12) Lezione Azoto 2

NITRITO

3-

di (NO ).

NITRATO

L’azoto nelle cellule è immagazzinato sottoforma di composti organici, che sono importantissimi

per la pianta, e sono rappresentati

da:

1. BASI AZOTATE

2. AMMINOACIDI

, che è l’ormone più

3. AUXINA

importante per la crescita delle

piante, e contiene azoto.

, le droghe, dove nel

4. ALCALOIDI

metabolismo secondario, le piante

sintetizzano, a partire da alcuni

amminoacidi, come la fenilalanina,

attivano il metabolismo secondario,

e si ha la biosintesi di alcaloidi.

, ormoni che

5. CITOCHININE

presentano una struttura azotata.

, è una molecola presente nelle piante, costituita da un anello tetrapirrolico.

6. CLOROFILLA

Quindi possiamo capire quanto è importante per la pianta organicare azoto.

Questo è un campo da barbabietola, dove da un lato stanno benissimo, mentre dall’altro hanno

sintomi da carenza di azoto, che viene detta ,

CLOROSI

dove le foglie appaiono gialle.

Quando delle colture, hanno la caratteristica di foglie

gialle, significa che la pianta è in sofferenza, e che nel

terreno non c’è azoto, e quindi bisogna fertilizzare il

terreno, perchè le piante non riescono ad attuare

tutte le biosintesi importanti, che richiedono la

presenza di azoto.

Quindi di solito, quando abbiamo clorosi, abbiamo

carenza di azoto nel terreno, quindi le piante non

riescono ad utilizzarlo al meglio, perchè non è

presente.

L’atmosfera contiene una grande quantità di , non disponibile, direttamente,

AZOTO MOLECOLARE agli organismi viventi.

Abbiamo che è presente

tantissimo azoto molecolare,

che può essere trasformato in

, solo grazie ai

AMMONIACA

processi industriali, detto

, dove

FISSAZIONE DI HABER

l’azoto in presenza di idrogeno,

può essere trasformato in

.

AMMONIACA

Ma questa trasformazione

industriale richiede tantissima

energia, perchè richiede 250atm

(atmosfera), come pressione, e

richiede una temperatura di 450°C, quindi dobbiamo fornire tantissima energia al sistema, per

avere .

AZOTO MOLECOLARE → AMMONIACA

Questo è molto dispendioso, ed una pianta non ce la fà a dare tutta questa energia al sistema, e ce

la fà sono in presenza di , che sono azoto-fissatori, infatti attraverso la fissazione biologica

BATTERI

dell’azoto.

Perchè richiede tantissima energia?

N ha un triplo legame, ha due legami π ed un legame σ (sigma). Per cui bisogna fornire ad un

2

triplo legame tantissima energia, perchè è un legame estremamente stabile, cioè rompere un

triplo legame è impossibile, perchè ci vogliono 450°C e 250atm.

Le piante possono organicare , solo se sono in simbiosi con dei

AZOTO ATMOSFERICO microorganismi.

Quindi se le piante fanno simbiosi, riescono

ad utilizzare azoto molecolare, ed hanno

bisogno dei microorganismi per fare

fissazione biologica, altrimenti le piante

utilizzano l’azoto, soltanto sottoforma di

nitrato o di ammonio, che è presente nel

suolo grazie al ciclo dell’azoto.

A differenza del nitrato, alte concentrazioni di sono tossiche per le piante e per gli

AMMONIO animali.

Gli animali non mangiano mai piante

con un’alta concentrazione di

ammonio, perchè lo sentono.

Le piante possono avere, per

pochissimo tempo, alte concentrazioni

di ammonio, perchè dissipa il

gradiente protonico, in quanto per

+

avere NH c’è bisogno di ioni H , che

3

se vengono sequestrati al sistema,

aumentano il pH, e questo è deleterio

per le cellule.

Quindi non appena si forma ammoniaca, le piante devono neutralizzare velocemente questo

composto, perchè è tossico per le cellule vegetali, in quanto dissipa il gradiente protonico.

Come avviene l’assimilazione del nitrato? L’ avviene

ASSIMILAZIONE DEL NITRATO

attraverso la: , e

1. RIDUZIONE DEL NITRATO A NITRITO

questa reazione avviene nel citosol delle

cellule. , che

2. RIDUZIONE DEL NITRITO AD AMMONIO

avviene nei plastidi.

3. ORGANICAZIONE DELL’AMMONIO IN

, dove l’ammonio viene neutralizzato nelle piante, perchè ad un certo punto c’è

AMMINOACIDI

l’organicazione dell’ammonio in amminoacidi.

Abbiamo detto che l’azoto molecolare non può essere utilizzato dalle piante, e questo può essere

utilizzato solo se in simbiosi.

Le piante possono utilizzare nitrato e nitrito, che è presente nel terreno, grazie al ciclo dell’azoto.

Possiamo avere la riduzione del nitrato a nitrito, ed è una reazione che avviene a livello citosolico.

Poi abbiamo la riduzione del nitrito ad ammonio, e quest’ammonio è tossico per le piante, e deve

essere incorporato in composti che non danno tossicità alle cellule vegetali, e questo si fa grazie

all’organicazione dell’ammonio in amminoacidi.

Il è presente nel terreno, e viene trasportato all’interno delle cellule vegetali, e quindi nel

NITRATO citosol, solo grazie ad un .

TRASPORTO ATTIVO

Quindi le piante assimilano il nitrato, soltanto per

via radicale, perchè lo prendono dal terreno, e

quindi le foglie non prendono azoto.

Nelle radici, l’azoto entra a contatto con le cellule

vegetali, grazie ad un trasporto attivo.

Entra il nitrato, attraverso il trasporto attivo,

nelle .

