O metabolismo do azoto

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Universidade Licungo extensão da Beira
Faculdade de ciências e tecnologia.
Curso de licenciatura em ensino de Biologia.
João Inoque Joy
Tema
Balanço do metabolismo do azoto
Beira
2021.
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João Inoque Joy
TEMA
Balanço do metabolismo do azoto
Beira
2021
Este Trabalho é Apresentado na Cadeira
de Fisiologia Vegetal, Curso De Biologia
Laboral. Departamento de Ciências
Naturais e Tecnologia Delegação da
Beira.
Para fim de uma avalição
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Introdução
O nitrogênio é um dos elementos mais fundamentais para os seres vivos, sendo um dos mais
abundantes também, este preciso elemento é usado para a síntese de proteínas, aminoácidos
ou ATP, daí a extrema importância. Por mais que o nitrogênio seja um dos elementos mais
abundantes na natureza, a maioria dos seres vivos não o podem assimilar, dependendo de
processos químicos-biologicos ou até com ajuda de outros seres vivos que ajudam a
transformar o nitrogênio em substâncias assimilável. O trabalho que se segue refere-se às
pesquisas bibliográficas realizadas que procuram trazer o que se sabe sobre todo o processo
que envolve a planta e este elemento tão precioso.
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1. Redução de nitratos
Uma das características peculiares das plantas é a capacidade de poder sintetizar o seu próprio
componente orgânico essencial á vida, a partir de nutrientes inorgânicos que encontram no
meio. Entretanto nem todos os nutrientes podem ser assimilados pela planta no seu estado
natural.
A assimilação de nitrogênio envolve uma série complexa de reações bioquímicas que estão
entre as reações de maior consumo energético dos organismos vivos. As plantas e os
microrganismos absorvem o nitrogênio tanto na forma reduzida (NH4+) como na forma
oxidada (NO3-).
Chama-se a imobilização do nitrogênio, o processo que consiste na transformação do N
inorgânico (NH3, NH4+, NO3-, NO2-) em N orgânico.
Na assimilação do nitrato (NO3–), o nitrogênio do NO3– é convertido em uma forma mais
energética (mais reduzida), o nitrito (NO2–), e, depois, em uma forma ainda mais energética
(mais reduzida ainda), o amônio (NH4+), e finalmente em nitrogênio amida da glutamina. Esse
processo consome o equivalente a 12 ATPs para cada nitrogênio amida. o que faz com que o
NH4+ seja preferencialmente absorvido pelos microrganismos.
NO³- + NAD(P)H + H+→ NO²- + NAD(P)* + H2O
NO²- + 6 Fdred + 8 H+→ NH4+ + 6 Fdox + 2
Sendo a primeira reação catalisada pela enzima nitrato refutase e nitrito redutase a
segunda
As nitrato redutase das plantas superiores são formadas por duas
subunidades idênticas com três grupos prostéticos cada: flavina adenina
dinucleotídeo (FAD), heme e um complexo formado pelo molibdênio e
uma molécula orgânica denominada pterina.
A nitrito redutase é codificada no núcleo e sintetizada no citoplasma,
apresentando um peptídeo de trânsito no N-terminal que a direciona para
os plastídios
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Fig. 1. Modelo do acoplamento do fluxo de
elétrons da fotossíntese, via ferredoxina, com a redução do nitrito pela nitrito redutase. A
enzima nitrito redutase possui dois grupos prostéticos, Fe4S4 e heme, que participam na
redução do nitrito a amônio.
Os microrganismos assimilam o amônio (amônia como substrato) por duas vias:
desidrogenase do glutamato (GDH) e sintetase da glutamina-sintase do glutamato
(GS/GOGAT).
A primeira via torna-se ativa quando o NH4+ está presente em concentrações relativamente
altas (> 0,5 mg NH4+ kg-1 de solo). Neste caso adesidrogenase do glutamato , na presença de
equivalentes redutores, incorpora aquele íon aoα-cetoglutarato para formarglutamato . Porém,
na maioria dos solos o amônio está presente em baixas concentrações, resultando em
decréscimo da sua concentração intracelular. Neste caso, os microrganismos utilizam a
segunda via, onde o amônio, primeiramente, se junta ao glutamato para formar glutamina.
Posteriormente, o NH4+ é transferido da glutamina para o α-cetoglutarato, que resulta na
formação de duas moléculas deglutamato . Uma vez incorporado aoglutamato, o amônio pode
ser transferido para outras moléculas para formar aminoácidos adicionais.
