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Metabolismo de Nitrógeno y
Azufre
Dra. Catiana Zampini
2012
Asimilación de nutrientes
Crecimiento y desarrollo
Plantas Superiores
Autotróficas
Incorporación a
compuestos orgánicos
Nutrientes minerales
Nitrógeno
Azufre
Compleja serie
reacciones
Mayor requerimiento energético
Importancia Biológica del azufre
Capacidad catalítica de las Enzimas (40%) depende
da la presencia de grupos SH (ferredoxinas, ureasa,
Coenzima A, nitrogenasas, etc)
Uno de los
Estructura terciaria y cuaternaria de muchas
elementos más
proteínas depende de la presencia de puentes
versátiles de los
disulfuro (-S-S-) formados por la oxidación de grupos
organismos
SH de la cisteína,
vivos
Grupo SH proporciona sitios de unión p metales tóxicos
relacionado con la detoxificación de diversa drogas
En numerosos compuestos
cisteína
metionina
Biotina
Coenzima A
Asimilación del Azufre
-ión sulfato (SO4=) absorbido de
soluciones edáficas
El azufre de
plantas
superiores
proviene de:
Desgaste de rocas
Polución ambiental
(Industrialización)
Se absorbe por raíz------ Xilema ----- resto de la planta
-SO2 gaseoso
Puede ser tomado por los estomas (hojas)
-H2S (producto de los combustibles fósiles)
Azufre:
Absorción por raíz principalmente.
Asimilación en hoja, principalmente.
Para la asimilación del azufre en plantas superiores
1° Paso----- Reducción del SO4= al aminoácido cisteína (1° producto
de la asimilación de azufre)
Reducción del SO4= a cisteína
SO4= es mus estable, poco reactivo ---------- Debe ser activado
Activación del ión sulfato por el ATP
SO4= +
ATP
cloproplasto
ATP sulfurilasa
APS
+
Adenosina-5’fosfosulfato
+
ATP
Energéticamente
desfavorable
PPi
Pirofosfatasa inorgánica
2 Pi
APS quinasa
Bacterias y hongos
PAPS
+
3’-Fosfoadenosina-5’fosfosulfato
ADP
Aporta energía
Para activación
Reducción del SO4= a cisteína
Reducción de APS a Sulfuro (Tiosulfuro)
PAPS
reductasa
En bacterias y hongos
PAPS
Sulfito
Ferredoxina
Reducida
Thio red
Thio ox
+
ADP Tiorredoxina
PAP
APS quinasa
En plantas
ATP sulfurilasa
Sulfato
APS
ATP
PPi
ATP
APS
sulfotransferasa
GSH
Tiosulfonato
Thio red
Sulfito
Thio ox
Sulfito
reductasa
Ferredoxina
Reducida
Sulfuro
Ferredoxina
Oxidada
Tiosulfato
reductasa
Ferredoxina
Reducida
AMP
(Glutatión)
APS
reductasa
Sulfito
reductasa
Tiosulfuro
Ferredoxina
Oxidada
Sulfuro
Ferredoxina
Oxidada
cloroplasto
Incorporación del S a los aminoácidos
Sulfuro (Tiosulfuro) a cisteína
Serina acetil
transferasa
Serina
Acetil CoA
O-Acetilserina
(Tio) liasa
O-Acetilserina
Co A
Sulfuro
o
Acetato
Tiosulfuro
Cisteína
+
Cistationina
sintasa
O-Fosfohomoserina
Metionina
sintasa
Metionina
1° producto
de asimilación
Cistationina
Cistationina
Β-liasa
Pi
Homocisteína
Grupo CH3
Cisteína
NH3 + Piruvato
Cisteína y Metionina
NH2
En general, la reducción del sulfato es varias veces mayor en hojas verdes que en raíces, y en las
hojas la reacción es fuertemente estimulada por la luz.
Etapas de asimilación del Sulfato en Plantas
1- ACTIVACIÓN
SO42-
ATP sulfurilasa
APS reductasa
2- REDUCCION
APS
3- REDUCCION
SO32-
2eSulfito reductasa
APS
APS quinasa
PAPS
SO32S2-
6e-
4- SINTESIS DE Cys
Ser
AcetilCoA
5- SINTESIS DE Met
S2-
Cys
O- Acetil-Ser
Cys
Met
El S asimilado en hojas, es
exportado por el floema,
como glutation
principalmente, hacia sitios
de síntesis proteica (ápices
de tallos y raíces, y frutos)
Glutatión
-Tripéptido que se sintetiza a partir de los 3 aa que lo
forman: glutamato, cisteína y glicina.
-Reducido u oxidado (formado por dos moléculas
unidas por un puente S-S).
-Es una reserva de azufre (en su hidrólisis se libera
cisteína.)
