cap 7 absorção e assimilação de N

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O Nitrogênio e as Plantas 
(Absorção e Assimilação) 
Prof. Armando J. Silva 
Professor Associado IV - UFRR 
O nitrogênio e as plantas 
Introdução 
 N – Um dos nutrientes mais requeridos pelas 
plantas superiores e o que mais limita o 
crescimento. 
 Faz parte de proteínas, ácidos nucléicos e 
muitos outros compostos vegetais. 
 N2 atmosférico – totalmente inerte. 
 É fixado biologicamente, industrialmente 
(fertilizantes) ou por descargas elétricas (ver 
ciclo) 
 No solo, ocorre como N orgânico (aminoácidos, 
peptídeos e outras formas complexas 
insolúveis) ou inorgânico (nitrato e amônio). 
2 
O nitrogênio e as plantas 
3 Figura - O ciclo do nitrogênio na natureza 
O nitrogênio e as plantas 
Introdução 
4 
Planta Nutriente (%) 
N P K Ca Mg 
Girassol 1,74 0,08 3,47 1,68 0,73 
Feijão 1,48 0,05 1,19 1,46 0,57 
Trigo 2,26 0,06 4,16 0,46 0,23 
Cevada 1,94 0,13 4,04 0,68 0,29 
•Tabela 1 – Concentração de macronutrientes 
na parte aérea de algumas culturas 
O nitrogênio e as plantas 
Funções 
 Formação de aminoácidos, proteínas, ácidos 
nucléicos, hormônios, etc. 
 Componente das moléculas de clorofila, 
mitocôndria e outras importantes estruturas 
das células vegetais. 
 Um adequado suprimento de N está associado 
com alta atividade fotossintética e vigoroso 
crescimento vegetativo. 
 Está associado com a utilização de carboidratos 
pelas plantas, resultando em plantas mais 
suculentas. 
5 
O nitrogênio e as plantas 
Funções 
A clorofila confere a cor 
verde às plantas 
A clorofila encontra-se 
nas membranas dos 
tilacóides dos 
cloroplastos (esferas de 
cor verde). 
6 
O nitrogênio e as plantas 
Funções 
Estrutura da clorofila 
encontrada em plantas 
superiores (a e b) 
7 
O nitrogênio e as plantas 
Funções 
Aminoácido 
Ácido nucléico 
Hormônios 
Alcalóides 
Hormônios 
Clorofila 
8 
O nitrogênio e as plantas 
Sintomas de Deficiência 
 O primeiro sintoma é o amarelecimento das 
folhas mais velhas. 
 Esse sintoma resulta da perda de proteínas dos 
cloroplastos, tornando as folhas amareladas e 
cloróticas. 
 Quando a deficiência se torna severa, as folhas 
mais velhas morrem e o crescimento da planta 
para. 
9 
O nitrogênio e as plantas 
Sintomas de Deficiência 
Deficiência de nitrogênio em 
planta de soja. 
Fonte: IPNI – International 
Plant Nutrition Institute 
 
10 
O nitrogênio e as plantas 
Sintomas de Deficiência 
Deficiência de nitrogênio em 
batata: Clorose pálida das 
folhas mais velhas, que se 
estende para a planta inteira. 
Plantas pouco vigorosas e 
tubérculos pequenos. 
Fonte: ABBA – Associação 
Brasileira da Batata 
11 
O nitrogênio e as plantas 
Sintomas de Deficiência 
Deficiência de nitrogênio em sorgo: Amarelecimento da ponta 
para a base em forma de "V"; secamento começando na ponta 
das folhas mais velhas e progredindo ao longo da nervura 
principal; necrose em seguida e dilaceramento colmos fino, 
redução do tamanho da panícula e a produção de grãos 
12 
O nitrogênio e as plantas 
Sintomas de Deficiência 
Deficiência de nitrogênio - À 
esquerda, planta normal e à 
direita, planta com deficiência 
de nitrogênio. 
Fonte: IPNI – International 
Plant Nutrition Institute 
13 
O nitrogênio e as plantas 
Sintomas de Deficiência 
Figura – Folhas e raízes de plantas de arroz cultivadas em solução 
nutritiva com três doses de nitrato. 14 
O nitrogênio e as plantas 
Sintomas de Deficiência 
Figura – Sintomas de deficiência 
de nitrogênio em 
plantas de milho 
crescendo no campo. 
15 
O nitrogênio e as plantas 
Formas Absorvidas 
pelas Plantas 
 Amônio – NH4
+ 
 Nitrato – NO3
- 
 Aminoácidos. 
 Peptídeos. 
 Formas complexas insolúveis. 
 As plantas absorvem preferencialmente as 
formas inorgânicas. 
16 
O nitrogênio e as plantas 
Formas Absorvidas pelas Plantas 
 Após sua absorção, o que acontece com o 
Nitrato – NO3-? 
 
