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MONITORIA DE BIOQUIMICA 3° AVALIAÇÃO MONITORAS: JAMILIANA E TEREZA CRISTINA CICLO DO NITROGÊNIO Porque o nitrogênio é tão importante? O nitrogênio é um elemento que entra na constituição de duas moléculas orgânicas extremamente importantes: as proteínas e os ácidos nucleicos. Embora esteja presente em grande porcentagem no ar atmosférico, na forma de N2 , poucos são os organismos que o assimilam nessa forma. Apenas certas bactérias e algas cianofíceas podem retirá-lo do ar na forma de N2 e incorporá-lo às suas moléculas orgânicas. Como conseqüência, os demais seres vivos dependem daqueles organismos para a fixação do nitrogênio ambiental. Importancia do ciclo: Ciclo do nitrogênio designa o processo pelo qual o nitrogênio circula pelo solo e pelas plantas, a partir da ação de organismos vivos, sendo ele essencial para a manutenção dos ecossistemas. O nitrogênio é um elemento químico de grande importância para a vida, utilizado na produção de aminoácidos, ácidos nucleicos e proteínas. Está presente na atmosfera em forma de gás, sendo esse seu maior repositório, uma vez que a atmosfera é composta nada menos que por 78% desse elemento. Depois da atmosfera, é possível encontrar nitrogênio nos oceanos, na matéria orgânica e também no solo. Apesar de estar na atmosfera, apenas algumas algas e bactérias podem consumi-lo assim, integrando-o às moléculas. As bactérias nitrificantes do solo convertem o nitrogênio e formam nitratos, permitindo que esse elemento seja absorvido pelas plantas e animais, de modo indireto. As bactérias desnitrificantes devolvem o nitrogênio à atmosfera na forma gasosa, fechando o ciclo. Introdução: Características e História: O processo pelo qual o nitrogênio circula através das plantas e do solo pela ação de organismos vivos é conhecido como ciclo do nitrogênio ou ciclo do azoto. O ciclo do nitrogênio é um dos ciclos mais importantes nos ecossistemas terrestres. O nitrogênio é usado pelos seres vivos para a produção de moléculas complexas necessárias ao seu desenvolvimento tais como aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos, esse elemento é o mais abundante no ar. http://www.coladaweb.com/quimica/elementos-quimicos/nitrogenio http://www.coladaweb.com/biologia/bioquimica/acidos-nucleicos-desoxirribonucleicos-e-ribonucleicos http://www.coladaweb.com/geografia/atmosfera http://pt.wikipedia.org/wiki/Nitrog%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Ecossistema http://pt.wikipedia.org/wiki/Ser_vivo http://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula http://pt.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido http://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_nucleico O principal repositório de nitrogênio é a atmosfera (78% desta é composta por nitrogênio) onde se encontra sob a forma de gás (N2). Outros repositórios consistem em matéria orgânica nos solos e oceanos. Apesar de extremamente abundante na atmosfera o nitrogênio é frequentemente o nutriente limitante do crescimento das plantas. Isto acontece porque as plantas apenas conseguem usar o nitrogênio sob três formas sólidas: íon de amônio (NH4+), íon de nitrito (NO2-) e íon de nitrato (NO3-), cuja existência não é tão abundante. Estes compostos são obtidos através de vários processos tais como a fixação e nitrificação. A maioria das plantas obtém o nitrogênio necessário ao seu crescimento através do nitrato, uma vez que o íon de amônio lhes é tóxico em grandes concentrações. Os animais recebem o nitrogênio que necessitam através das plantas e de outra matéria orgânica, tal como outros animais (vivos ou mortos) CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO É o processo através do qual o nitrogênio é capturado da atmosfera em estado gasoso (N2) e convertido em formas úteis para outros processos químicos, tais como amoníaco (NH3),nitrato (NO3-) e nitrito (NO2-). Esta conversão pode ocorrer através de vários processos, os quais são descritos nas secções seguintes. Os organismos que fazem essa fixação associados a plantas por meio de redução catalizada por enzimas, geralmente leguminosas. Bacterias, fungos e algas geralmente vivem em nódulos das plantas em uma relação de