-
Síntesis de glutatión
γ-glutamilcisteína sintetasa
glutatión sintetasa
Coordinación entre el metabolismo del nitrógeno y del azufre
APS
reductasa
O-Acetil serina regula la expresión para el gen de la APS reductasa
Metabolismo especial del Nitrógeno
Existe una gran cantidad de compuestos
secundarios que contienen Nitrógeno
-Alcaloides
-Glicósidos cianogenéticos
-Glucosinolatos
-Aminas
-Aminoácidos no proteicos
Aminoácidos No proteicos
Compuestos vegetales secundarios que poseen NH2 y COOH
No son usados por las plantas para síntesis proteica
Son semejantes a AA proteicos (se pueden considerar análogos
estructurales de los AA proteicos)
Biosintéticamente: pueden derivar de AA proteicos u otras rutas
Constituyen antinutrientes o antimetabolitos
Abundantes en leguminosas, liliaceas, hongos superiores (Amanita
y Coprinus) y algas marinas
Se acumulan en Semillas (Leguminosae) y rizomas (Liliaceae)
Se remueven durante germinación ------ almacenamiento de N
Compuestos de Defensa
Tóxicos para herbívoros y
afectan sint proteica y metab aa
plantas (alelopatía)
Interfieren en metab microorg
Mecanismos por los que pueden resultar
tóxicos los AA no proteicos
- Síntesis de proteínas defectivas, por incorporación en lugar
de AA proteico (canavanina, ác acetidina-2-carboxílico, etc)
-Inhibición pasos de la síntesis proteica, como inh activación
de aminoacil-tRNA sintetasas
-Inhibición competitiva sistemas de captación de AA
-Inhibición de biosíntesis de AA (por competición con el Sustrato
o inh. enzimática por feedback (azaserina, albizina)
-Afectar procesos relacionados con ADN y ARN (canavanina,
mimosina), o con β-oxidación de lípidos (hipoglucina)
Aminoácidos No proteicos importantes por su toxicidad
3-Cianoalanina
Semillas de Vicia sativa
Cisteína + CN-
3-Cianoalanina
sintetasa
3-Cianoalanina + SH-
Posee efectos Neurotóxicos
Ácido N-Oxalil-diaminopropiónico
Especies del género Lathyrus
L. sativus, L. latifolius
Ác. oxálico + HS CoA
Oxalil-CoA +
Ác. 1,2 diaminopropiónico
Oxalil -CoA + H2O
HS-CoA + Ác. N-Oxalildiaminopropiónico
Posee efectos Neurotóxicos--- Neuralatirismo
Canavanina (ác. 2-aminoguanidoxibutirico)
análogo arginina
Leguminosas---Canavalia ensiformis
Posee efectos Antimetabólicos en plantas
bacterias
Fuente de N
insectos
Hipoglicina A y B
Blighia sapida
Se cree que deriva de isoleucina
Posee efecto hipoglucemiante
Mimosina
Hojas y semillas de Leucaena glauca, L. lecocephala
Biosíntesis: Lisina y o-acetilserina
Caída de Pelo
Ác. acetidina-2-carboxílico
análogo prolina
Leguminosas, Agaváceas y Liliáceas
Remolacha azucarera (Quenopodiaceas)
Met-----homoserina--------ác. 2,4-diaminobutírico--------ác.4-amino-2-oxo-butirico------se cicliza
Inhibe sintesis de prolina
-Causa inh de crecimiento y malformaciones fetales,
se incorpora al colágeno en lugar de prolina
Aminas vegetales
-Aminas Alifáticas
-Monoaminas
-Diaminas
-Poliaminas
-Con heterociclos
Nitrogenados
Histamina
Triptamina
-Sin heterociclos
Nitrogenados
Protoalcaloides
(fenilalquilaminas)
Noradrenalina
Mescalina
Efedrina y derivados
-Aminas Aromáticas
Monoaminas
-Comunes en flores de Rosáceas, Aráceas, etc. y cuerpos fructíferos de
hongos (Phallus impudicus)
-Poseen olor desagradable (carne podrida)
-Atraen insectos ----- polinización o dispersión de esporas
-Defensa (poseen actividad antibacteriana)
En algas rojas
En plantas superiores: Biosíntesis: aminación de aldehídos alifáticos por una Lalanina-aldehído aminotransferasa
Diaminas y Poliaminas
-Compuestos policatiónicos ------- pueden unirse a polianiones (ADN)
Diaminas
Cadaverina ---------leguminosas
Putrescina
Espermidina
Presentes
probablemente
en todas las
plantas
Poliaminas
Espermina
Pueden estabilizar biomembranas
Por lo que serían importantes para
la regulación del crecimiento
Putrescina y Cadaverina
-Estabilizan las cadenas de ADN en bacterias (en eucariotas ----histona)
-Probablemente también los ADNs de mitocondrias y cloroplastos (no por histonas)
(ADN de origen microbiano teoría endosimbiosis
-Estimulan in vitro diversas etapas de síntesis proteica
-Son precursores de alcaloides (pirrolizidina, nicotina, tropano, quinolizidinas, otros)
Biosíntesis
Ornitina
Lisina
ornitin descarboxilasa
Putrescina (sirve de base para
biosintesis de otras aminas )
= plantas, microorg y mamíferos
lisina descarboxilasa
Cadaverina
Putrescina es la base
para la síntesis de
otras aminas
Aminas aromática
-Derivan de la descarboxilación de AA catalizada por la respectiva AA-descarboxilasa
Histamina
Defensa: Pelos urticantes de Urtica dioica
Histidina
Descarboxilasa
Histamina
Inyección de histamina
Histamina
Serotonina
Acetilcolina
Dolor e inflamación de piel
Protoalcaloides
Aminas aromáticas que no poseen heterociclos nitrogenados (fenilalquilaminas)
-Derivan de AA fenilalanina o tirosina
Noradrenalina
En bananas (también dopamina, serotonina e histamina)
Hojas de espinaca
Papa
Ácónito
Neurotransmisor
Mescalina
En peyote
Lophophora williamsii
Alucinógeno
Efedrina y derivados
Euforia
Interactúa con los receptores de los neurotransmisores
Serotonina, Noradrenalina y dopamina
En Ephedra
Activa liberación de noradrenalina, dopamina
y serotonina e inh su recaptación
Broncodilatador, dilata pupilas, eleva Presión arterial
Muchas gracias