Metabolismo de Nitrógeno y AzufreAzufre

Dra. Catiana Zampini

2012

Asimilación de nutrientes

Plantas SuperioresAutotróficas

Incorporación a

Crecimiento y desarrollo

Nutrientes minerales

Incorporación a compuestos orgánicos

Nitrógeno Azufre

Compleja serie reacciones

Mayor requerimiento energético

Estructura terciaria y cuaternaria de muchas proteínas depende de la presencia de puentes disulfuro (-S-S-) formados por la oxidación de grupos SH de la cisteína,

Importancia Biológica del azufre

Uno de los elementos más versátiles de los

organismos

Capacidad catalítica de las Enzimas (40%) depende da la presencia de grupos SH (ferredoxinas, ureasa, Coenzima A, nitrogenasas, etc)

SH de la cisteína, organismos

vivos Grupo SH proporciona sitios de unión p metales tóxicos relacionado con la detoxificación de diversa drogas

cisteínametionina Biotina

En numerosos compuestos

Coenzima A

Asimilación del Azufre

El azufre de plantas

superiores proviene de:

-ión sulfato (SO4=) absorbido de

soluciones edáficas

Desgaste de rocas Polución ambiental (Industrialización)

-SO2 gaseoso Puede ser tomado por los estomas (hojas)

Se absorbe por raíz------ Xilema ----- resto de la planta

proviene de:-SO2 gaseoso Puede ser tomado por los estomas (hojas)

-H2S (producto de los combustibles fósiles)

Para la asimilación del azufre en plantas superiores 1° Paso----- Reducción del SO4

= al aminoácido cisteína (1° producto de la asimilación de azufre)

Azufre: Absorción por raíz principalmente.

Asimilación en hoja, principalmente.

Reducción del SO4= a cisteína

SO4= es mus estable, poco reactivo ---------- Debe ser activado

Activación del ión sulfato por el ATP

SO4= + ATP APS + PPi

ATP sulfurilasaEnergéticamente desfavorable

SO4 + ATP APS + PPiAdenosina-5’-fosfosulfato

desfavorable

2 Pi

Pirofosfatasa inorgánica

Aporta energía Para activación

+ATP

PAPS + ADP3’-Fosfoadenosina-5’-

fosfosulfato

APS quinasa

cloproplasto

Bacterias y hongos

Reducción del SO4= a cisteína

APS quinasa

ADP

PAPS

Thio red Thio oxTiorredoxina +

PAP

Sulfito Sulfuro

Sulfitoreductasa

Ferredoxina Ferredoxina Reducida Oxidada

En bacterias y hongos PAPSreductasa

Reducción de APS a Sulfuro (Tiosulfuro)

Sulfato ATP sulfurilasa

ATP PPi

APS

APS sulfotransferasa

GSH AMP(Glutatión)

Tiosulfonato

Tiosulfatoreductasa

Ferredoxina Ferredoxina Reducida Oxidada

Tiosulfuro

En plantas

Sulfito Sulfuro

APS reductasa

Thio red Thio ox

Sulfitoreductasa

Ferredoxina Ferredoxina Reducida Oxidada

APS quinasa

ATP

cloroplasto

Incorporación del S a los aminoácidos

Sulfuro (Tiosulfuro) a cisteína

Serina

Serina acetil transferasa

Acetil CoA Co A

O-Acetilserina

O-Acetilserina (Tio) liasa

Sulfuro AcetatooTiosulfuro

Cisteína

1° producto de asimilación

Cisteína + O-Fosfohomoserina

Cistationina sintasa

Pi

Cistationina

CistationinaΒ-liasa

NH3 + Piruvato

Homocisteína

Grupo CH3

Metionina sintasa

Metionina

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- APS PAPS

ATP sulfurilasa APS quinasa

2- REDUCCION APSAPS reductasa

2e-

SO32-

3- REDUCCION SO32- Sulfito reductasa

S2-3- REDUCCION SO32- Sulfito reductasa

6e-

S2-

4- SINTESIS DE Cys S2- Cys

SerAcetilCoA

O- Acetil-Ser

5- SINTESIS DE Met Cys Met

El S asimilado en hojas, es exportado por el floema, como glutationprincipalmente, 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). 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 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-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

Constituyen antinutrientes o antimetabolitos

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

Compuestos de Defensa Tóxicos para herbívoros yafectan sint proteica y metab aa plantas (alelopatía)

Interfieren en metab microorg

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

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 sintetasasde 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 + SH-

3-Cianoalanina sintetasa

Posee efectos Neurotóxicos

Ácido N-Oxalil-diaminopropiónicoEspecies del género Lathyrus

L. sativus, L. latifolius

Ác. oxálico + HS CoA Oxalil -CoA + H2O

Oxalil-CoA + Ác. 1,2 diaminopropiónico

HS-CoA + Ác. N-Oxalil-diaminopropiónico

Posee efectos Neurotóxicos--- Neuralatirismo

Canavanina (ác. 2-aminoguanidoxibutirico) análogo arginina

Leguminosas---Canavalia ensiformis

Posee efectos Antimetabólicos en plantasbacterias insectosFuente de N

Hipoglicina A y B

Posee efecto hipoglucemiante

Blighia sapida

Se cree que deriva de isoleucina

MimosinaHojas y semillas de Leucaena glauca, L. lecocephala

Biosíntesis: Lisina y o-acetilserina

Caída de Pelo

Inhibe sintesis de prolina -Causa inh de crecimiento y malformaciones fetales, se incorpora al colágeno en lugar de prolina

Leguminosas, Agaváceas y LiliáceasRemolacha azucarera (Quenopodiaceas)

Met-----homoserina--------ác. 2,4-diaminobutírico----------ác.4-amino-2-oxo-butirico------se cicliza

Ác. acetidina-2-carboxílico análogo prolina

Aminas vegetales

-Aminas Alifáticas -Monoaminas-Diaminas-Poliaminas

-Con heterociclos Histamina

-Aminas Aromáticas

-Con heterociclos Nitrogenados

-Sin heterociclos Nitrogenados

HistaminaTriptamina

Protoalcaloides(fenilalquilaminas)NoradrenalinaMescalinaEfedrina y derivados

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 L-alanina-aldehído aminotransferasa

Diaminas y Poliaminas

-Compuestos policatiónicos ------- pueden unirse a polianiones (ADN)

Diaminas Cadaverina ---------leguminosas

Putrescina

Poliaminas

Putrescina

Espermidina

Espermina

Presentes probablemente

en todas las plantas

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

ornitin descarboxilasa

Putrescina (sirve de base para biosintesis de otras aminas )

Lisina

lisina descarboxilasa

Cadaverina

= plantas, microorg y mamíferos

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

Histamina Histidina Histamina

Descarboxilasa Defensa: Pelos urticantes de Urtica dioica

Inyección de histamina

Dolor e inflamación de piel

Serotonina

Acetilcolina

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 espinacaPapaÁcónito

Mescalina

Neurotransmisor

Mescalina

Alucinógeno Interactúa con los receptores de los neurotransmisoresSerotonina, Noradrenalina y dopamina

En peyote Lophophora williamsii

Efedrina y derivados En EphedraActiva liberación de noradrenalina, dopamina y serotonina e inh su recaptación

Euforia

Broncodilatador, dilata pupilas, eleva Presión arterial

Muchas gracias