RADICI

A questo punto, all’interno delle radici c’è un enzima, che ha localizzazione citosolica, detto

, che catalizza questa

NITRATO REDUTTASI

reazione:

3- + - 2- +

NO + NAD(P)H + H + 2e → NO + NAD(P) +

H O

2 3-

Quindi da (NO ) abbiamo la

NITRATO 2-

formazione di (NO ), ed avviene

NITRITO

soltanto a livello del citosol, in quanto la

nitrato reduttasi è presente solo a livello del

citosol delle piante.

La può essere presente sia a livello radicale, che nelle foglie, perchè il nitrato

NITRATO REDUTTASI

può essere trasportato anche a livello fogliare, entra nelle radici per trasporto attivo, può essere

trasformato in nitrito nelle radici, ma può essere anche trasportato a livello fogliare.

La è un , che è costituito da un gruppo MoCo (Molibdeno Cobalto), e

NITRATO REDUTTASI DIMERO da un gruppo FAD.

Queste due unità sono tenute insieme da un

gruppo EME, che è costituito dal ferro, che ha

vari stadi di ossidazione, ed è importante per

liberare energia al sistema.

.

REGOLAZIONE DELLA NITRATO REDUTTASI

La può essere regolata da tantissimi stimoli, come anche lo stress, o può

NITRATO REDUTTASI

essere regolata dalla luce.

Gli stimoli esterni possono attivare una , la quale in presenza di ATP,

NITRATO REDUTTASI CHINASI

attiva la fosforilazione della , quindi lega un gruppo fosfato tra il MoCo ed il

NITRATO REDUTTASI

gruppo EME.

Questa fosforilazione è estremamente importante, perchè viene percepita dalle 14-3-3,

PROTEINE

che ha la funzione di regolare la nitrato reduttasi.

Quando la proteina 14-3-3 vede questo gruppo fosfato, siccome questa proteina riconosce le

fosforilazioni, si lega al fosfato.

Questo legame tra la proteina 14-3-3 ed il fosfato, succede che questo si avvia verso la via di

degradazione dell’enzima, quindi va verso il proteosoma per la degradazione.

In alcune condizioni si blocca il legame delle proteine 14-3-3 con il fosfato, e quando non c’è

questo legame, le proteine 14-3-3 attivano, attraverso un mediatore AMP, una fosfatasi, detta

PP2A, che ha il compito di rimuovere il gruppo fosfato sull’enzima.

Quindi grazie alla fosfatasi, viene rimosso il gruppo fosfato sull’enzima, e si ha l’attivazione

dell’enzima , per attivare poi la reazione di riduzione del substrato.

NITRATO REDUTTASI

Ricapitolando.

Che cosa catalizza la nitrato reduttasi?

3- 2-

La reazione da nitrato a nitrito: NO a NO .

La nitrato reduttasi è un enzima che ha una forma di regolazione mediata da una fosforilazione sul

gruppo eme, che mette in comunicazione due dimeri: MoCo e FAD.

Si ha la fotosintesi, quindi la luce, che sono stimoli che possono essere di vario genere, e possono

influenzare la regolazione dell’enzima, quindi la presenza o meno di quest’enzima.

Perchè?

Perchè stimoli esterni, come la luce, possono attivare una chinasi, ed abbiamo detto che quando

c’è una chinasi, come substrato ci deve essere ATP.

Si attiva una chinasi, e più precisamente si attiva una NITRATO REDUTTASI CHINASI, in presenza di

ATP.

La presenza di ATP dona il gruppo fosfato, il quale va a fosforilare l’enzima, la proteina, a livello del

gruppo EME e MoCo, e questa fosforilazione attiva una proteina bersaglio, la PROTEINA 14-3-3,

che non appena vede la fosforilazione della nitrato reduttasi, ad opera della nitrato reduttasi

chinasi, si va a legare al fosfato della proteina.

Questo legame tra la proteina 14-3-3 ed il fosfato, fa capire al sistema che la proteina deve essere

degradata. Per cui quando si legano, si attiva la degradazione verso il proteosoma, e si attiva la

degradazione della proteina.

Ma spesso, grazie a degli stress, o a carenza di azoto, si attiva l’AMP, che è una molecola segnale,

che fa in modo che non ci sia il legame tra la proteina 14-3-3 ed il fosfato, quindi inibisce questo

legame.

La presenza contemporanea della proteina 14-3-3 ed AMP, attivano una fosfatasi, PP2A.

A questo punto, la fosfatasi una volta attivata va a defosforilare il gruppo fosfato sulla nitrato

reduttasi, eliminandolo.

Nella sua eliminazione, la proteina nitrato reduttasi torna ad essere attiva, perchè non c’è il

fosfato che la blocca, e questo fosfato è indice di degradazione, di inattivazione.

Dal nitrato abbiamo la formazione del NITRITO, e questa reazione è catalizzata dalla nitrato

reduttasi, che ha una forma di regolazione.

A questo punto il deve essere trasformato in ione .

NITRITO AMMONIO

La reazione viene catalizzata dalla NITRITO

, che ha localizzazione plastidiale.

REDUTTASI

La reazione è:

2- + - 4+

NO + 6Fd + 8H + 6e → NH + 6Fd + 2H O

red ox 2

Fd è la , red – ridotta,

FERREDOSSINA

ox – ossidata.

Questo che vi dice?

E’ la ferredossina che viene prodotta durante la fotosintesi.

Quindi la riduzione del nitrito ad ammonio è sotto azione della ferredossina ridotta, dove noi

l’abbiamo nella fotosintesi.

Ma se questa reazione avviene nelle radici, ci può mai essere le ferredossina nelle radici?

Si perchè abbiamo due tipi di enzimi.

Ab