METABOLISMO DE COMPUESTOS NITROGENADOS. Profesor: Dra. Aurora Lara Nuñez 3 sesiones

1. METABOLISMO DE COMPUESTOS NITROGENADOS. Profesor: Dra. Aurora Lara Nuñez 3 sesiones Objetivo particular: Este capítulo tiene como propósito familiarizar a los estudiantes con las estrategias generales para obtener y asimilar el nitrógeno y los mecanismos generales para desechar nitrógeno de compuestos nitrogenados. Se buscará enfatizar la estrecha interrelación que guardan las vías de asimilación y degradación de nitrógeno orgánico con el metabolismo de carbono. El estudio de todas las vías metabólicas se enfocará a aspectos generales, como su función dentro del metabolismo general, el tipo de reacciones químicas de relevancia, el balance de masa y energía, la regulación y la localización intracelular. Se evitará el análisis detallado de todas las reacciones parciales de la ruta metabólica. Asimilación y fijación del Nitrógeno. Formas de eliminación del Nitrógeno. Relación entre el metabolismo del Nitrógeno y el del Carbono.

2. Bibliografía: • Buchanan, Gruissem, Jones. Biochemistry and Molecular Biology of Plants. American Society of Plant Physiologists. • Capítulos 8 - Amino ácidos 16 - Nitrógeno

3. Artículos: • Stitt M, Müller C, et al. Steps towards an integrated view of nitrogen metabolism. 2002. J. Exp. Bot. 53(370):959-970 (5 personas) • Comparot S, Lingiah G, Martin T. Function and specificity of 14-3-3- proteins in the regulation of carbohydrate and nitrogen metabolism. 2003. J. Exp. Bot. 54(382): 595-604 (2 personas) • Freshi L, Rodrigues MA, et al. 2010. Correlation Between citric acid and nitrate metabolism during CAM cycle in the atmospheric bromeliad Tillandsia pohliana. J. Plant Physiol. 167:1577-1583 (3 personas) • Oldroyd GED, Downie JA. Coordinating Nodule Morphogenesis with Rhizobial Infection in Legumes. 2008. Annu. Rev. Plant Biol. 59:219-46 (5 personas) • Provan F, Aksland L-M, Meyer C, Lillo C. Deletion of the nitrate reductase N-terminal domain still allows binding of 14-3-3 proteins but affects their inhibitory properties. 2000. Plant Physiol. 123:757-764. (2 personas) • Schachtman DP, Shin R. Nutrient sensing and Signaling: NPKS. 2007. Annu. Rev. Plant. Biol. 58:47-69. (2 personas)

6. Fijación de Nitrógeno Ciclo de transformación de nitrógeno mineral a orgánico N es el 4to elemento más abundante en los organismos vivos; 0.1 % de la corteza terrestre, 80 % de la atmósfera (N2). El fuego y los rayos; combustión interna de motores y fertilizantes químicos El mayor suministro de nitrógeno inorgánico a orgánico (N2 a NH3) es a través de la fijación del carbono, sólo por procariontes. El NH3 producido puede ser asimilado en aminoácidos y otros compuestos nitrogenados ó se puede convertir en nitratos y nitritos por bacterias nitrificantes. El NO3- puede entrar al organismo a través de su reducción a NH4+ o puede ser un aceptor de electrones

8. Ciclo del nitrógeno

9. Panorama general de asimilación de nitrógeno en plantas

10. Reducción enzimática de N2 Filogenias de eubacterias y algunas arqueas metanogénicas Nitrogenasa Única reacción bioquímica que consume compuestos ricos en energía y requiere al mismo tiempo reductores biológicos fuertes → nitrogenasa sensible a O2 → anaerobiosis

11. Enzimología de la fijación del nitrógeno

12. Fijación de nitrógeno Costos: 12-17 g de carbohidratos por g de N fijado: Formación de nódulo, fijación, transporte de amonio.

13. Eventos que conducen a la formación de la simbiosis Rhizobium-leguminosa Bact. gram negativas (Rizhobia). Asociaciones con leguminosas. Bact. gram positivas. (actinomicetos: Frankia) y dicotiledóneas. Árboles o arbustos leñosos. Cianobacterias y dicotiledóneas. Ej. Anabaena en arroz.

14. Formación de nódulos fijadores de nitrógeno Invasión de pelos radiculares Meristemo nodular Nódulo indeterminado Nódulo determinado (esférico)

15. Liberación de bacterias de un hilo de infección en una célula blanco

16. Genes que se expresan sólo durante la formación del nódulo

17. Genes Nod

18. Elicitores que segrega la planta para inducir genes nod

19. Factores Nod

20. Mecanismo de producción de ATP en un ambiente bajo de oxígeno

21. Rutas de asimilación primaria de nitrógeno en nódulos I

22. Síntesis de aminoácidos

23. Rutas de asimilación primaria de nitrógeno en nódulos II

24. Transporte de nitrato y su asimilación

25. Transportadores de Amonio AMT SAT Km 5 mM Km 10-70 µM

26. Cinética de entrada de nitrato a la planta Baja afinidad Alta afinidad Familia NTR1 Familia NTR2 HATS o mecanismo I Km 10-100 µM LATS o mecanismo II No saturación

27. Nitrato reductasa

28. Regulación de la expresión del gen de NR

29. Modelo de regulación de la actividad de NR

36. Los aminoacidos no pueden excretarse directamente, en consecuencia se utilizan como combustible metabólico

37. En vertebrados terrestres: Los grupos alfa-amino (de los aminoacidos) se convierten en urea mientras que sus esqueletos carbonados se transforman en acetil-CoA, acetoacetil-CoA, piruvato o algun intermediario del ciclo de Krebs

40. Esqueleto de carbono de aa que queda -ceto ácido son degradados

42. Aminotransferasas o transaminasas Transferencia del grupo amino. Dependientes de NAD+ o de NADP+ Ejemplo: aspartato aminotransferasa, alanina aminotransferasa. Reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa: desaminación oxidativa (Matriz mitocondrial)‏ L-glutamato + NAD(P)+ +H2O ↔ -Cetoglutarato + NH4+ + NAD(P)H + H+ Enzima de seis subunidades identicas, grupo prostético llamado pirodoxal fosfato Activadores de la enzima: GDP y ADP Inhibidores alostéricos: GTP y ATP

44. Procedente de la pirimidina (vitamina B6)

46. Aminotransferasas • Aspartato aminotransferasa L-aspartato + -Cetoglutarato ↔ Oxalacetato + L-glutamato • Alanina aminotransferasa L-alanina + -cetoglutarato ↔   Piruvato + L-glutamato

48. Ciclo de la UREA