La nutrizione minerale

Assimilazione dell’azoto

Un elemento è essenziale se in sua assenza la pianta non completa il ciclo vitale

Assimilazione dell’azoto:

1) ASSORBIMENTO DAL TERRENO NELLE RADICI

2) INCORPORAZIONE IN COMPOSTI ORGANICI

Molto costoso in termini di energia:

NO3- NH4+ aa 12 ATP/N

N2 NH4+ aa 16 ATP/N

L’accumulo di NH4+ è tossico per piante e animali.Dissipa i gradienti di protoni a cavallo delle membrane (mitocondrio, cloroplasto, vacuolo)Le piante non lo accumulano e lo assimilano appena assorbito.

L’accumulo di NO3- è tossico per gli animali. Il fegato lo riduce a nitrito emoglobina

Oppure si forma nitrosammina cancerogena

Le piante lo possono accumulare nei vacuoli ( diventano tossiche per gli erbivori)o lo trasportano a lunga distanza ad altre parti dove poi viene assimilato.

Le piante trovano nel terreno ed usano sia NO3- che NH4

+

Riduzione del nitrato

Il cofattore che contiene molibdeno, il gruppo eme e il FAD sono legaticovalentemente alla proteina.

eme2X

NAD(P)H NAD(P)+ NO3- NO2

-

Riduzione del nitrito

Heldt 10.4 und 5

Siro-heme

Siro-heme

Tetrapirrolo ciclicocon un FeA differenza dell’hemecontiene residuiacetile e propionile

3 NADPH riducono 6 Fdx

Assimilazione di NH4+

L’assimilazione di NH4+ procede come durante la fotorespirazione

Nella foglia:

Prodotti principalidell’assimilazione

Glutammina sintetasi

•Affinità elevata per NH4+ (Km = 5 uM)•10 volte più NH4+ da fotorespirazione che da assimilazione nitrato• un isoenzima della glutammina sintetasi anche nel citosol•Inibita dall’analogo del substrato glufosinato: si accumula NH4+ tossico (usato come erbicida selettivo per piante ingenierizzate)

Glutammato sintasi (GOGAT)

Equivalenti riducenti

dalla via deipentosi fosfati

Aspartato al posto di glutammato

Regolazione dell’assimilazione del nitrato

•Durante la PS assimilaz nitrato procede solo se ci sonogli scheletri carboniosi (fissazione CO2) per gli aa.(regolazione da glucosio e altri zuccheri)

•Sintesi aa non deve superare la richiesta(regolazione da aa)

•Formazione nitrito non deve procedere più velocemente della sua riduzione ad ammonio, perché se il nitrito si accumula è tossico.Di notte nelle foglie c’è abbastanza NADH per la nitratoreduttasi ma molto meno NADPH nel cloroplasto (solo PPP)per ridurre nitrito e fissare NH4+. Meglio spegnere la nitrato reduttasi per non accumulare nitrito.(regolazione da luce)

Gene

Regolazione della nitrato reduttasi

glucosioluce

Altri stimoli Luce

Inibitore delle fosfatasi

Fotosintesi

Triosi P

Proteina inib. (14-3-3)

Glutamminae altri aa

nitrato

Acido okadaico

Scheletri carboniosiper gli aa, prodotti dalCiclo di Calvin

Gli aminoacidi sono sintetizzati a partire da intermedi glicolitici o del Krebs

La fissazione di N2

In un sistema chiuso il nitrato proviene dalla degradazione della biomassa.

Fertilizzanti compensano l’asportazione di biomassa

Il mais richiede 200Kg N /ettaro

NH3 prodotto industrialmente con alte pressioni e alte temperature

N N

Nonostante la spontaneità della reazione la reazione è molto lenta per via dell’alta energia di attivazione

ΔGo = -32.9 Kcal/mol = − RT ln Keq

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

FISSAZIONE BIOLOGICA

Fissazione biologica di N2

Simbiosi:

Leguminose(trifogliomedicasoiapisellofagiolo)

eRhizobium

nodulo

Prima strategia: ridurre PO2 con una emoglobina

Nella simbiosi con leguminose:

-nodulo in cui O2 è mantenuto basso (per respiraz.)con leghemoglobina nel citoplasma 700uM

Eme :sintesi battericaGlobina: sintesi pianta

Affinità per O2: Km 0.01 M (emoglobina 0.1M)L’ossidasi terminale della catena di trasporto del batterio ha Km 0.001 M

cyanobacterium Anabaena

spora

Eterocisti si formano quando manca NHanno parete molto spessa che limita scambiManca PSII (non evolvono ossigeno)Anabaena vive in simbiosi con felce Azolla

Seconda strategia: confinare la reazione in una cellula non ossigenica

nod genes Nod genes

flavonoidi, betaine chemiotattiche per R; attivano nod genes

Nod factors specie-specifici

Nod factors inducono allungamento pelo radicale

INFEZIONE CONTROLLATA

Nod factors inducono degradazione parete cellulareSi forma il tubetto infettivo per invaginazione della PM

Le cellule si de-differenzianosi dividono e formano il primordio del nodulopronto a ricevere i batteri dal tubetto

Controlloormonaledella crescitaauxinaetilene

Il nodulo matura: forma connessioni vascolari ed esclude O2

I batteri diventano batterioidi (10 v. più grandi) e iniziano a fissare N2

saccarosio

malato

Fissazione N2 N2

NH4+

glutammina asparagina

PEP + CO2 oxal

Cellula ospite

batterioide

(PEPcarbossilasi)

E0’ – 0.25VE0’ – 0.4V

1 e- 2 ATP8 e- 16 ATP

Nitrogenasireduttasi Nitrogenasi

½ NADH

½ NAD++ ½ H+

N2 + 4NADH + 4 H+ + 16 ATP 2NH3 + H2 + 4NAD + 16 ADP + 16 P

N2

Leghemoglobin

O2

malato

4O2

Krebs

NADH

1 N2

8 Ferredoxred

8H2016 ATP

nitrogenasi

2 NH3 + H2

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