ciclo-n-e-fbn

8/19/2019 ciclo-n-e-fbn

1/42

CICLO DONITROGÊNIO

E

FIXAÇÃO BIOLÓGICA


2/42

Lavoisier – Nitrogênio = Azoto (gás sem vida)

N2 atmosférico (80%) – pouco reativo

4o elemento mais abundante dos organismos vivos

Aminoácidos e proteínas

Ácidos nucléicos – DNA/RNA

Clorofila

Fazem parte de diferentes moléculas


3/42

Deficiência causa o aparecimento de folhas amareladas,desenvolvimento deficiente das plantas e baixaprodutividade.


4/42

Maioria dos seres vivos é incapaz de utilizar o N2 atmosférico

Animais – dieta - Transformações químicas sintetizamprodutos necessários

Vegetais – retiram do solo e alguns da atmosfera (via

microrganismos)

Ciclo do nitrogênio

Como o N atmosférico entre no ciclo biológico?

Como os organismos vivos conseguem obter N?

Como ocorre a reciclagem do N biológico?

Caro e necessita de reciclagem


5/42

8% N fixado do solo

Vapor d’água e O2 Hidroxilas (OH-), H+ e O- livres

Atacam N2

Ácido nítrico (HNO3)

precipita com a chuva

Reações Químicas – Relâmpagos – processos naturais

Como ocorre as transformaçõesdo N2 na natureza?


6/42

Reações Químicas – processos industriais

Indústrias de produtos nitrogenados – 80x106 ton/anode fertilizantes nitrogenados

(Brasil - consumo 2012, 29 milhões de ton)

Processo Haber-BoschElevada temperatura e

pressão (200oC e 200atm)

N2 + H2 NH3

•Alto consumo de energia

•Fonte H é o gás natural (CH4)

•Perdas intensas

•Poluição


7/42

excreção de produtosnitrogenados (uréia, ácido

úrico e amônia)

Reciclagem de produtos nitrogenados – processos biológicos

decomposição de matériaorgânica (microrganismosdecompositores)


8/42

Fixação biológica90% do N fixado

Procariotos

Assimilação N2 NH4+

Realizada por microrganismoslivres ou independentes, quevivem no solo ou na água

Por microrganimos que fazemassociação simbiótica com asraízes de plantas leguminosa(produtoras de grãos)


9/42

Existem 6 processos importantes detransformação e reciclagem de Nitrogênio

1

2

3 5

4

6


10/42

1 - Decomposição e excreção

Ação de bactérias e fungos na decomposição da matéria

orgânica do ambiente (animais ou vegetais mortos)Liberação de amônio – Amonificação


11/42

•A maioria dos animais terrestres eliminam o excesso de Ningerido na dieta através de reações bioquímicas diferentes


12/42

Ciclo da uréia Essa é uma das formas mais importantesde reciclagem do nitrogênio


13/42

• A ureia liberada na natureza pode serconvertida em amônia voltando ao ciclo

biogeoquímico do nitrogênio através da açãodos microrganismos decompositores

• A amônia pode ser utilizada diretamente pelosvegetais e microrganismos ou convertida a

nitrato por microrganismos (principal via deobtenção de N pelos organismos produtoresprimários)


14/42

1

2

3 5

4

Decomposiçãoe excreção -amonificação

Síntese

Como a amônia é transformada em nitrato?

2 - Oxidação bacteriana da amônia - Nitrificação


15/42

• A amônia apesar de poder ser empregada na síntesede produtos nitrogenados por todos os organismosvivos , no solo ela é quase que totalmente

transformada em nitrato por oxidação.

• A transformação daamônia em nitrato

passa por duas fases:

Amonia →Nitrito→Nitrato

• Composto reduzidopassa a compostooxidado

Quais organismos oxidam a amônia?