 Pode ser reduzido a NH4
+ 
 Acumulado no vacúolo 
 Exportado para outras partes 
 
 O transporte para as folhas se dá pelo xilema. 
 
 A redistribuição das folhas para outros órgãos 
ocorre pelo floema, na forma de aminoácidos. 
17 
O nitrogênio e as plantas 
Formas Absorvidas pelas Plantas 
 Após sua absorção, o que acontece com o 
amônio (NH4
+)? 
 
 É imediatamente incorporado em esqueletos 
de carbono (enzimas da via glutamina 
sintetase-glutamato sintase – GS-GOGAT). 
 
 Tanto a redução do nitrato quanto a 
assimilação do amônio requerem energia na 
forma de ATP e poder redutor (NADH, NADPH e 
ferredoxina reduzida). 
 
 A assimilação precisa também de esqueletos 
de C derivados do ciclo de Krebs (α-
cetoglutarato). 18 
O nitrogênio e as plantas 
Formas Absorvidas pelas Plantas 
 No geral, a absorção de formas inorgânicas de 
nitrogênio pode ser visualizada na figura 2 
(Souza & Fernandes, 2006). 
 
 Para a absorção do nitrogênio, as plantas 
desenvolveram proteínas transportadoras que 
podem ter maior ou menor afinidade com o íon 
transportado. Assim, formam-se nas plantas 
dois sistemas de absorção que são: 
 Sistema de transporte de alta afinidade 
(HATS), e 
 Sistema de transporte de baixa afinidade 
(LATS). 
19 
O nitrogênio e as plantas 
Formas Absorvidas pelas 
Plantas 
20 
Figura 2 – Absorção de amônio (NH4
+) e nitrato (NO3
-) através da membrana 
plasmática. (1) bomba de prótons (P-H+ ATPase); (2) transportador de NO3
- (simporte); 
(3) transportador de NH4+ (uniporte). ΔΨ (potencial elétrico através da membrana). 
ΔµNH4+ ou ΔµNO3- (respectivamente, diferença de potencial químico para o íon NH4
+ ou 
NO3
-, entre o interior e o exterior da célula) 
O nitrogênio e as plantas 
Formas Absorvidas pelas 
Plantas 
21 
Souza & Fernandes apresentam a seguinte explicação para a 
Figura 2: 
O nitrogênio e as plantas 
22 
Formas Absorvidas pelas 
Plantas 
O nitrogênio e as plantas 
23 
Formas Absorvidas pelas 
Plantas 
Qual o sistema de transporte mais utilizado pelas 
plantas, o HATS ou o LATS? 
Obs. Hats – high affinity transport system 
 Lats – Low affinity transport system 
 
 Depende da concentração de N no meio 
externo (tanto amônio quanto nitrato). 
 O limite para a atuação dos sistemas é 1 
mmol/litro: 
 ≤1 mmol/Litro ˃ 
(NH4
+ ou NO3
- ) 
LATS HATS 
O nitrogênio e as plantas 
A absorção de amônio 
Generalidades 
 