mutualismo, simbiose, ou seja, eles recebem proteção da planta e em troca de suprimento de nitrogênio aproveitável. FIXAÇÃO BIOLÓGICA Algumas bactérias têm a capacidade de capturar moléculas de nitrogênio (N2) e transformá-las em componentes úteis para os restantes seres vivos. Entre estas, existem bactérias que estabelecem uma relação de simbiose com algumas espécies de plantas (leguminosas) e bactérias que vivem livres no solo. A simbiose é estabelecida através do consumo de amoníaco por parte das plantas; amoníaco este que é produzido pelas bactérias que vivem nas raízes das mesmas plantas. FIXAÇÃO ATMOSFÉRICA A fixação atmosférica ocorre através dos relâmpagos, cuja elevada energia separa as moléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas de oxigénio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este é posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo. A fixação atmosférica contribui com cerca de 60% de todo o nitrogênio fixado. FIXAÇÃO INDUSTRIAL Através de processos industriais (nomeadamente o processo de Haber-Bosch) é possível produzir amoníaco (NH3) a partir de nitrogênio (N2) e hidrogénio (H2). O http://pt.wikipedia.org/wiki/Atmosfera http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s http://pt.wikipedia.org/wiki/Mat%C3%A9ria_org%C3%A2nica http://pt.wikipedia.org/wiki/Oceano http://pt.wikipedia.org/wiki/Nutriente http://pt.wikipedia.org/wiki/Am%C3%B4nio http://pt.wikipedia.org/wiki/Nitrato http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_do_nitrog%C3%AAnio#Fixa.C3.A7.C3.A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_do_nitrog%C3%AAnio#Nitrifica.C3.A7.C3.A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco http://pt.wikipedia.org/wiki/Nitrato http://pt.wikipedia.org/wiki/Nitrito http://pt.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9ria http://pt.wikipedia.org/wiki/Simbiose http://pt.wikipedia.org/wiki/Leguminosa http://pt.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9ria http://pt.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco http://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%A9nio http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_n%C3%ADtrico http://pt.wikipedia.org/wiki/Haber-Bosch http://pt.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%A9nio amoníaco é produzido principalmente para uso como fertilizante cuja aplicação sustenta cerca de 40% da população mundial. AMONIFICAÇÃO Já os microorganismos de vida livre decompõem substrato presente no solo, como húmus, e transforma em amônia. Esse processo ocorre com proteínas, aminoácidos,ácidos nucleicos e nucleotídeos que compõe o substrato. E os microorganismos transforma esse substrato em amônia (NH3). Combinando com a agua a amônia forma hidróxido de amônio que ionizando-se produz o íon amônio (NH4)e hidroxila. Processo denominado de amonificação. O nitrogênio pode ser fornecido sob a forma de gás amoníaco (NH3) mas este processo geralmente ocorre durante a decomposição de grandes quantidades de matérias ricos em nitrogênio. A amônia é produzida por amonização sendo dissolvida na água do solo onde se combina a prótons para formar o íon de amônio. PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA E RECICLAGEM: TRANSAMINAÇÃO: As reações de transaminação é a primeira etapa no catabolismo da maioria dos L- aminoácidos, uma vez que eles alcancem o fígado, é a remoção de seus grupos alfa-amino, realizada por enzimas denominadas aminotransferases ou transaminadas. Os esqueletos carbônicos dos aminoácidos, encaminham-se para o ciclo do ácido cítrico. Em alguns casos, as reações das vias são passos estreitamente paralelos àqueles dos catabolismos dos ácidos graxos. Entretanto, todos os aminoácidos contém um grupo amina. Portanto cada via degradativa passa por passo-chave, no qual o grupo α-amino é separado do esqueleto carbônico e desviado par a uma via especializada parao metabolismo desse grupo. A transaminação é uma reação caracterizada pela transferência de um grupo amina de um aminoácido para um cetoácido, para formar um novo aminoácido e um novo ácido α-cetônico. As enzimas são chamadas de transaminases ou de aminotransferases. 