1443633-Aula_7_-_Bioquímica_da_fixação,_assimilação_e_incorporação_de_nitrogênio_em_compostos_orgânicos

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará 
Campus Paracuru 
Disciplina: Bioquímica 
Bioquímica da fixação, assimilação e incorporação de 
nitrogênio em compostos orgânicos 
 
 
 
 
 
 
Valdineia Soares Freitas 
O ciclo do nitrogênio 
A quantidade total de nitrogênio fixado anualmente na 
biosfera excede 1011kg. 
 Indicam reações que ocorrem em ambientes anaeróbios. 
FIXAÇÃO 
NITRIFICAÇÃO 
DESNITRIFICAÇÃO 
O processo de nitrificação 
Processo que ocorre no solo e corresponde à conversão de 
amônia em nitrato. 
1. Nitrosomonas: bactérias do solo (convertem amônia → 
nitrito). 
NH3 + 3/2 O2 → NO2
- + H2O + H
+ 
∆G´= -66.500 cal/mol 
2. Nitrobacter: bactérias do solo (convertem nitrito → 
nitrato). 
NO2
- + 1/2 O2 → NO3
- (forma mais estável) 
∆G´= -17.500 cal/mol 
 
Obs. A energia liberada por essas reações é utilizada para a fixação do 
CO2 (essas bactérias são quimiotróficas – compostos químicos). 
Assimilação do nitrato 
Representa mais de 90% do NH4
+ gerado pelas plantas 
vasculares, algas e micro-organismos. 
CITOSOL 
CLOROPLASTO 
Em micro-organismos não fotossintéticos 
os elétrons vem do NADPH. 
Fixação do nitrogênio 
 Processos naturais para a fixação do N2 
 
- Relâmpagos (8%) 
H2Ovapor + O2 → OH
• + 2 O + H 
 
OH• + 5 O + H + N2 → 2 HNO3 
 
 
- Reações fotoquímicas (2%) 
2 NOgasoso + 4/3 O3 + 2 H → 2 HNO3 
 
 
- Fixação biológica do nitrogênio (90%) 
N2 + H2O → NH4
+ + OH- 
Fixação do nitrogênio 
 A fixação biológica do N 
 Simbiótica: onde a principal associação se dá entre as 
bactérias do gênero Rhizobium com as leguminosas. 
 Não simbiótica: ex. Azotobacter, Clostridium, etc. 
 
 A fixação não biológica do N 
 Processo Harber 
N2 + 3 H2 → 2 NH3 ∆G’º = - 33,5 kJ/mol 
 (400-500ºC e 200 atm) 
 
 Na atmosfera 
N2 + O2 → 2 NO → 2 NO2 
energia O2 
Fixação biológica do nitrogênio 
 Bactérias fixadoras 
 Livres no solo 
 Simbiontes (associadas 
a raízes ou caules - 
Gunnera) 
Nódulos (leg-hemoglobina) 
Fixação biológica do nitrogênio 
 Os bacteroides sintetizam o complexo da nitrogenase, que 
converte o nitrogênio atmosférico em amônio. 
Nódulos de 
raízes de ervilha 
Micrografia eletrônica 
colorida artificialmente 
Bacteroide 
Membrana 
peribacteroide 
Fixação biológica do nitrogênio 
 A fixação do N requer condições anaeróbias 
 Heterocistos: células com paredes espessas que se 
diferenciam quando as cianobactérias filamentosas são 
privadas de NH4
+. Não possuem PSII. 
 Plantações de arroz. 
Cianobactéria - formação do heterocisto 
Fixação do nitrogênio 
O complexo da nitrogenase 
2 subunidades 
4Fe-4S 
Mr 60.000 
4 subunidades 
4Fe-4S e FeMo 
Mr 240.000 
N2 + 10H
+ + 8e- + 16ATP → 
 2NH4
+
 + 16ADP + 16Pi + H2 
O complexo é 
inibido na 
presença de O2 
Ação do oxigênio molecular sobre a nitrogenase 
Dinitrogenase redutase: inibida por O2, com ½ vida de 30 s. 
Dinitrogenase: inibida por O2, com ½ vida de 10 min. 
 
 Estratégias para evitar a inibição da nitrogenase pelo O2 
1. Fixação simbiótica → leghemoglobina. 
2. Bactérias de vida livre → são anaeróbias ou reprimirem 
temporariamente a síntese da nitrogenase quando em presença 
de O2. 
3. Algumas bactérias fixadoras de N2 → desacoplam a 
fosforilação oxidativa para poderem rapidamente consumir o O2. 
4. As cianobactérias → heterocistos que têm paredes celulares 
grossas para evitar a entrada de O2. 
Bioquímica da incorporação de N em biomoléculas 
GS - Glutamina sintetase 
GOGAT - Glutamato sintase 
GS 
GOGAT 
NH4
+
 + ATP + α-cetoglutarato + NADPH + H
+ → 
Glutamato + NADP+ + ADP + Pi 
Soma: 
Bioquímica da incorporação de N em biomoléculas 
 
O sistema GS/GOGAT 
 
NH4
+ + Glutamato + ATP → Glutamina + ADP + Pi 
Glutamina + α-cetoglutarato + NADPH → 2 Glutamato + NADP+ 
GS - Glutamina sintetase (presente na maioria do organismos vivos). 
GOGAT - Glutamato sintase (ausente em animais). 
Bioquímica da incorporação de N em biomoléculas 
 O amônio pode ser assimilado por uma rota alternativa 
 A GDH é dependente de NAD(P)H e esta presente em 
todos os seres vivos. 
Regulação no metabolismo do nitrogênio 
 
 
 
 
 
 
 
 Subunidades estruturais da GS bacteriana do tipo I. 
 Regulação alostérica e por modificação covalente. 
Regulação no metabolismo do nitrogênio 
Regulação alostérica 
Mecanismo de controle 
que fornece um ajuste 
constante dos níveis de 
glutamina, de forma a 
satisfazer as necessidades 
metabólicas imediatas das 
células. 
Regulação no metabolismo do nitrogênio 
Modificações covalentes 
a) Um resíduo de Tyr 
adenilado. 
b) Cascata de inativação. 
 
AT → adenilil-transferase 
UT → uridilil-transferase 
PII → proteína reguladora 
 
 
Incorporação do N em 
aminoácidos 
 
 Uma vez assimilado em 
glutamina e glutamato, o 
N é incorporado a outros 
aminoácidos por meio de 
reações de transaminação. 
 Enzima: 
aminotransferases (PLP 
como cofator) 
 
Biossíntese de aminoácidos 
 
 Todos os aminoácidos são 
derivados de intermediários da 
glicólise, do ciclo de Krebs ou 
da via das pentoses-fosfatos. 
 
 O N entra nessas vias por meio 
do glutamato ou da glutamina. 
Aminoácidos essenciais e não essenciais 
Famílias biossintéticas dos aminoácidos, de 
acordo com o precursor metabólico