais e microrganismos
- O nitrato obtido é reduzido a amônia e utilizado para a síntese de aminoácidos e outros compostos nitrogenados.
- Nitrato e amônio são objeto da intensa competição entre microrganismo do solo e plantas.
- Plantas desenvolveram um mecanismo especial para capturar esses elementos rapidamente do solo e estocá-lo. 
- Entrada gasta energia – manutenção do potencial eletroquímico.
- Nitrato podeser armazenado em vacúolos.
- Transformado em nitrito pela enzima nitrato redutase.
- Nitrito altamente reativo e deve ser rapidamente retirado do citoplasma.
- Entra nos plastídios e é transformado em amônio pelo nitrito redutase.
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