Aula 08 Nutrição Mineral_parte_2

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AULA 5
Nutrição Mineral
Parte 2
Marcelo Francisco Pompelli
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE BIOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA
BO248 – FISIOLOGIA VEGETAL
CO2
H2O
VEGETAIS
HERBÍVOROS
CARNÍVOROS
CONSUMIDORES
DECOMPOSITORES
NUTRIENTES
SOLO
O2
H2O
Fluxo de Nutrientes na Terra
2
2
	Os vegetais são seres autotróficos, que minerando o ambiente, produzem o alimento que será consumido pelos seres heterotróficos. Sem as plantas não há vida animal, sem plantas não existiríamos. As plantas precisam se alimentar para alimentar a humanidade planetária. As plantas captam energia da luz solar através da fotossíntese e absorvem os nutrientes e assim vivem e disso depende toda a vida animal na terra. As rochas, sob a ação do ambiente e vão formando os diferentes solos, de onde os vegetais buscam os elementos nutritivos necessários para completar o seu ciclo vital.
	Os solos variam quanto as suas composições de acordo com os fatores que atuaram durante o processo de formação. Os diferentes solos têm capacidades diferentes de fornecer nutrientes aos vegetais e aos outros microorganismos. Quando um solo não consegue suprir a exigência de um determinado nutriente a um vegetal qualquer, esta deficiência provocará desarranjos nos processos metabólicos da planta e distúrbios metabólicos podem se manifestar visivelmente, como amarelecimento das folhas, causado pela insuficiência de nitrogênio, devido a não formação de clorofila, que possibilita a coloração verde da folha. Os sintomas são mais ou menos característicos de cada nutriente, dependendo a sua intensidade da severidade da deficiência, depende também da espécie vegetal e dos fatores ambientais. 
Laboratório de Ecofisiologia Vegetal - Unversidade Federal de Pernambuco
BO248 - Fisiologia Vegetal - Prof. Marcelo Francisco Pompelli
Assimilação de Nutrientes Minerais
Por serem seres autotróficos
as plantas necessitam obter do meio os nutrientes que precisam 
A incorporação destes minerais
em compostos orgânicos como pigmentos, co-fatores enzimáticos, lipídeos, ácidos nucléicos e aminoácidos é denominada de Assimilação de Nutrientes Minerais
O Nitrogênio
Na assimilação do Nitrato (NO3-)
o nitrogênio do NO3- é convertido em uma forma mais energética, o nitrito (NO2-) e, então, em uma forma ainda mais energética, o amônio (NH4+)
O amônio
é finalmente incorporado em nitrogênio amida da glutamina. Um processo que no todo consome 12 ATPs para cada nitrogênio incorporado
O Nitrogênio
As leguminosas
convertem o nitrogênio atmosférico (N2) em amônia (NH3), que em pH fisiológico é protonada para formar o íon amônio (NH4+), um processo de consome 16 ATPs por N assimilado
Reação em reverso – BOMBA!!!
se estas reações ocorressem rapidamente em reverso (NH4NO3  para N2) ela se tornaria explosiva, liberando uma grande quantidade de energia, luz e calor
Nitrogênio no ambiente
O Nitrogênio é encontrado
nos nucleotídeos fosfato e nos aminoácidos
Apenas elementos como O, C e H
são mais abundantes nas plantas que o nitrogênio
A maioria dos sistemas agrários
apresenta uma significativa melhoria após serem fertilizados com nitrogênio inorgânico
N2 Atmosférico
bactérias fixadoras de N de vida livre e associada às raízes das plantas
NH3
urina e fezes
morte
decomposição bacteriana
bactérias nitrificantes
nitrito
(NO2-)
bactérias nitrificantes
nitrito
(NO3-)
bactérias desnitrificantes
NH3
síntese de aminoácidos
fertilizantes base de amônia e nitrato
perda por lixiviação
eutrofização e sedimentação