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1.1. Raízes e partes aéreas assimilam nitrato
"Em muitas plantas, quando as raízes recebem quantidades pequenas de
nitrato, este é reduzido, principalmente nesses órgãos. À medida que o
suprimento de nitrato aumenta, uma proporção maior do nitrato absorvido
é translocada para as partes aéreas, onde será assimilada. Mesmo sob
condições similares de suprimento do nitrato, o equilíbrio do metabolismo
desse nutriente entre a raiz e o caule conforme indicado pela proporção da
atividade da nitrato redutase em cada um dos dois órgãos ou pelas
concentrações relativas do nitrato e do nitrogênio reduzido na seiva do
xilema varia de espécie para espécie. [...] Em geral, espécies nativas de
regiões de clima temperado dependem mais intensamente da assimilação
do nitrato pelas raízes que espécies de regiões tropicais e subtropicais."
( TAIZ, ZEIGER, MØLLER e MURPHY, et al. 2017).
2. Fixação de N2
A maior parte do grande reservatório de nitrogênio presente na
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atmosfera não está diretamente disponível para os organismos
vivos. A obtenção de nitrogênio da atmosfera requer a quebra de
uma ligação tripla covalente de excepcional estabilidade entre os
dois átomos de nitrogênio (N≡N) para produzir amônia (NH3) ou
nitrato (NO3–). Tais reações, conhecidas como fixação do
nitrogênio.
A fixação do nitrogênio assimilável pelas plantas ocorrem por
processos industriais e naturais:
 Relâmpagos. Os relâmpagos são responsáveis por cerca de
8% do nitrogênio fixado pelos processos naturais. Eles
convertem o vapor de água e o oxigênio em radicais
hidroxilas livres altamente reativos, em átomos de
hidrogênio livre e em átomos de oxigênio livre, que atacam o
nitrogênio molecular (N2), formando o ácido nítrico (HNO3).
Posteriormente, esse ácido nítrico precipita-se sobre a Terra
com a chuva
 Reações fotoquímicas. Quase 2% do nitrogênio fixado são
originados de reações fotoquímicas entre o óxido nítrico
gasoso (NO) e o ozônio (O3), produzindo o ácido nítrico
(HNO3).
 Fixação biológica do nitrogênio . Os 90% restantes resultam
da fixação biológica do nitrogênio, em que bactérias ou
cianobactérias (algas azuis) fixam o N2 em amônia (NH3).
Essa amônia dissolve-se na água e forma o amônio (NH4+):
NH3 + H2O→ NH4+ + OH-
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2.1. Fixação Biológica
Representa a forma mais importante de fixar o nitrogênio
atmosférico N2 em amônio, sendo que ela representa o ponto-
chave do ingresso do nitrogênio molecular no ciclo
biogeoquímico desse elemento.
2.1.1. Bactérias fixadoras de nitrogênio de vida livre e
simbióticas
A maior parte de organismos procariotos fixadores de nitrogênio
vive no solo. Vários formam associações simbióticas com
plantas superiores(formandonódulos nas suas raízes), nas quais
o procarioto fornece nitrogênio fixado diretamente para a planta
hospedeira em troca de outros nutrientes e de carboidratos.
Uma das associações simbióticas mais conhecida ocorre entre
as espécies da família Fabaceae (leguminosas ) e as bactérias do
solo dos gênerosAzorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium,
Rhizobium e Sinorhizobium (rizóbios ). Outro tipo comum de
simbiose ocorre entre várias espécies de plantas lenhosas, como
o amieiro (Alnus ), e bactérias do solo do gênero Frankia; essas
plantas são conhecidas como actinorrízicas.
São conhecidas ainda as associações entre as herbácea sul-
americana Gunnera e na diminuta pteridófita aquática Azolla , as
quais formam associações com as cianobactérias Nostoc e
Anabaena , respectivamente.
2.1.2. Condições necessárias á fixação do nitrogênio
Devido ao alto consumo energético nas reações de fixação, as
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enzimas catalisadoras são providas de sítios que facilitam as
trocas de alta energia dos elétrons. O oxigênio, sendo um forte
aceptor de elétrons, pode danificar esses sítios e inativar
irreversivelmente a nitrogenase. Assim, o nitrogênio deve ser
fixado sob condições anaeróbias.
Nas cianobactérias, as condições de anaerobiose são criadas em
células especializadas denominadasheterocistos. Essas células
perdem o fotossistema II, Dessa forma, elas não formam
oxigênio.
2.2.3.Estruturas especializadas na fixação simbiótica
Em muitos casos a fixação do nitrogênio em plantas acontece
em nódulos, órgãos especiais da planta hospedeira que
envolvem as bactérias fixadoras, sendo que em certos casos
estes nódulos ocorrem em glândulas do caule (GêneroGunnera )
e em outros casos ocorrem nas raízes (leguminosas) . As
bactérias fixadoras de nitrogênio Acetobacter diazotrophicus e
Herbaspirillum spp. vivem no apoplasto dos tecidos do caule de
cana-de-açúcar e podem suprir seu hospedeiro com cerca de 30%
do nitrogênio necessário, reduzindo a necessidade de
fertilizantes nitrogenados (não há produção de nódulos).
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Fig. 2. Nódulos em raiz de feijoeiro
(Phaseolus vulgaris).