1° reação: O α-cetoglutarato atua predominantemente como receptor do grupo amino e forma glutamato como o novo aminoácido: Aminoácido + α-cetoglutarato ↔ α-cetoácido + Glutamato 2° reação: O grupo amino do glutamato, por sua vez, é transferido para o oxaloacetato em uma segunda reação de transaminação produzindo aspartato: Glutamato + oxaloacetato ↔ α-cetoglutarato + Aspartato http://pt.wikipedia.org/wiki/Fertilizante https://pt.wikipedia.org/wiki/Amina https://pt.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido https://pt.wikipedia.org/wiki/Ceto%C3%A1cido https://pt.wikipedia.org/wiki/Transaminase https://pt.wikipedia.org/wiki/Cetoglutarato https://pt.wikipedia.org/wiki/Glutamato https://pt.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido https://pt.wikipedia.org/wiki/Glutamato https://pt.wikipedia.org/wiki/Glutamato https://pt.wikipedia.org/wiki/Oxaloacetato https://pt.wikipedia.org/wiki/Aspartato DESAMINAÇÃO: A desaminação oxidativa é a etapa em que o nitrogênio é retirado do glutamato, pela enzima Glutamato desidrogenase, gerando uma molécula inorgânica: a amônia (NH3), que também existe na sua forma protonada: íon amônio (NH4+). A produção de amônia gera um sério problema fisiológico porque essa molécula é extremamente tóxica. Talvez por isso a desaminação oxidativa esteja restrita apenas a um tecido: o fígado. E é exatamente o fígado o único tecido que tem a capacidade de metabolizar essa amônia convertendo-a em uréia uma molécula de baixa toxicidade e de alta solubilidade, muito adequada para a excreção via urina. O processo de retirada do grupamento amino do glutamato envolve dois passos: Na primeira etapa: ocorre a oxidação do glutamato é acoplada com a redução de um carreador de hidrogênio, que pode ser o NAD+ ou NADP+. Na segunda etapa: ocorre uma hidrólise que resulta na formação de alfa-cetoglutarato e de amônia. Entra o Nadp e reage com a água e assim o glutamato volta a ser alfa cetoglutarato. O grupamento amina fica livre. A desaminação oxidativa é uma reação intramitocondrial e está acoplada a um processo eficaz de degradação da amônia formada, a síntese da ureia. CICLO DA ÚREIA Ciclo da ureia ou Ciclo da Ornitina, é um ciclo de reações bioquímicas que ocorrem nos animais terrestres para produzir ureia[NH2-CO-NH2-] a partir da amônia (NH3-). Ocorre uma parte nas mitocôndrias e a outra parte no citoplasma principalmente nos hepatócitos a( células do fígado) e em menor grau nos rins. É muito importante porque a amônia é muito mais tóxica que a ureia, logo seu mal funcionamento por insuficiência hepática ou problema genético resulta uma encefalopatia hepática. O ciclo da ureia consiste em cinco reações: duas dentro da mitocôndria e três no citosol. O ciclo utiliza dois grupos amino: 1 do NH4+ , 1 do aspartato, e 1 carbono do HCO3- para formar a ureia. . Essas reações utilizam a energia de 4 ligações de fosfato (3 de ATP, que são hidrolizados a 2 ADP e 1 AMP). A molécula de ornitina é a carregadora desses átomos de carbonos e nitrogênios. O ciclo da ureia pode ser dividido em 5 reações: duas ocorrem dentro da mitocôndrias e três no citosol https://pt.wikipedia.org/wiki/Ureia https://pt.wikipedia.org/wiki/Insufici%C3%AAncia_hep%C3%A1tica https://pt.wikipedia.org/wiki/Doen%C3%A7a_gen%C3%A9tica https://pt.wikipedia.org/wiki/Encefalopatia_hep%C3%A1tica https://pt.wikipedia.org/wiki/Mitoc%C3%B4ndria https://pt.wikipedia.org/wiki/Citosol https://pt.wikipedia.org/wiki/Aspartato https://pt.wikipedia.org/wiki/Ureia https://pt.wikipedia.org/wiki/Ornitina 1° REAÇÃO: 2° REAÇÃO: 3°-REAÇÃO: 1°- A enzima carbamil-fosfato sintetase, presente na mitocôndria, catalisa a condensação da amônia com bicarbonato e forma carbamoilfosfato. Para essa reação há o consumo de duas moléculas de ATP. O grupo carbamoil se une com a ornitina, produzindo citrulina aqui ocorre a saída do fosfato. Esta reação ocorre na mitocôndria e a ornitina entra nesta organela por meio de um transportador específico. A citrulina produzida é exportada para o citosol, onde o ciclo é continuado. O grupo ureído da citrulina se une com o aspartato formando O argininosuccinato gasta mais dois atps e ocorre no citosol. 