CICLO DO NITROGÊNIO O conteúdo total de nitrogênio está distribuído em três locais: * Atmosfera; * Solo (incluindo os lençóis subterrâneos de água); * Biomassa. O processo de troca de N entre os três ambientes é conhecido como CICLO DO NITROGÊNIO.

Nitrogênio é o nutriente mineral mais exigido pelas plantas; Cerca de 270 milhões de toneladas do N2 da atmosfera são transferidos para o solo por ano. Nitrogênio é o nutriente mineral mais exigido pelas plantas; N2 é uma fonte natural gasosa e não diretamente aproveitado pelas plantas; O nitrogênio pode ser absorvido pelas raízes das plantas nas formas: NH+4 (amônio) e NO-3 (nitrato); Pode ser fixado biologicamente numa associação simbiótica com microorganismos em que o N2 é convertido inicialmente para NH3 (amoníaco).

Síntese e assimilação de NH+4 Aminação e transaminação CICLO DO NITROGÊNIO MINERALIZAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA METABOLISMO DO N I - AMONIFICAÇÃO II - NITRIFICAÇÃO III - ASSIMILAÇÃO DO NITROGÊNIO (na forma de nitrato NO-3) Síntese e assimilação de NH+4 Aminação e transaminação

Formação de amônia (NH3) pela decomposição microbiana (bactérias saprófitas e fungos) de compostos orgânicos 1) Hidrólise de proteínas em aminoácidos; 2) Desaminação dos aminoácidos: remoção dos grupamentos amina e conversão em íons amônio (NH+4); I - AMONIFICAÇÃO

Oxidação dos íons amônia (NH+3) a nitrito (NO-2) e II - NITRIFICAÇÃO Oxidação dos íons amônia (NH+3) a nitrito (NO-2) e nitrato (NO-3) por bactérias nitrificadoras dos gêneros Nitrossomonas e Nitrobacter; 1º ) NITRIFICAÇÃO NITROSA OU NITROSAÇÃO: oxidação dos íons amônio (NH+4) a nitrito (NO-2) 2 NH+4 + 3/2 O2 2 NO-2 + 2 H2O +2H+ Nitrossomonas

Absorvido pelas raízes; Acumulado ou reduzido nas células da raiz; 2º) NITRIFICAÇÃO NÍTRICA OU NITRAÇÃO: oxidação do nitrito (NO-2 ) a nitrato (NO-3) NO-2 + 1/2 O2 NO-3 Nitrobacter Nitrato (NO-3): Absorvido pelas raízes; Acumulado ou reduzido nas células da raiz; Translocado para as folhas: acumulado e reduzido.

Um outro processo que ocorre nos solos é a DESNITRIFICAÇÃO. Processo é comum em ambientes pobres em oxigênio (solos inundados ou compactados), podendo acarretar perdas consideráveis de nitrogênio. Bactérias anaeróbicas reduzem o nitrato (NO3 )para nitrogênio gasoso (N2, NO, N2O e NO2), o qual é perdido para a atmosfera. São bactérias que utilizam nitrato , ao invés de O2, como receptor final de elétrons na respiração celular.

III - ASSIMILAÇÃO DO NITROGÊNIO (na forma de nitrato NO-3) a) Redução do nitrato com formação de íons amônio 1º ) etapa: no citoplasma NO-3 NO-2 (nitrito) redutase do nitrato RNO3 : contém Fe e Mo 2º ) etapa: cloroplastos ou plastídeos (raiz) NO-2 NH+4 (amônio) redutase do nitrato RNO2 : contém Fe e S

Glutamato + NH+4 + ATP Glutamina + ADP + Pi b) Assimilação do NH+4 Aminação: transferência dos íons amônio para compostos carbonados (aminoácidos) para síntese de vários outros aminoácidos. Células jovens da planta (em crescimento) 1º ) O amônio absorvido é inserido no aminoácido glutamato pela enzima sintetase da glutamina (GS); Glutamato + NH+4 + ATP Glutamina + ADP + Pi Co-fatores: Mg+2, Mn+2 ou Co+2