excesso
H3N
óxidos de nitrogênio, atividade agrícola e industrial
relâmpagos
NH3
NO3
Ciclo do Nitrogênio no Ambiente
Atmosfera
Hidrosfera
Litosfera
Biosfera
Fixação do N:
 bactéria
 relâmpagos
Perdas e 
Decomposição
Bactérias
desnitrificantes
Erosão
Absorção
Ciclo do Nitrogênio no Ambiente
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Fixação do N:
 industrial (fertilizantes)
 combustão
Aumento da erosão
AÇÃO 
HUMANA
EFEITOS:
elevação do N
no solo e na água
Atmosfera
Hidrosfera
Litosfera
Biosfera
Ciclo do Nitrogênio no Ambiente
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O amônio ou o nitrato podem ser tóxicos
As plantas
podem acumular altos níveis de nitrato ou podem translocá-lo através dos tecidos sem efeitos prejudiciais
O amônio
é tóxico tanto para as plantas quanto para os animais 
é capaz de dissipar os gradientes de prótons transmembrana e causar distúrbios na fotossíntese e na respiração celular
Assimilação do nitrato do solo
A primeira etapa
consiste na redução do nitrato a nitrito no CITOSOL, através da Nitrato Redutase
A segunda etapa
consiste na redução do nitrito nos Plastídeos, através da Nitrito Redutase
Redução do amônio a aminoácidos
A terceira etapa
consiste na redução do amônio, através do sistema GS/GOGAT
as células vegetais evitam a toxicidade do amônio pela rápida conversão dele em aminoácidos 
 a principal via de conversão envolve a ação sequencial das enzimas glutamina sintetase (GS) e glutamato sintase (GOGAT)
Redução do amônio a aminoácidos
Glutamato + NH4+ + ATP  Glutamina + ADP + Pi
A reação necessita
da hidrólise de um ATP e envolve um cátion bivalente como o Mg+2, Mn+2 ou Co+2 como co-fator
Redução do amônio a aminoácidos – A GOGAT
Altos níveis de Glutamina nos plastídeos
estimulam a atividade da GOGAT
a enzima transfere o grupo amida da glutamina para o 2-oxoglutarato, produzindo duas moléculas de glutamato
Glutamina + 2-oxoglutarato + NADH + H+  2 glutamato + NAD+
Glutamina + 2-oxoglutarato + Fdred  2 glutamato + Fdox
localizada nos plastídeos
localizada nos cloroplastos
Assimilação do Nitrogênio Atmosférico
A fixação biológica
Representa a forma mais importante de fixar o nitrogênio atmosférico (N2) em amônio
é um ponto crucial para a entrada de Nitrogênio nos sistemas vivos
O processo é realizado por bactérias de vida livre e/ou associadas às raízes das plantas
Bactérias do tipo Azorhizobium, Bradyrhizobium, Photorhizobium, Rhizobium e Sinorhizobium, coletivamente chamadas de rizóbios se associam as raízes das leguminosas
Assimilação do Nitrogênio Atmosférico
Atmosfera
N2
Solo
N2
N2
bactérias fixadoras
de nitrogênio
matéria
orgânica
NH3
 (amônia)
NH4+
 (amônio)
H+
 (do solo)
 NO3–
 (nitrato)
bactérias 
nitrificantes
bactérias
desnitrificantes
raízes
NH4+
Solo
Atmosfera
Nitratos e compostos orgânicos nitrogenados são exportados pelo xilema até a parte aérea
Bactérias
amonificantes
Fonte: Campbell & Reece, Biology 8th edition. 2007
Assimilação do Nitrogênio Atmosférico
Desenvolvimento do nódulo das raízes
3 O crescimento continua na região infectada do córtex e do periciclo, e estas duas massas de células em divisão se fusionam, formando os nódulos
infecção
Rhizobium
bactéria
células do
córtex em
divisão
Bacteróides
Bacteróides
Bacterióides
nódulo radicular
em desenvolvimento
células do periciclo em divisão
pêlo radi-
cular infectado
1
2
3
Tecido do
nódulo vascular
4
2 A bactéria penetra o córtex através da infecção do pêlo radicular. As células do córtex e do pericilo começam a se dividir e vesículas contendo as bactérias dentro das células corticais são formadas, os bacterióides.