 As plantas absorvem NH4
+ e não NH3 (Ludewig et 
al., 2002). 
 Feita por um sistema bifásico. 
 Quando a concentração é baixa (menor que 1 
mmol/L), opera o HATS. 
 Quando a concentração é alta (maior que 1 
mmol/L), opera o LATS. 
 HATS e LATS são proteínas integrais, com 12 
hélices que atravessam a membrana, separadas 
por uma região hidrofílica com dois domínios de 
seis hélices. 
24 
O nitrogênio e as plantas 
A absorção de amônio 
Os Transportadores de Amônio 
 
 Nas plantas, há uma família de genes que 
codificam para os transportadores de amônio, 
chamados AMT (ammonium transporter) – Figura 
3. 
 Os genes AMT são altamente específicos (só 
funcionam para amônio). 
 Foi observado em Arabdopsis, que a deficiência 
de NH4
+ no meio resulta em rápido incremento da 
transcrição do gene AtAMT1. 
25 
O nitrogênio e as plantas 
A absorção de amônio 
26 Figura – Família de transportadores de NH4
+ de alta (AMT1) e 
baixa afinidade (AMT2) 
O nitrogênio e as plantas 
A absorção de Nitrato 
Generalidades A absorção de nitrato é ativa – ocorre contra um gradiente 
de potencial eletroquímico. 
 Feita por um sistema bifásico – mediada por dois sistemas 
de transporte através da membrana. 
 Quando a concentração é baixa (menor que 1 mmol/L), 
opera o HATS. 
 Quando a concentração é alta (maior que 1 mmol/L), opera 
o LATS. 
 A absorção de nitrato depende da espécie de planta 
considerada, da concentração externa e da presença de 
transportadores na membrana. 
 O primeiro passo para a absorção de nitrato é a extrusão 
ativa de H+ pelas bombas de prótons da membrana. 
a 
O nitrogênio e as plantas 
A absorção de Nitrato 
Transportadores de Nitrato 
 
 O transporte de nitrato através da membrana é 
feito por meio de sistemas de absorção de alta 
(HATS) e baixa afinidade (LATS) 
 Há uma família de transportadores de nitrato 
codificada pelos genes NRT (Nitrate transporter) 
 Nessa família, os genes NRT1 codificam para os 
transportadores do sistema de baixa afinidade e 
os genes NRT2 para os sistemas de alta afinidade) 
– Figura 4, de Souza e Fernandes (2006). 
a 
O nitrogênio e as plantas 
A absorção de Nitrato 
a 
Figura – Sistemas de absorção de NO3
- (NRT: Nitrate transporter) 
de alta (NRT2) e baixa afinidade (NRT1). cHATS 
(constitutivos); e iHATS (induzíveis). 
O nitrogênio e as plantas 
A absorção de Formas Orgânicas de Nitrogênio 
Generalidades 
 
 Estudos com leguminosas mostraram que essas plantas 
podem absorver alguns aminoácidos. 
 Em condições de campo, a absorção de formas orgânicas de 
N não é relevante. 
 A absorção de aminoácidos é feita via simporte. Depende 
portanto, da formação de gradientes de H+ e geração de 
força próton motriz pelas P-H+ATPases. 
 Yamagata & Ae (1999) sugerem também que plantas de 
arroz podem absorver diretamente proteínas. 
 Em florestas boreais foi observado que árvores e arbustos 
absorvem N-orgânico, como uma estratégia de 
sobrevivência, pois em regiões frias o processo da 
mineralização é extremamente lento. 
30 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio 
Assimilação 
 
• É o processo de maior gasto energético 
para as plantas: 
• Requer para conversão: 
 2 elétrons - nitrato a nitrito; 
 6 elétrons - nitrito a amônio; 
 2 elétrons e 1 ATP/amônio a 
glutamato. 
31 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
 Quando o nitrato é absorvido, sofre a ação sequencial das 
enzimas nitrato redutase e nitrito redutase, assumindo a 
forma de amônio, como mostram as reações abaixo: 
 