4° REAÇÃO: 5°- REAÇÃO: Todo o processo é energeticamente custoso e o ATP (adenosina trifosfato) utilizado provém da oxidação do acetil-CoA pela degradação dos esqueletos de carbono dos aminoácidos. O arginosuccinase sofre uma reação pela enzima arginosuccinase liase que separa a arginina e fumarato. (O fumarato irá seguir para outras vias para formar oxaloacetato). Enquanto a arginina liberada é o precursor da ureia. Ocorre no citosol. A arginina é então hidrolisada na última etapa do ciclo catalisada pela arginase, produzindo ureia e regenerando a ornitina, que retorna para a mitocôndria, dando continuidade ao ciclo. Ocorre no citosol. RESUMO DO CICLO: Passo Reagente Produto Catalisado por Localização 1 2 ATP +HCO3- +NH4+ carbamoil fosfato + 2 ADP + Pi CPS1 mitocôndria 2 carbamoil fosfato + ornitina citrulina + Pi Ornitina transcarbamoilase (OTC) mitocôndria 3 citrulina + aspartato + ATP arginosuccinato + AMP + |PPi Argininosuccinato sintetase (ASS) citosol 4 arginosuccinato Arginina + fumarato Arginosuccinato liase (ASL) citosol 5 Arginina + H2O ornitina + uréia Arginase 1 (ARG1) citosol EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO: 1ª Comente sobre as três principais formas de fixação de nitrogênio até amônia. 2ª Qual a relação que existe entre a fixação de nitrogênio pelos vegetais, alimentação animal, e a presença de compostos nitrogenados no solo? 3ª Qual a origem do nitrogênio para o ciclo da uréia, e como este composto está relacionado ao carbamil fosfato? 4ª Quais são os principais transportadores de amônia no corpo dos mamíferos? Explique as reações bioquímicas de transporte destes carreadores. 5ª Começando com a reação da transcarbamilase de ornitina, a ordem em que ocorreriam os intermediários do ciclo da ureia é: a. Citrulina, argininosuccinato, arginina, ornitina; b. Argininosuccinato, citrulina, arginina, ornitina; c. Citrulina, arginina, arginosuccinato, ornitina; d. Citrulina, arginina, ornitina, argininosuccinato. http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbamoil_fosfato&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbamoil_fosfato&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbamoil_fosfato_sintetase_1&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbamoil_fosfato&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbamoil_fosfato&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/wiki/Ornitina http://pt.wikipedia.org/wiki/Citrulina http://pt.wikipedia.org/wiki/Citrulina http://pt.wikipedia.org/wiki/Aspartato http://pt.wikipedia.org/wiki/Arginina http://pt.wikipedia.org/wiki/Fumarato http://pt.wikipedia.org/wiki/Arginina http://pt.wikipedia.org/wiki/Ornitina http://pt.wikipedia.org/wiki/Ur%C3%A9ia 6ª A enzima que controla o ciclo da ureia é______e é regulada por ___________. a. Arginase: inibição alostérica por uréia. b. Liase Argininosuccinase: inibição alostérica por fumarato. c. Argininosuccinato sintetase: inibição alostérica por AMP. d. Transcarbamilase Ornitina: ativação alostérica por citrulina. e. Carbamoilfosfato sintetase-1: ativação alostérica por N- acetilglutamato. 7ª Quando a ureia é sintetizada no fígado, todos processos a seguir podem ocorrer/ocorrem, EXCETO: a. O glutamato pode ser sintetizado a partir de α-cetoglutarato,utilizando uma série de reações de transaminação. b. O aspartato pode ser sintetizado a partir do oxalacetato e glutamato, utilizando aspartato transaminase. c. O glutamato pode ser sintetizado utilizando a reação de glutamato desidrogenase se o ião amónio estiver em excesso. d. O glutamato pode estar fornecendo íons de amônio livre se a concentração de íons de amônio livre for baixa. 8ª Os aminoácidos abaixo participam do "ciclo da uréia", EXCETO: a. Ornitina. b. Alanina. c. Citrulina. d. Arginossuccinato. e. Arginina. RESPOSTAS: 1- As três principais formas de fixação são a biologica, industrial e atmosférica. FIXAÇÃO BIOLÓGICA: algumas bactérias têm a capacidade de capturar moléculas de nitrogênio (N2) e transformá-las em componentes úteis para os restantes seres vivos. Entre estas, existem bactérias que estabelecem uma relação de simbiose com algumas espécies de plantas (leguminosas) e bactérias que vivem livres no solo. A simbiose é estabelecida através do consumo de amoníaco por parte das plantas; amoníaco este que é produzido pelas bactérias que vivem nas raízes das mesmas plantas. FIXAÇÃO