2
 As raízes emitem sinais químicos que atraem os Rhizobium. A bactéria então emite sinais que estimulam os pêlos radiculares a se alongarem e formar uma espécie de infecção, através de uma invaginação da membrana plasmática
1
4
	Os nódulos desenvolvem tecidos vasculares que suprem os nódulos com nutrientes e carrega os compostos nitrogenados para o cilindro vascular da planta que será redistribuído por todo o vegetal
O CICLO DO ENXOFRE
SO4-2
Sulfatos na atmosfera
precipitação ácida
Enxofre
inorgânico (S)
Enxofre biogênico dissolvido na água do mar
Sulfatos na águaSO4-2
H2S
Vulcões
marítimos
Sedimentação de
sulfatos e sulfitos
Deposição
orgânica
Coleta de água
de poços
Combustíveis fósseis ricos em ensofre
Sulfatos de ferro nas profundezas do solo e sedimentos
Sulfatos
no solo (SO4-2)
Captação pelas plantas
Microorganismos
Enxofre reduzido
(H2S)
Enxofre na
combustão de
combustíveis
fósseis
Extração
Enxofre nos organismos vivos (– S – )
Atmosfera
Hidrosfera
Litosfera
Biosfera
Vulcóes e
tempestades
Perdas e
decomposição
sedimentos
Absorção
Sedimentação
Absorção
Precipitação
“Evaporação”
Perdas
Liberação
bacteriana
Absorção
bacteriana
Ciclo do Enxofre
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Queima de 
combustíveis 
fósseis
Precipitação
Chuvas ácidas
Impactos da ação humana
Efeitos líquidos:
aumentos na atmosfera (efeitos na saúde) e chuvas ácidas
Hidrosfera
Litosfera
Biosfera
Ciclo do Enxofre
Atmosfera
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Assimilação do Enxofre
O sulfato (SO4-2) é a forma de absorção do enxofre nos vegetais
A assimilação do sulfato necessita da redução do sulfato a cisteína
Concentração de sulfato (M)
 Captação de sulfato
(Log nmol h-1 g-1 DW)
 As raízes de cevada
 têm alta afinidade 
 com o SO4-2
SO3-2
SO4-2
H+
3
SO4-2
H+
3
ATP
H+
H+
ADP
+
Pi
Células da raiz
vacúolo
SO4-2
permease de alta afinidade
SO4-2
S-2
Cis
plastídio
SO4-2
H+
APS
SO4-2
PAPS
Compostos sulfatados
APS
SO4-2
SO3-2
PAPS
Cloroplasto das células do mesofilo 
S-2
Cis
S-2
permease de baixa afinidade
Glutationa
SO4-2
mitocondria
S-2 Cis
Xilema
Floema
Glutationa
H+ ATPase de membrana
Cis
Glutationa
Citosol da célula do mesofilo
A assimilação do sulfato
O CICLO DO FÓSFORO
Dissolvido na
água do mar
Restos de animais
e plantas
Sedimentos oceânicos
Rochas ricas
em fosfato
Extração (fertilizantes fosfatados)
Restos de animais e vegetais
Decompositores
Fosfato
no solo
Lixifiação e
percolação
Ciclo do Fósforo
Atmosfera
Hidrosfera
Litosfera
Biosfera
Nunca entra na atmosfera
perda e 
decomposição
erosão e percolação
Absorção
Sedimentação
Absorção
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Hidrosfera
Litosfera
Biosfera
extração, uso (fertilizantes, detergentes, etc.)
e aumento das perdas
Impactos da
ação humana
Efeitos líquidos:
aumento da concentração de fosfatos nas águas e nas algas. Depleção nos solos
mais fosfatos para os organismos
Ciclo do Fósforo
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Halófita Atriplex
Plantas hiper-acumuladoras - Sal
100 µm
A–F: Niquel
G : Zinco
H : Selênio 
Plantas hiper-acumuladoras
Thlaspi caerulescens 
Plantas hiper-acumuladoras – metais pesados
São tióis de baixo peso molecular produzido pelas plantas, peptídeos derivados da glutationa
Apresentam um papel fundamental contra metais pesados
As fitoquelatinas de ligam aos ions através dos seus grupos tióis da molécula
Quelato: um complexo entre o ion metálico e um ligante
Ato de quelar: remover (um metal pesado, tal como o mercúrio) da solução do meio através de uma substância quelante
Fitoquelatinas
O tratamento para remoção de metais pesados no ambiente
remove ou encapsula o metal pesado num sistema inerte
Fitorremediação
as plantas captam, quelam e sequestram os metais
Metais pesados
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Fitoextração
Fitoestabilização
Fitorremediação
Bioacumulação
acúmulo do 
metal nos
tecidos da 
planta
Ions metálicos
e toxinas
Fitorremediação
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