Metabolismo Nitrogênico em Plantas: Maneiras, Utilização e Outros Detalhes

Metabolismo Nitrogênico em Plantas: Maneiras, Utilização e Outros Detalhes!

Existe uma grande variedade de compostos nitrogenados em uma célula. A proteína que constitui o ingrediente essencial do protoplasma, os ácidos nucleicos que determinam as fronteiras morfológicas e fisiológicas de uma espécie, bem como os seus membros individuais, enzimas, vitaminas, hormonas, alcalóides, glicosídeos, etc., são todos de natureza azotada.

A atmosfera é a melhor fonte de nitrogênio. Exceto pelo pequeno número de espécies que podem fixar o nitrogênio atmosférico e utilizá-lo para sintetizar as inúmeras substâncias nitrogenadas de que necessitam, todas as plantas obtêm suas necessidades de nitrogênio do solo.

Os nitratos e os sais amoniacais que fazem parte do meio mineral do solo são absorvidos pelas raízes e utilizados no metabolismo de nitrogênio da planta. Assim, as plantas obtêm suas necessidades de nitrogênio de quatro maneiras diferentes:

(1) como azoto molecular;

(2) como azoto orgânico;

(3) como nitrogênio amoniacal e

(4) como azoto nítrico.

Utilização de nitrogênio molecular:

Apenas muito poucos organismos são capazes de fixação de nitrogênio, ou seja, utilização de nitrogênio atmosférico na síntese de compostos nitrogenados. A bactéria simbiótica mais conhecida é a Rliizobium. Esta bactéria vive no solo para formar nódulos radiculares em plantas pertencentes à família Leguminosae, como feijão, gramas, amendoim e soja.

Algumas bactérias de vida livre, como Azotobacter e Clostridium pasteurianum, também são capazes de fixar nitrogênio atmosférico. Rhodospirillum, Rhodopseudomonas e Chromatium que podem fotossíntese também podem fixar nitrogênio. Mas a redução do nitrogênio é efetuada através de alguns doadores de elétrons reduzidos, como sulfeto, enxofre, hidrogênio ou compostos orgânicos, e não usando energia luminosa.

Outros organismos fixadores de nitrogênio são algumas das algas verde-azuladas, como Anabaena e Nostoc. Geralmente eles são de vida livre, mas às vezes eles formam associação simbiótica como e quando encontrados nas raízes de corais de Cycas e folhas da samambaia aquática Azolla.

A formação de nódulos nas leguminosas foi estudada em detalhe. Quando uma seção do nódulo da raiz é examinada, ela parece rosada devido à presença de um pigmento chamado legemoglobina. Como a hemoglobina, a leghemoglobina é um eliminador de oxigênio. A síntese de leg-hemoglobina precisa de cobalto, porque é uma parte essencial da vitamina B ₁₂, um composto necessário para a produção do pigmento.

O molibdênio também é essencial, mas seu papel não é conhecido com certeza; talvez desempenhe o papel de um cofator e facilite as reações redox, levando à redução do nitrogênio na amônia. A enzima que catalisa a fixação de nitrogênio (nitrogenase) funciona sob condições aeróbicas. A legemoglobina combina-se com o oxigênio e protege o oxigênio e protege a nitrogenase.

As reações exatas envolvidas na redução do nitrogênio molecular à amônia não são conhecidas com certeza. No entanto, a conversão de N ₂ para NH ₃ não é um processo direto. As vias possíveis na redução do nitrogênio molecular à amônia dão-se abaixo.

Utilização de nitrogênio orgânico:

Muitas plantas utilizam compostos orgânicos de nitrogênio, como aminoácidos e uréia. O modo de utilização da ureia pelas plantas não é minuciosamente trabalhado, mas com toda a probabilidade, a urease, a enzima que atua sobre a ureia, hidrolisa-a em duas moléculas de amônia e uma de dióxido de carbono. A amônia é então metabolizada da maneira usual.

Nitrogênio amoniacal:

Sais amoniacais são frequentemente utilizados como fonte de nitrogênio por várias plantas. Mas a prontidão com que uma planta absorve um composto amoniacal depende da natureza do solo e da idade da planta. O radical amoniacal absorvido por uma planta é incorporado em amidas, aminoácidos e proteínas.

