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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