ATMOSFÉRICA: a fixação atmosférica ocorre através dos relâmpagos, cuja elevada energia separa as moléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas de oxigénio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este é posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo. A fixação atmosférica contribui com cerca de 60% de todo o nitrogênio fixado. FIXAÇÃO INDUSTRIAL: através de processos industriais (nomeadamente o processo de Haber-Bosch) é possível produzir amoníaco (NH3) a partir de nitrogênio (N2) e hidrogénio (H2). O amoníaco é produzido principalmente para uso como fertilizante cuja aplicação sustenta cerca de 40% da população mundial. 2- É o elemento mais demandado pelos vegetais. Parte da quantidade de N requerido pelas culturas pode ser suprida pelo solo, no entanto, em muitas situações o solo é incapaz de atender toda a demanda por N, tornando-se necessária a fertilização nitrogenada. É um dos macronutrientes primários sendo o mais utilizado, mais absorvido e mais exportado pelas culturas; Fixação Biológica: O N2, não é uma forma assimilável pelas plantas, entretanto microorganismos altamente especificos, podem realizar a redução enzimática do N2 para (NH4+) . Essa fixação é realizada pelas bactérias. Sua função nas plantas é como nutriente estrutural por ser constituinte das proteínas, o N participa de vários compostos orgânicos, tendo papel fundamental no metabolismo vegetal sendo essencial para estrutura e funções nas células, para todas as reações enzimáticas nos vegetais. E faz parte da alimentação animal quando os herbívoros faz o consumo deste nitrogênio podendo ingerir uma certa quantidade em seu organismo. 3- O ciclo da ureia é uma sequência de reações bioquímicas com o objetivo de produzir este composto, a partir da amônia. A amônia é uma substância tóxica, do metabolismo do nitrogênio, que deve ser eliminada rapidamente do organismo. A eliminação pode ser por excreção direta ou por excreção após a conversão em compostos menos tóxicos. Os peixes excretam a amônia diretamente, já que é solúvel em água e se dissolve rapidamente. As aves e animais terrestres excretam o nitrogênio sob a forma de ácido úrico. Os animais terrestres excretam o nitrogênio sob a forma de ureia, composto muito solúvel em água e não tóxica para as células. Em seres humanos e mamíferos, quase 80% do nitrogênio excretado é sob a forma da ureia. Pois a amônia proveniente do processo de amonificação do ciclo do nitrogênio se condensa ao bicarbonato e é catalisada pela enzima carbamoil-fosfato sintetase para formar o carbamoilfosfato. http://pt.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9ria http://pt.wikipedia.org/wiki/Simbiose http://pt.wikipedia.org/wiki/Leguminosa http://pt.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9ria http://pt.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco http://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%A9nio http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_n%C3%ADtrico http://pt.wikipedia.org/wiki/Haber-Bosch http://pt.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%A9nio http://pt.wikipedia.org/wiki/Fertilizante 4- Glutamato, glutamina e L-aminoacido oxidase. Glutamato desidrogenase: No fígado, essa enzima está localizada na mitocôndria, onde têm início as reações do ciclo da uréia. A enzima catalisa a incorporação de amônia, como grupo amino, no alfa-cetoglutarato gerando glutamato e utiliza NADPH como coenzima, envolvendo consumo de ATP. A reação reversa é catalisada pela mesma enzima utilizando NAD como coenzima. Glutamina sintetase e glutaminase: Amônia livre é tóxica e é, prefencialmente, transportada no sangue, na forma de grupos amino ou amida, incorporados em aminoácidos. Glutamina representa 50% desses aminoácidos circulantes. A produção de glutamina é catalisada pela glutamina sintetase utiliza glutamato e amônia como substrato. A remoção da amônia - na reação reversa - é feita pela glutaminase. L-Aminoácido oxidase: Muitos aminoácidos sofrem a ação da L- aminoácido oxidase. A enzima tem flavina mononucleotídeo (FMN) como coenzima e gera, além de amônia e alfa-cetoácido, peróxido de hidrogênio. 5- a 6- e 7- c 8- b
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