2.3. O complexo da enzima nitrogenase fixa o N2
A fixação biológica do nitrogênio, produz amônia a partir do
nitrogênio molecular. A reação geral é:
N2 + 8 e– + 8 H* + 16 ATP → 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi
Na redução do N2 a 2 NH3, uma transferência de seis elétrons,
está acoplada à redução de dois prótons para formar H2. O
complexo da enzima nitrogenase catalisa essa reação.
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Fig. 2. Reação catalisada pela nitrogenase. A ferredoxina reduz a
Fe-proteína. A Fe-proteína reduz a MoFe-proteína, e essa última
reduz o N2.
"Cálculos baseados no metabolismo de carboidrato de
leguminosas indicam que a planta respira 9,3 moles de CO2 por
mol de N2 fixado. Com base na Equação 13.10, o ΔG0´para a
reação geral da fixação biológica do nitrogênio é de cerca de
–200 kJ mol-¹. Nos rizóbios, 30 a 60% da energia fornecida para a
nitrogenase podem ser perdidos como H2, diminuindo a
eficiência da fixação do nitrogênio." ( TAIZ, ZEIGER, MØLLER e
MURPHY, et al. 2017).
Ciclo do Azoto
Como já foi dito anteriormente, o nitrogênio sofre transformações
que permitem que os organismos o consumam, portanto todo o
processo de transformação sofrido por este elemento é cíclico,
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ou seja, o organismo também libera o nitrogênio.
O ciclo do nitrogênio, portanto todo o processo de transformação
ou reciclagem do nitrogênio desde a passagem orgânica para
mineral. Entretanto este processo envolve quatro (4) etapas:
1. Fixação: trata-se da transformação gasosa do nitrogênio, ou
seja, processo que transforma o nitrogênio no seu estado
fundamental gasoso em nitrogênio orgânico possível de ser
assimilado (amónia e nitrato). Processo este realizado
maioritariamente pelas bactérias nitrificantes presentes no
solo.
2. Amonificação: nem toda amónia presente no solo é
resultado da fixação, parte desta resulta da decomposição
de matéria orgânica depositadas pelo organismos, pode ser
em forma de excrementos ou mesmo um organismo morto,
visto que quando há morte de um organismo, parte da
matéria orgânica que o constituía é libertada. Este processo
é realizado pelos organismos decompositores Bactérias e
Fungos.
3. Nitrificação: trata-se do processo de transformação do
nitrogênio em compostos nitrito . Este processo é
subdivido em dois, sendo A Nitrosação, bactérias
nitrossomad transformam a amónia já fixada em nitrito;
Nitração, que é a transformação do nitrito obtido na
nitrosação (NO2-) emnitrato (NO3-), visto que a maioria das
plantas consegue absorver o nitrogênio quando está na
forma de nitrato. Este último processo é realizado pelas
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Nitrobactérias (nitobacter) .
4. Desnitrificação: trata-se do último processo do ciclo,
caracterizado pelo retorno do nitrogênio na sua forma
gasosa para a atmosfera, são encarregues por este
processo as bactérias pseudoamonas (desnitrificantes).
Portanto isto faz com que a próxima etapa seja novamente
a fixação tornando cíclico.
C6H12O6 + 4NO3-→ CO2 + 6H2O + 2N2
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Fig. 3. Ciclo do nitrogênio.
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Conclusão
O nitrogênio é um dos elementos mais importantes para a vida, é
usado na sintetização de compostos orgânicos como proteínas,
aminoácidos até mesmo ATP que são substâncias que a planta
precisa, este elemento encontra-se em maior abundância na
atmosfera com cerca de 78%.
A planta precisa de ajuda de outros seres vivos e fenômenos que
ajudam a obter nitrogênio, isso porque o nitrogênio atmosférico é
impossível de ser assimilado, requerendo uma transformação
que envolve consumo de energia para que seja possível utilizar o
nitrogênio. Visto existem organismos capazes de transformar o
nitrogênio, certas plantas criou um mecanismo de associação
com estes demodo a fornecê-los o nitrogênio captado.
A transformação do nitrogênio permite um processo cíclico em
que o nitrogênio consumido é libertado por via de excreção e
putrefação de matéria orgânica, e isto envole organismos
decompositores. A amónia que é um derivado de nitrogênio,
quando decomposto é transformada novamente em nitrogênio
inorgânico atmosférico graças às bactérias desnitrificantes.
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Referência Bibliográfica
LESSA, Ruth. N. T;Ciclo do nitrogênio . Química ambiental ||.
Universidade federal de pelotas. Pelotas, 2007.
MØLLER, I. M., MURPHY, A., TAIZ, L., ZEIGER, E;Fisiologia e
Desenvolvimento Vegetal, 6 ed. Ortmend/são Paulo, 2017.
VIEIRA, R. F.Ciclo do nitrogênio em sistemas agrícolas / Rosana
Faria Vieira.-- Brasília, DF : Embrapa, 2017.