Metabolismo do N

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INTRODUCAO
Além da luz solar para realizar fotossíntese, as plantas necessitam de uma série de nutrientes que são retirados, em sua maioria, do solo. A escassez de certo nutriente, afetam as funções fisiologicas da planta determinados pelo nutriente deficiente.
Esses minerais são divididos em dois grupos:
	Micronutrientes - requeridos em pequenas quantidades, de miligramas (um milésimo do grama) a microgramas (um milionésimo do grama) :Boro, cobre, Ferro, Molibdenio, Manganes, zinco, cobalto e cloro;
	Macronutrientes - elementos básicos necessários em maior volume às plantas: Calcio, Hidrogenio, Oxigenio, Nitrogenio, Fósforo, potássio, Magnesio e enxofre.
	De maneira geral, é o nutriente mais exigido pelas plantas, pois é componente de AA e proteinas, sendo indispensavel para o desenvolvimento proteico. A atmosfera é a fonte natural de N para a biosfera, possui cerca de 79% de N na forma de N2 (reservatório inesgotável)
Por que então existe carência de proteínas em humanos e animais, bem como a falta de nitrogênio em muitos solos cultivados? 
 O N2 é uma fonte gasosa e não diretamente aproveitado pelas plantas e animais.
 
Ele é muito pouco reativo do ponto de vista químico, e apenas certas bactérias e algas azuis possuem a capacidade altamente especializada de assimilar o nitrogênio da atmosfera e convertê-lo numa forma que pode ser usada pelas células. 
Para tal, há necessidade de uma transformação prévia para formas combinadas, N-NH4 (amônio) e N-NO3 (nitrato). Os principais processos responsáveis pela fixação do N2 atmosférico para formas combinadas são a fixação biológica, fixação industrial e fixação atmosférica. x
O CICLO DO NITROGENIO
 O processo pelo qual o nitrogênio circula através das plantas e do solo pela ação de organismos vivos
Entretanto, estes compostos nitrogenados são, em geral, rapidamente decompostos em substâncias mais simples por organismos que vivem nos solos.  As bactérias saprófitas e várias espécies de fungos são os principais responsáveis pela decomposição de materiais orgânicos mortos.  Estes microrganismos utilizam as proteínas e os aminoácidos como fonte para suas próprias proteínas e liberam o excesso de nitrogênio sob a forma de amônio (NH4+ ). 
Este processo é denominado amonificação.   O amônio produzida por amonificação é dissolvido na água do solo, onde se combina a prótons para formar o íon amônio.
NITRIFICACAO
A oxidação do amonio, conhecida como nitrificação, é um processo que produz energia e a energia liberada é utilizada por estas bactérias para reduzir o dióxido de carbono, da mesma forma que as plantas autotróficas utilizam a energia luminosa para a redução do dióxido de carbono.  Tais organismos são conhecidos como autotróficos quimiossintéticos. As bactérias nitrificantes quimiossintéticas Nitrosomonas e Nitrosococcus oxidam o amoníaco dando nitrito (NO2-):
O nitrito é tóxico para as plantas superiores, mas raramente se acumula no solo.  Nitrobacter, outro gênero de bactéria, oxida o nitrito, formando nitrato (NO3-), novamente com liberação de energia:
ASSIMILACAO
Uma vez que o nitrato se encontra no interior da célula, é novamente reduzido a amônia.  Este processo de redução requer energia, em contraste com o processo de nitrificação, que envolve oxidação (do NH4+) e liberação de energia.  Os íons amônio formados pelo processo de redução são transferidos a compostos carbonados para produzir aminoácidos e outros compostos orgânicos nitrogenados. 
Este processo é conhecido como aminação. 
Pode ocorrer por duas vias:
Glutamato desidrogenase – cataliza a aminação redutiva do α-cetoglutarato:
 Incorporação do nitrogênio fixado no grupo amida no aminoácido glutamato. O ácido glutâmico formado, doa por reações de transaminação, o grupo amino (-NH2) para a síntese de outros aminoácidos.
Glutamato sintetase 
Ocorre a aminação do alfa-cetoglutarato
Glutamina sintetase: 
A enzima combina o amônio com o glutamato, formando a glutamina;
A glutamina pode dar o seu grupo amino para o ácido aspártico se transformar em asparagina. A glutamina e asparagina são amidas armazenadoras de nitrogênio especialmente nas leguminosas.
A glutamina contribui com o nitrogênio amídico para a síntese de outros compostos nitrogenados como as bases púricas e pirimídicas dos ácidos nucléicos.
DESNITRIFICACAO
Nitrato que não é absorvido pelos vegetais . Na ausência de oxigênio atmosférico, essas bactérias usam o nitrato para oxidar compostos orgânicos
DEVOLUÇÃO OU PERDA DO NITROGENIO PARA ATMOSFERA
FIXAÇÃO DO NITROGENIO
Se trata da redução do N2 a compostos aminados, uma forma inorgânica; Principalmente o íon amônio;
Fixação não biológica – efetuada sem participação de organismos vivos;
	Natural – Ocorre durante as tempestades de relâmpagos descargas elétricas na atmosfera, por intermédio das radiações ultravioleta.