1. NO3
- + 2H+ + 2e- NO2
- + H2O (Enzima NR) 
2. NO2
- + 8H+ + 6e- NH4
+ + 2H2O (Enzima NiR) 
 
 O nitrato absorvido pode também ser acumulado no vacúolo 
ou ser transportado para outras partes da planta. 
32 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
As plantas assimilam a maioria do nitrato absorvido por suas 
raízes. 
1ª Etapa: Redução do nitrato a nitrito no citoplasma. 
A enzima nitrato redutase catalisa a reação : 
 
NO3
- + NAD(P)H + H+ + 2e- NO2
- + NAD(P)+ + H2O 
Aspecto conformacional da 
enzima nitrato redutase. 
33 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
Figura 5 (Souza & Fernandez, 2006) Redução do nitrato (NO3
- ) a 
nitrito (NO2
-) no citossol pela enzima nitrato redutase e do 
NO2
- a amônio (NH4
+ por meio da nitrito redutase no 
cloroplasto ou no plastídeo (raiz). 
34 
A Nitrato Redutase 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
Figura 6 (Souza & Fernandez, 2006) Esquema da 
transferência de elétrons na enzima nitrato redutase. Os 
elétrons doados pelo NAD(P)H são transferidos pelo FAD, 
citocromo b557 e co-fator molibdênio-pterina até chegarem 
ao NO3
-, que então, é reduzido a NO2
- 
35 
A Nitrato Redutase 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
36 
A Nitrito Redutase 
 
Generalidades 
 
 O NO2
- produzido pela reação da nitrato redutase 
é tóxico, devendo ser imediatamente reduzido. 
 A redução a NH4
+ ocorre pela ação da enzima 
NITRITO REDUTASE. 
 A nitrito redutase transfere 6 elétrons de 6 
moléculas de ferredoxina reduzida (FDred) para o 
NO2
-, produzindo NH4
+. 
 A nitrito redutase está localizada nos cloroplastos 
da parte aérea ou nos plastídios das células 
radiculares. 
 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
37 
A Nitrito Redutase 
 
Generalidades 
 
 Nos cloroplastos, a ferredoxina reduzida é 
produzida por meio da cadeia de transporte de 
elétrons da fotossíntese. 
 No sistema radicular, o nitrito é reduzido nos 
plastídios. 
 Como nas raízes não há foossíntese, a doação de 
elétrons para a formação da ferredoxina 
reduzida, é feita pelos NADPH gerados por meio 
da via das pentoses-fosfato. 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
38 
Acúmulo e remobilização do nitrato 
 
Generalidades 
 
De modo geral, o nitrato absorvido pelas plantas 
sofre os seguintes destinos 
 
 É reduzido e assimilado no local de absorção; 
 Acumula-se no vacúolo da célula que o recebeu; 
 É absorvido pelas raízes e translocado para a 
parte aérea, onde pode ser reduzido e 
assimilado, ou acumulado no vacúolo celular. 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
39 
Acúmulo e remobilização do nitrato 
 
Generalidades 
 
 Após a absorção de NO3
- ocorre a indução da 
atividade da nitrato redutase dentro do citossol. 
 Após a redução para nitrito, este é reduzido a 
amônio pela nitrito redutase o qual é incorporado 
a moléculas orgânicas. 
 A assimilação do NH4
+ é feito por meio das 
enzimas Glutamina Sintetase (GS) e Glutamato 
Sintase (GOGAT). 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
40 
Acúmulo e remobilização do nitrato 
 
Generalidades 
 
 Todo o processo de absorção e assimilação do 
NO3
- e do NH4
+ necessita de energia, poder 
redutor e esqueletos de C, que podem ser 
limitantes nas células em algumas circunstâncias 
(escuro, senescência, estresse, etc.). 
 Nesse caso, o nitrato absorvido pode ser 
translocado para outras células ou acmulado no 
vacúolo, passando pelo tonoplasto por um canal 
de íons (Figura 7, de Souza & Fernandes) 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
41 
Figura 7 (Souza & Fernandes, 2006). Visão geral da absorção de 
nitrato e amônio; redução, exportação e acúmulo de nitrato; 
assimilação de amônio. T (tonoplasto) e MP (membrana 
plasmática). (1) P-H+-ATPase; (2) transportador de NO3
- (simporte); 
(3) transportador de NH4
+ (uniporte); e (4) canal de NO3
-. 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrato 
42 
Acúmulo e remobilização do nitrato 
 