2º ) A enzima sintase do glutamato (GOGAT = glutamina 2-oxoglutarato amino transferase) transfere o grupo amida da glutamina para o alfa-cetoglutarato, produzindo duas moléculas de glutamato. Glutamina + α - Cetoglutarato + NADH + H+ 2 Glutamato + NAD+

c) Transaminação 3º ) Uma vez assimilado em glutamato e glutamina, o nitrogênio é incorporado em outros aminoácidos, nas reações de TRANSAMINAÇÃO catalisadas pelas aminotransferases. Exemplo: aminotransferase do aspartato (AAT) Glutamato + Oxaloacetato Aspartato + α–cetoglutarato

em uma estrutura chamada nódulo. FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO N O N2 da atmosfera é convertido para NH3 (amônia) e assimilado em compostos orgânicos pela simbiose entre espécies de leguminosas e bactérias do solo dos gêneros Rhizobium e Bradyhizobium (rizóbios) em uma estrutura chamada nódulo.

Nodulação 1º) As raízes excretam atraentes químicos (flavonóides), que atraem as bactérias para a superfície radicular e estimulam a divisão celular para formação dos nódulos; 2º ) Células do córtex e do periciclo, próximas aos polos do xilema se dividem e formam o meristema primário do nódulo;

3º ) As bactérias se aderem aos pelos radiculares e iniciam o processo de formação do cordão de infecção, que cresce em direção ao meristema primário do nódulo; 4º ) O nódulo alonga-se e diferencia-se, com conexões vasculares com o sistema vascular das raízes; 5º ) Na região infectada, as bactérias (3-4) são circundadas por uma membrana que as separa do citosol da célula hospedeira, fomando-se os “bacterióides” (bactérias “maduras” capazes de fixar o N2);

Bacteriódes Nódulo Nódulo

Fixação do Nitrogênio A enzima que catalisa a fixação do N2 é a nitrogenase. N2 + 8e- + 8H+ + 16 ATP 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi 1º ) O processo de fixação de N2 ocorre em condições anaeróbicas; 2º ) Os nódulos são ricos em leghemoglobina (proteína), que se liga ao oxigênio, tornando o meio anaeróbico para a atividade da nitrogenase e transportando o O2 para que a respiração das bactérias ocorra sem prejuízo;

Glutamato + NH3 + ATP Glutamina + ADP + Pi 3º ) A presença leghemoglobina fornece uma cor rósea ao interior dos nódulos e é indicativo de que o nódulo está ativo; 4º ) O N2 fixado pelas bactérias é trocado por nutrientes fornecidos pela planta no interior do nódulo; 5º ) O NH3 formado é incorporado ao glutamato, no citosol da célula hospedeira, por ação da enzima sintetase da glutamina (GS), produzindo glutamina. Glutamato + NH3 + ATP Glutamina + ADP + Pi

6º ) A glutamina pode ser: Transportada diretamente para a parte aérea, via xilema; Convertida em ácido úrico, que é translocado para as células vizinhas, transformado em ureídeos (alantoina, ácido alantóico e citrulina), que são, então, translocados, via xilema;

Exportadoras de N na forma de amidas: 7º ) Com base na composição da seiva do xilema, as plantas podem ser divididas: Exportadoras de N na forma de amidas: Glutamina e asparagina, leguminosas de clima temperado (ervilha, vicia etc.); Exportadoras de N na forma de ureídeos: Alantoina, ácido alantóico e citrulina, leguminosas de clima tropical (soja, feijão, amendoim etc.)

Glutamato + NH+4 + ATP Glutamina + ADP + Pi 8º ) Na parte aérea: os ureídeos são catabolizados e liberam NH+4, que é assimilado na rota GS-GOGAT, formando glutamato; a glutamina dá origem a duas moléculas de glutamato na presença da enzima sintase do glutamato (GOGAT = glutamina 2-oxoglutarato amino transferase) Glutamato + NH+4 + ATP Glutamina + ADP + Pi GS Glutamina + α - Cetoglutarato + NADH + H+ 2 Glutamato + NAD+ GOGAT 9º ) Transaminação