	Industrial – Também Haber-Bosch – desenvolvido na Alemanha – obtenção de explosivos. Ainda é utilizado para a produção de fertilizantes.
Fixacao Biológica
Principal processo de adição de N2 no solo;
Conversão do N2 atmosférico para amônio e nitrato pela ação de microorganismos;
 Realizados pelas nitrogenases – quebram a tripla ligação do N2
Não Simbiótica – 
Simbiótica – Rhizobium infecta a raiz das leguminosas e ocorre a formação de nódulos; A leguminosa fornece carboidrato para os microrganismos; Ocorre processo de oxidação, e energia é utilizada para reduzir N2 a NH4.
METABOLISMO DO NITROGENIO NOS ANIMAIS – METABOLISMO DOS AMINOACIDOS
(N) é absorvido através da alimentação;
Ele integra os aminoácidos, que sofrem degradação. O grupo aminado é integrado numa cadeia carbônica, transportado para o fígado onde ocorre o catabolismo, e pelo ciclo da ureia, excretado.
A fração de energia metabólica derivada dos aminoácidos varia muito com o tipo de organismo:
Carnívoro spodem obter através da oxidação dos aminoácidos até 90% das suas necessidades de energia
Herbívoros obtém apenas uma pequena fração de suas necessidades energéticas
Microrganismos podem retirar aminoácidos de seu ambiente, os quais podem ser oxidados como combustíveis quando de sua necessidade energética
Vegetais Raramente oxidam aminoácidos;
Não são armazenados como fonte energética, como ocorre com os carboidratos e lipídeos;
Podem ser classificados em essenciais (organismo não sintetiza, e pode ser condicionalmente essencial – quando são essenciais apenas em determinadas situações, patologias ou organismos em desenvolvimento) e não essenciais (necessários para funcionamento do organismo, mas é sintetizado no próprio organismo). O processo de síntese só ocorre na presença dos 20 aa.
	FÍGADO – Glutamato
	No Fígado o aminoácido é degradado, o grupo amina é transferido para o alfa-cetoglutarato; É formado o glutamato, que transporta o amônio para a mitocôndria; e posteriormente entra no ciclo da ureia.
	TECIDOS – Glutamina
	Mesmo processo anterior, o aminoácido é degradado doando o grupo amina, que se combina ao glutamato, formando a glutamina.
	MUSCULOS – Alanina
	Aminoácido degradado, transferido para o alfa-cetoglutarato, formando o glutamato; Glutamato doa o amônio para o piruvato, formando a Alanina. Que é transportada para o fígado, e excretado posteriormente;
	O catabolismo de aminoácidos se trata da desaminação de um aminoácido, e doação do esqueleto de carbono(pode ser convertido em piruvato, acetil COA, ou intermediários do ciclo de Krebs_ para formação de glicose;
	Grupo amino e esqueleto de carbono entram em vias separadas;
A Remocao do Nitrogenio se dá pela transaminacao com o alfa-cetoglutarato para formar o glutamato e um novo alfa-ceto acido. Posteriormente o glutamato é oxidado, sendo desaminado e reduzindo um NAD. Depois ocorre a formação da ureia, através do ciclo da ureia.
E excreção do nitrogênio difere em cada grupo animal:
	Nos peixes ele é excretado como amônia;
Nos animais terrestres – via ureia;
E nos repteis e aves, via acido úrico;
CICLO DAUREIA
Se trata de uma via metabólica cíclica com 5 reacoes, envolvendo enzimas citosolicas e mitocondriais. Os grupos aminas usados são provenientes da amônia e do aspartato; e o (C) e (O) derivados do bicarbonato;
	ESTAGIO I – formação de carbamoil fosfato. O Bicarbonato (que doa C e O) é fosforilado, virando o carboxyfosfato. Em seguida, ele libera o grupo fosfato, e se liga a amônia, virando o acido carbâmico, que é fosforilado, e vira o carbamoil fosfato;
	ESTAGIO II – Formação da citrulina;
	A ornitina é incorporada no ciclo e se liga ao carbamoil fosfato, liberando o grupo fosfato em forma de fósforo inorgânico. Formando a citrulina;
	ESTAGIO III – O aspartato entra na cadeia, e usando a energia de 1 ATP, se liga a citrulina, formando a argininosuccinato;
	ESTAGIO IV – Formacao de arginina;
	A argininosuccinato é quebrada em arginina e fumarato;
	ESTAGIO V – Formacao de ornitina e ureia;
	A arginina é hidrolisada, formando a ornitina e a ureia. A ornitina é reincorporada na mitocôndria, e entrará no próximo ciclo.