16/42

Gênero Conversão química Habitat

Nitrosomonas amônia nitrito Solo , água doce e marinha

Nitrosospira amônia nitrito Solo

Ni t rosococcus amônia nitrito Solo , água doce e marinha

Nitrosolobus amônia

nitrito Solo

Nitrobacter nitrito nitrato Solo , água doce e marinhaNitrospina nitrito

nitrato Água marinha

Nitrococcus nitrito nitrato Água marinha

• Os microrganismos que transformam a amonia emnitrato podem viver no solo ou água e participamde apenas uma das fase de oxidação


17/42

• Após a oxidação da amônia a nitrato osvegetais e alguns microrganismosincorporam tal composto e o utilizam para asíntese de moléculas nitrogenadas

•

O nitrato formado nosprocessos denitrificação podem terdois destinos –

absorção pelosvegetais ou voltar paraa atmosfera como N2 (desnitrificação)


18/42

1

2

3 5

4

Decomposição- amonificação

Nitrificação

•Dois caminhos pode seguir o nitrato formado

durante a nitrificação


19/42

3 - Desnitrificação

NO3- N2O (oxido nitroso) N2 (atmosfera)

Processo importante na respiração anaeróbia dealgumas bactérias.

Essas bactérias usam o NO3- como o doador de e-liberando N2 na atmosfera

Esse processo gera um potencial de prótontransmembrana que é utilizado na síntese de ATP.

Perdas de N do ciclo

Nesse processo ocorre perda de N para a atmosfera,mas ele é importante para a manutenção do balançoentre N biológico e N do ar.


20/42

• Exemplas ou situações importantes da aplicação desses processos

O Tanque de Arejamento Prolongado (Tanque de Nitrificação) destina-seessencialmente a transformar a matéria orgânica degradada em amônio enitrato.

No Tanque de Desnitrificação é realizada, como o nome indica, adesnitrificação, de modo a remover o azoto até níveis exigidos por lei com

liberação de N2.

O Tratamento Biológico de lixo urbano é composto por duasetapas principais: processo de nitrificação/desnitrificação


21/42

1

2

3 5

4


Nitrificação

Desnitrificação

O nitrato é a principal forma de assimilação de Npelos vegetais.

4 R d ã Ab ã i il ã d it t


22/42

O nitrato obtido é reduzido a amônia e utilizado para asíntese de aminoácidos e outros compostos nitrogenados

4 – Redução - Absorção e assimilação de nitratopelos vegetais e microrganismos

Nitrato e amônio sãoobjeto de intensa

competição entremicrorganismos do solo eplantas

Plantas desenvolveram

um mecanismo especialpara capturar esseselementos rapidamentedo solo e estocá-lo.


23/42

Entrada gasta energia -manutenção do potencialeletroquímico

Nitrato pode serarmazenado em vacúolos

Isso aumenta acapacidade de absorção

dele pela planta

Transformado em nitritopela enzima nitrato redutase

Nitrito é altamente reativoe deve ser rapidamenteretirado do citoplasma

Entra nos plastídeos e é transformado em amônio pela nitrito redutase


24/42

Nitrato pode ser acumulado em grandesconcentrações nos vegetais sem causar grandes

problemas, mas se um animal ingerir plantas comaltos níveis de nitrato pode sofrer uma intoxicação – combinação com a hemoglobina impedindo-a de seligar ao oxigênio.

Alguns países impõe limites ao teores de nitratodos vegetais

Tipo de cultivo e ou uso de diferentes formas deadubação nitrogenada influencia no teor de nitratodos alimentos.


25/42

1

2

3 5

4


Nitrificação

Desnitrificação

Absorção eredução do nitrato


26/42

5 - Fixação Biológica do Nitrogênio

Processo mais importante de entrada de N no seuciclo biogeoquímico (90%)

Certas bactérias formam amônio a partir do nitrogênio

atmosféricoBactérias de vida livre ou bactérias simbióticas

Hospedeiro fornece metabólitos para bactéria e esta

fornece nitrogênio orgânico para o hospedeiro

Enzimas responsáveis – Complexo Nitrogenase


27/42

Nódulos raízes

Apoplasto do caule


28/42

Importante em cultura do arroz e oceanos pois podemfixar o N em condições de anaerobiose

Fixam N em campos alagados e morrem quando eles

secam liberando o N fixadoNitrogenase está localizada dentro de heterocistos e

protegida por camadas de glicolipídeos que funcionamcomo uma barreira à difusão de O2

Cianobactérias

Vida livre


29/42

Nódulos - nicho ecológico dasimbiose e onde ocorre a FBN

Nódulos conectados à planta viatecidos vasculares

Leguminosas - importância naprodução de alimentos e no equilíbriodo nitrogênio nos ecossistemasnaturais. Fornecem 24% do total deproteínas indispensáveis a eles

Associação rizóbio/leguminosa - 35milhões de toneladas de N/ano

Especificidade bactéria X hospedeiro

Simbiose Nódulos nas raízes de leguminosas


30/42

Soja – Bardyrh izobium japonicume Bradyrh izob ium elkani


31/42

Feijão – Rhizobium legum inosarum bv phaseol i , ou Rhizobium tropic i i


32/42

Alfafa – Sinorhizobium mel i lo t i


33/42

Trevo – Rhizobium legum inosarum bv t r i fo l i i


34/42

Ervilha – Rhizobium legum inosarum bv viciae


35/42

Sesbania - Azorhizobium caul inodans (nódulos no caule)


36/42

Simbiose requer troca de sinais entre ossimbionte e formação dos nódulos

Plantas e rizóbios vivem normalmente emcondições adequadas sem necessidade de

simbiose

Deficiência de nitrogênio solo – inicia-seprocesso de simbiose

Como ocorre a fixação simbiótica do Nitrogênio?

Formação dos nódulos em raízes


37/42

•Quimiotaxia eaderência das

bactérias à raiz

•Multiplicação das célulascorticais e formação do

cordão de infecção

•Liberação das bactérias nascélulas, multiplicação e

diferenciação em bacteroide

Formação dos nódulos em raízes


38/42

Desenvolvimento danitrogenase,leghemoglobina e

enzimas relacionadas,com a fixação do N2.

Redução do

nitrogênioatmosférico atéamônio pela enzimanitrogenase.

Amônia é convertidaem aminoácido(glutamina ouasparagina) eureídeos.

Incorporação pela planta da amônia produzida pelos bacteróides


39/42

Leguminosas tropicais (soja) usam ureídeos como forma de transporte de N

Incorporação pela planta, da amônia produzida pelos bacteróides

Glutamina/Asparagina e ureídeos


40/42

Duas enzimas são importantes e constituem ocomplexo da nitrogenase

(Dinitrogenase redutase e dinitrogenase)

Bioquímica da Fixação Biológicado Nitrogênio

N2 + 16ATP + 8 e - + 10H+ 2NH4+ + H2 + 16 ADP + 16Pi


41/42

Dinitrogenase redutase•Homodímero (2 NifH)•PM 60.000•1 complexo 4Fe4S (Centro

redoxi) – transfere 1 e -•2 Sitio de ligação para ATP

Dinitrogenase• Heterotetrâmero (2 NifK e 2

NifD)• PM 240.000• Grupos prostéticos

2 sitio P (8Fe7S)2 FeMoCo (1Mo, 7Fe, 9S e

homocitrato)

NifH

NifK

NifD

Como ocorre a fixação do


42/42

Como ocorre a fixação donitrogênio pelo Complexo

Nitrogenase?

•

Doador de elétrons é o piruvato(NADH)

•Passam para a dinitrogenaseredutase pela ferredoxina (umelétron de cada vez)

•Chegam à dinitrogenase quedeve receber pelo 8 elétrons parareduzir um N2 a amônio.

•Dois elétrons a mais são usados

para reduzir 2H+

em H2 em umprocesso que acompanha afixação do Nitrogênio

ciclo-n-e-fbn

Documents

Transcript of ciclo-n-e-fbn