Nitrogênio nitrato:

Os solos contêm boas quantidades de nitratos e a maioria das plantas obtém suas necessidades de nitrogênio nessa forma. De fato, várias plantas preferem o nitrogênio nitrato ao nitrogênio amoniacal. O nitrogênio nitrato é reduzido a forma amoniacal antes da incorporação em um dos compostos nitrogenados da célula. Já em 1895, Schulze sugeriu o seguinte caminho para essa redução.

Nitrato -> Nitrito -> Hiponitrito -> Hidroxilamina -> Amônia

1. Redução de Nitrato para Nitrito:

É realizado pela agência de enzima nitrato redutase. A enzima tem o FAD como seu grupo protético e usa NADPH ou NADH como fonte de poder redutor.

O molibdênio também é essencial para a redução de nitratos. Isso é evidenciado pelo fato de que, em plantas deficientes em molibdênio, os nitratos se acumulam; serve como um transportador de elétrons. O esquema de transferência de elétrons que ocorre durante a redução de nitratos a nitritos pode ser imaginado como dado abaixo.

2. redução de nitrito:

Venecko e Verner (1955) mostraram que a redução do nitrato - nitrogênio ao nitrogênio aminado ocorre nas folhas intactas, tanto na luz quanto na escuridão. No início de 1953, Evans e Nason mostraram que em extratos vegetais, contendo NADPH, os nitritos desaparecem lentamente, parece que o poder redutor para isso é fornecido pela divisão fotoquímica da água.

2HNO2 + 2H2O -> 2NH3 + 3O2

Uma enzima redutora de nitrito ainda não está isolada, embora Nason, Abraham e Averback (1954) tenham preparado tal sistema enzimático da Neurospora. Descobriu-se que este sistema é capaz de usar NADH ou NADPH como doador de hidrogênio.

Redução de hidroxilamina:

Nason (1955) e Frear e Burrel (1955) isolaram a enzima que converte a hidroxilamina em amônia de Neurospora e plantas superiores, respectivamente. Esta enzima também é suspeita de ser uma metaloflavoproteína com manganês como o cofator de metal. Também emprega o NADH como doador de hidrogênio.

NH2OH + NADH + H ⁺ -> NH3 + NAD + H2O

Resumindo a equação de acordo com o esquema de Schulze, temos

Eventualmente, a amônia é incorporada ao aminoácido ácido glutâmico ou aspártico. Estes servem para iniciar uma ampla variedade de reações de transaminação e daí para construir proteínas.

Metabolismo de Aminoácidos:

Síntese de aminoácidos ocorre principalmente nas raízes e folhas, onde os nitratos são reduzidos. As células dessas regiões têm que fornecer os ácidos orgânicos necessários que são formados principalmente no ciclo de Krebs. Como o ciclo de Krebs ocorre nas mitocôndrias, acredita-se que os locais de síntese de aminoácidos são as mitocôndrias. Os aminoácidos são formados pelos seguintes métodos:

1. Aminação Redutiva:

Na presença de uma desidrogenase e um poder redutor (NADH ₂ ou NADPH.), A amônia pode combinar diretamente com um cetoácido para produzir um aminoácido. O substrato da aminação redutiva é geralmente um ácido cetoglutúrico, um intermediário do ciclo de Krebs. Dá origem ao ácido glutâmico. O ácido glutâmico é reconhecido como o porto de entrada de nitrogênio inorgânico na via metabólica.

A formação de ácido glutâmico ocorre através de duas etapas. O primeiro ácido a-cetoglutárico é aminado a-iminoglutárico e, em seguida, através da mediação de NADPH e glutâmico desidrogenase ácido glutâmico é formado.

Além do ácido α-cetoglutárico, outros ácidos orgânicos que sofrem aminação redutiva são oxaloacetato e ácido pirúvico.

2. Transaminação:

Uma vez que um aminoácido é organizado, ele forma o ponto de partida para a produção de outros aminoácidos. Isso acontece por meio de reações de transaminação. Uma reação de transaminação consiste na transferência de um grupo amino de um aminoácido para um ácido orgânico, de modo que outro aminoácido seja formado.

Uma reação típica de transaminação pode ser representada da seguinte forma: