Nitrogen fixation Como se forman los nódulos  Flavonoides se liberan de las raíces Se establece comunicación con bacterias 

Presentación del tema: "Nitrogen fixation Como se forman los nódulos  Flavonoides se liberan de las raíces Se establece comunicación con bacterias "— Transcripción de la presentación:

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13 Como se forman los nódulos 
Flavonoides se liberan de las raíces Se establece comunicación con bacterias  Activación de expresión de genes nod  Los factores nod se liberan de la bacteria e interaccionan con la raíz 

14 GENES DEL PROCESO SIMBIÓTICO
GENES NOD DE RHIZOBIUM LOCALIZADOS DENTRO DE UN ADN CIRCULAR (PLÁSMIDO) CONOCIDO COMO SYM (PARA SIMBIOSIS) nodD = su expresión es diferencialmente afectada por los exudados de la raíz lo cual activa a: nodA, nodB y nodC = genes de nodulación comunes a todos los Rhizobium y a: nodE, nodF, nodG, nodH = genes hospedero-específico

15 Como se forman los nódulos 
Flavonoides se liberan de las raíces Se establece comunicación con bacterias  Activación de expresión de genes nod  Los factores nod se liberan de la bacteria e interaccionan con la raíz  Activación de expresión de genes de nodulina Infección de la raíz  Formación del bacterioide/crecimiento del nódulo

16 NODULINAS TEMPRANAS

17 GENES DE NODULINAS TEMPRANAS
INVOLUCRADOSEN LA INFECCIÓN DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA Y FORMACIÓN DEL PRIMORDIO DEL NÓDULO

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19 Condiciones para la fijación de N
Requiere nitrogenasa, Un reductor (ferredoxina reducida), ATP, Condiciones libres de oxígeno Controles regulatorios (ADP inhibe la reacción y el NH4+ inhibe la expresión de genes nif)

20 ¿Porque la nitrogenasa requiere de ATP?
La barrera de activación para el rompimiento del triple enlace de la molécula de N2 enorme, necesitandose de 16 ATP

21 To break the triple bond, energy input in necessary

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23 NITROGENASA Genes nif estructurales y reguladores nif D y nif K
Síntesis de nitrogenasa  Genes nif Genes nif estructurales y reguladores nif D y nif K MoFe-proteína nif H Fe-proteína nif F Ferredoxina Otros genes nif involucrados en la inserción del cofactor FeMo y la activación y procesamiento del complejo enzimático

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25 Nitrogenasa Dos proteínas de diferente tamaño.
Un dímero (24-36 kD) llamada Fe-proteína por contener un cluster de 4 iones Fe unidos a 4 azufres (Fe4S4) Heterotetramero de 220 kDa Llamado MoFe-proteína Cada molécula de enzima contiene cofactores Fe-Mo-S (clusters Fe4S4)

26 Nitrogenasa MoFe-proteína - Fe-proteína
N2 + 8H+ + 16MgATP + 8e-  2NH3 + H2 + 16MgADP + 16Pi Rendimiento Neto: N2 + 6H+ + 6e-  2NH3

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29 Nitrogenasa MoFe-proteína - Fe-proteína
N2 + 8H+ + 16MgATP + 8e-  2NH3 + H2 + 16MgADP + 16Pi Rendimiento Neto: N2 + 6H+ + 6e-  2NH3

30 The nitrogenase reaction
Accumulation of electrons

31 Complejo entre nitrogenasa reductasa y nitrogenasa

32 Condiciones para la fijación de N
Requiere nitrogenasa, Un reductor (ferredoxina reducida), ATP, Condiciones libres de oxígeno Controles regulatorios (ADP inhibe la reacción y el NH4+ inhibe la expresión de genes nif)

33 La nitrogenasa es muy sensible al O2
La Fe-proteína como la MoFe-Proteína son rápidamente inactivadas por el oxígeno reduciendo su vida media de la Fe-proteína de 30 – 45 segundos y la MoFe-Proteína de 10 minutos Sin embargo el elevado requerimiento de ATP que son producidas vía respiración celular la cual solo opera eficientemente si el Oxígeno esta presente Ello plantea un conflicto por la sensibilidad de la nitrogenasa al O2

34 O2 Problem and Diversity
Aerobes: uses O2 Cyanobacteria: O2-resistant heterocysts Methanogens: extremely anoxic environments Symbionts: co-produce O2-binding "leghemoglobin”

35 Hay especies de Bacterias de vida libre han retenido un estilo de vida anaeróbicas y fijan N2 en estas condiciones por lo que la producción de ATP y reductores es marcadamente menos eficiente

36 Las cianobacterias presentan estructuras denominadas heterocistos donde aislan el aparato metabólico de fijación de Nitrógeno y por medio de paredes celulares multicapas restringen la difusión de oxígeno y compartamentalizan la generación de ATP al interior del heterocisto. En los nódulos de leguminosas el aporte de oxígeno es regulado en gran medida por una proteína que enlaza el oxígeno (Leghemoglobina) sintetizada por la planta hospedera. La leghemoglobina controla la liberación de O2 en la región del bacteroide El componente heme de la leghemoglobina es suministrado por el bacteroide

37 GENES DE NODULINAS TARDÍAS
INICIO DE FIJACIÓN DE NITRÓGENO Y MANTENIMIENTO Y FUNCIONAMIENTO DEL NÓDULO. LEGHEMOGLOBINA EJEMPLO DE NODULINA TARDÍA

38 NH4+ inhibe la expresión de genes nif)
. Controles regulatorios ADP inhibe la reacción NH4+ inhibe la expresión de genes nif)

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40 Nitrato reductasa Los electrones son transferidos desde el NADH al nitrato

41 Nitrato reductasa Los electrones son transferidos desde el NADH al nitrato Los complejos Mo-proteína se requieren tanto para la actividad reductasa como para el ensamblaje de las unidades de la enzima (nitrato reductasa) al dímero activo

42 Enzimas que contienen Mo
Dos clases de molibdoenzimas Enzimas dependientes de Molibdopterina Nitrato reductasa Nitrogenasa Molibdopterina

43 Nitrito Reductasa La luz regula la reducción de ferredexina y flujo electrónico hacia 4Fe-4S y siroheme y de ahí hacía el nitrito El nitrito es reducido a amonio

44 Nitrogen fixation

45 En las plantas superiores, la nitrito reductasa se ubica en cloroplastos y la nitrato reductasa en citosol

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47 La Nitrogenasa es lenta
Solo 12 e- pares por segundo i.e., tres moleculas de N2 por segundo

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49 Ademas de Rhizobium No-leguminosas –fijadoras de nitrógeno Azolla Anabaena Alnus Frankia

50 Two major reactions in all cells
The Fate of Ammonium Two major reactions in all cells Glutamate dehydrogenase reductive amination of alpha-ketoglutarate to form glutamate Glutamine synthetase ATP-dependent amidation of gamma-carboxyl of glutamate to glutamine

51 The glutamate dehydrogenase reaction

52 The glutamine synthetase reaction

53 Ammonium Assimilation
Two principal pathways Principal route: GDH/GS in organisms rich in N both steps assimilate N Secondary route: GS/GOGAT in organisms confronting N limitation GOGAT is glutamate synthase or glutamate:oxo-glutarate amino transferase

54 The glutamate dehydrogenase/glutamine synthase pathway
Two N fixing steps - one inefficient One each

55 The glutamate synthase reaction

56 The glutamine synthase/GOGAT pathway
One N fixing step - inefficient but expensive One NADPH Two ATP