Pessoas com defeitos genéticos em qualquer uma das enzimas do ciclo da uréia não toleram dietas ricas em proteínas. Mas não é possível eliminar as proteínas da dieta pois somos incapazes de sintetizar os 20 aminoácidos, e os aminoácidos essenciais têm que ser adquiridos pela dieta.
FEEDBACK – RETROALIMENTACAO
Na linguagem popular, “feedback” é considerado como o retorno de uma resposta após a emissão de uma dada informação, ou seja, a resposta esperada após o provimento de uma dada informação. Em um sentido restrito pode-se conceituar “feedback” por uma visão etimológica, considerando-se o radical “feed” (alimentar) e o radical “back” (voltar), assim teríamos o entendimento de um sistema de retroalimentação. Trata-se do retorno das informações do efeito para a causa de um fenômeno. 
Indubitavelmente, o “feedback” está fortemente ligado ao fenômeno da Homeostase. Sem ele, a total harmonia dos sistemas orgânicos é inviável.
- Natureza de feedback negativo da maioria dos sistemas de controle: 
A maioria dos sistemas de controle do corpo atua por meio de feedback negativo, que pode ser melhor explicado através revisão de alguns dos sistemas de controle homeostático. Primeiramente revisaremos o sistema de controle da concentração de dióxido de carbono; quando está alta a concentração de dióxido de carbono no líquido extracelular, a ventilação pulmonar aumenta.Com isso, ocorre redução da concentração do dióxido de carbono, já que, nessa condição, os pulmões eliminam maior quantidade do gás do que o organismo. Dessa forma podemos concluir que, quando a alta concentração de dióxido de carbono cai a valores muito baixos, ocorre um aumento por feedback dessa concentração. Essa resposta também é negativa em relação ao estímulo inicial. 
Outro exemplo são os mecanismos reguladores da pressão arterial, a pressão elevada provoca uma série de reações que promovem a redução dessa pressão, ou a baixa da pressão provoca uma série de reações que promovem a elevação da mesma. Nos dois casos, esses efeitos são negativos em relação ao estímulo inicial. 
Por conseguinte, concluímos que feedback negativo é um sistema de controle que faz com que, quando algum fator esteja excessivo ou deficiente, ele retorne ao seu valor médio determinado, mantendo assim a homeostasia. 
- Feedback positivo; (isso pode causar, por vezes, ciclos viciosos e morte): 
Ao contrário do feedback negativo, o feedback positivo não leva à estabilidade, mas à instabilidade e, muitas vezes, à morte. Como exemplo, veremos a situação: Uma pessoa normal que perde subitamente muito sangue, a quantidade de sangue restante no corpo fica reduzida a nível tão baixo que é insuficiente para manter o bombeamento eficaz pelo coração. Como resultado, a pressão arterial cai e o fluxo de sangue para o músculo cardíaco pelos vasos coronários diminui. A conseqüência disto é um enfraquecimento cardíaco, bombeamento mais reduzido, redução adicional do fluxo sangüíneo coronário e maior enfraquecimento cardíaco. Nesse caso ocorre feedback positivo, isto é, o estímulo inicial produz mais estímulos do mesmo tipo.
Raramente, o feedback positivo pode ser útil. A coagulação do sangue é exemplo do uso benéfico do feedback positivo. Quando um vaso sangüíneo é rompido e começa a se formar um coágulo, diversas enzimas, chamadas de fatores de coagulação, são ativadas no interior do próprio coágulo. Algumas dessas enzimas atuam sobre outras, ainda não ativadas, encontradas no sangue imediatamente adjacente, ativando-as e produzindo o crescimento do coágulo. Esse processo continua até que a ruptura vascular fique ocluída, quando o sangramento é cessado. Algumas vezes esse mecanismo pode escapar de seus controles, e podem ocorrer ataques cardíacos agudos causados por coágulos que se formam em placas ateroscleróticas das artérias coronárias. 
Outro exemplo é a parturição, onde ocorre participação de um feedback positivo. Quando as contrações uterinas se tornam suficientemente intensas para que a cabeça do feto comece a forçar sua passagem pela cérvice uterina, o estiramento dessa estrutura produz contrações mais potentes. A expulsão do feto ocorre quando esse processo se torna suficientemente intenso. Quando essas contrações não são suficientemente fortes, elas cessam e, depois de alguns dias, reaparecem. 
Por fim, outro uso importante do feedback positivo é na geração dos sinais neurais. Quando a membrana de fibra nevosa é estimulada, ocorre vazamento moderado de íons sódio, pelos canais de sódio, na membrana da fibra nervosa, para o interior dessa fibra. Os íons sódio, que entram na fibra, causam alteração do potencial de membrana, levando à abertura de mais canais de sódio e, consequentemente, maior alteração do potencial de membrana. Desse modo, a partir de um vazamento discreto de sódio, ocorre um vazamento explosivo do mesmo, e esse fator é o responsável pela geração do potencial de ação. Por sua vez, esse potencial de ação estimula a fibra nervosa à sua frente; o processo continua até que o sinal neural curse por toda a extensão da fibra nervosa.