 A remobilização do nitrato acumulado no vacúolo 
para o citossol envolve a utilização de um 
transportador do tipo simporte, com um próton e 
depende de um gradiente eletroquimico que é 
gerado pelas bombas de prótons presentes no 
tonoplasto: a V-H+ATPase e a pirofosfatase 
(H+Ppase) (Figura 8, de Souza & Fernandes). 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio - Nitrato 
43 
O nitrogênio e as plantas Assimilação do Nitrogênio 
NO2-: É um íon altamente reativo e potencialmente tóxico. 
Transportado do citossol para o interior dos cloroplastos nas 
folhas e nos plastídios nas raízes. 
Nessas organelas, a enzima nitrito redutase reduz o nitrito a 
amônio: 
 
NO2 + 6 Fdred + 8H+ + 6e- NH4+ + 6 Fdox + 2H2O 
Fd= Ferredoxina, red reduzida e ox oxidada 
Assimilação do 
nitrito 
 
Resumo 
44 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do NitrogênioModelo do acoplamento do fluxo de elétrons da fotossíntese, via 
ferredoxina,com a redução do nitrito pela nitrito redutase, que possui 
dois grupos prostéticos, Fe4S4 e heme. 
45 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio 
Assimilação do Amônio 
 
 
 O amônio absorvido ou proveniente da redução do 
nitrato é imediatamente incorporado aos esqueletos 
carbônicos, via glutamina sintetase-glutamato 
sintase (GS-GOGAT). 
 
 As células vegetais: Evitam a toxicidade do amônio 
pela rápida conversão em aminoácidos. 
 
 Glutamina sintetase (GS): Combina o amônio com o 
glutamato para formar a glutamina 
46 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio 
Assimilação do Amônio 
 
 
 É aceito que as plantas absorvam tanto nitrato 
quanto amônio. 
 
 Entretanto, ele só é assimilado sob a forma 
reduzida (NH4
+) 
 
47 
O nitrogênio e as plantas 
48 
Figura 9 – Esquema representativo da via glutamina sintetase-
glutamato sintase (GS-GOGAT) para a assimilação de amônio 
(NH4
+). 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio 
Glutamato + NH4+ + ATP Glutamina + ADP +Pi 
49 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio 
50 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio - Amônio 
Rota alternativa – glutamato desidrogenase (GDH). 
51 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio - Resumo 
52 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio 
Visão Geral do Metabolismo do Nitrogênio 
 
 
 O metabolismo do N é acoplado ao metabolismo do 
C (fotossíntese) por meio do fornecimento de 
energia ou poder redutor para o funcionamento 
das enzimas em três vias: 
 
 Esqueletos carbônicos como GDH ou GOGAT; 
 Doadores de elétrons para as enzimas NR, NiR; 
GOGAT, GDH. 
 Utilização direta de energia: como a GS. 
 
53 
O nitrogênio e as plantas 
Assimilação do Nitrogênio 
Enzima Reação Redutor 
Fonte de 
energia 
Nitrato Redutase (NR) NO3
-  NO2
- 
NADH / 
NADPH 
- 
Nitrito Redutase (NiR) NO2
-  NH4
+ 
Ferredoxina 
reduzida 
- 
Glutamina Sintetase (GS) Glutamato + NH4
+ glutamina - ATP 
Glutamato Sintetase 
(GOGAT) 
a-cetoglutarato + glutamina  2 
glutamatos 
Ferredoxina 
reduzida 
NADH/NADPH 
- 
Glutamato Desidrogenase 
(GDH) 
a-cetoglutarato + NH4
+  
glutamato 
NADH - 
Resumo das principais reações de assimilação de nitrogênio pelas plantas 
54 
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