FIJACIÓN BIOLÓGICA DE N2 TEMARIO UNIDAD VII: Fijación biológica de nitrógeno: proceso bioquímico. Enzima nitrogenasa. Grupos de organismos fijadores de nitrógeno. Simbiosis rizobio-leguminosa. Taxonomía de rizobios. Técnicas de aislamiento e identificación de organismos diazótrofos.

FIJACIÓN BIOLÓGICA DE N2 Transformación del N2 en NH4+, y su inmediata incorporación en compuestos orgánicos (aminoácidos). Microorganismos que la realizan: procarióticos. Reacción bioquímica: N2 + H+ + ATP NH4+ NH4+ + α-cetoglutarato + NADPH glutamato REQUERIMIENTO ENERGÉTICO: 12 - 24 ATP. Enzima responsable: Nitrogenasa.

ENZIMA NITROGENASA (Nasa) Unidad 1: molibdo-ferro proteína (4 subunidades peptídicas). Unidad 2: ferro-proteína (2 subunidades peptídicas). Condiciones ambientales: baja tensión de O2, déficit de NH4. Genes involucrados: nif. Enzima Nitrogenasa Unidad I Unidad II Transporte de e- ATP N2 NH3 Mo Fe

Mecanismo de acción de la Nitrogenasa Ferredoxina reducida (Poder reductor) Ferredoxina oxidada KP II KP II * KP II* e- Mg+2 ADP + Pi ATP-Mg ATP N KP I * Mo 2 NH4+ N2

Oxidación: (produce energía) Reducción: (consume energía) NITRÓGENO EN EL SUELO Oxidación: (produce energía) nitrificación -3 +5 NH4+ N2 NO3- Reducción: (consume energía) asimilación: plantas y microorganismos denitrificación FIJACIÓN

BACTERIAS FOTÓTROFAS FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA Y C: FLA con fotosíntesis anoxigénica (fuente de poder reductor SH2. FUNCIONAMIENTO DE NITROGENASA: Anaerobios.

Simbiosis Anabaena -Azolla CIANOBACTERIAS FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA Y C: FLA. FUNCIONAMIENTO DE NITROGENASA: HETEROCISTOS. HÁBITAT: - VIDA LIBRE. - SIMBIÓTICAS: con hongos, helechos, cycas. Simbiosis Anabaena -Azolla Heterocistos

Cianobacteria filamentosa Heterocisto

ACTINOMYCETES MORFOLOGÍA: Gram +, HIFAS, ESPORANGIOS. FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA Y C: QOH (respiración). FUNCIONAMIENTO DE NITROGENASA: VESÍCULAS. HÁBITAT: -SIMBIÓTICOS: con leñosas no leguminosas (gen Frankia).

ESTRUCTURA DE UN NÓDULO DE FRANKIA

EUBACTERIAS: MICROAEROBIAS MUTUALISMO: AZOSPIRILLUM: MORFOLOGIA: Gram -, bacilos curvos y móviles FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA Y C: QOH (respiración). FUNCIONAMIENTO DE LA NITROGENASA: - en microaerobiosis fija N2. - en aerobiosis consume N orgánico. HÁBITAT: AMBIENTES RIZOSFÉRICOS DE BAJA TENSIÓN DE O2

Colonización de la raíz de una planta de Sorgo por la Bacteria Promotora de Crecimiento en Plantas Azospirillum brasilense visualizada con un Microscopio Laser Confocal. Las bacterias se observan de color morado

BACTERIAS EN LA RIZÓSFERA Azospirillum

Efectos de la planta sobre los microorganismos EFECTO RIZOSFÉRICO Efectos de la planta sobre los microorganismos Sobre el ambiente: pH. % humedad. CO2/O2. Sobre la nutrición: restos de tejidos: descamación, muerte. exudados: compuestos simples. Efectos de los microorganismos sobre las plantas Sinergismos (PGPR) Fijación de N2. Producción de antibióticos. Producción de fitohormonas. Degradación de fitotoxinas. Acidificación: solubilización. Antagonismos Competencia por agua. Competencia por nutrientes. Producción de fitotoxinas.

EUBACTERIAS: ANAEROBIAS VIDA LIBRE: CLOSTRIDIUM: MORFOLOGIA: Gram +, móviles, esporulados FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA y C : QOH (fermentación butirica) FUNCIONAMIENTO DE LA NITROGENASA: anaerobiosis

EUBACTERIAS: AEROBIAS VIDA LIBRE AZOTOBACTER: MORFOLOGIA: Gram -, móviles, aeróbicas, con quistes de pared gruesa, heteromorfas. FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA Y C: QOH (respiración) FUNCIONAMIENTO DE LA NITROGENASA: - activación de la respiración (pulsos). - presencia de capas mucosa. - células grandes. - membranas intracelulares.

Azotobacter Referencias: Células vegetativas (heteromorfas) Quistes (cistos)

EUBACTERIAS: AEROBIAS SIMBIOTICAS: RHIZOBIOS: MORFOLOGÍA: Gram -, bacilos móviles, cápsulas mucosas, gránulos de reserva. FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA y C: QOH (respiración) FUNCIONAMIENTO DE LA NITROGENASA: Leghemoglobina. HÁBITAT: -LIBRES: fuente de C y N: compuestos orgánicos. -SIMBIÓTICOS: fuente de C: fotosintatos de la planta. fuente de N: fijacion de N2.

PROCESO DE FORMACIÓN DEL NÓDULO

FORMACIÓN DE NÓDULOS Reconocimiento e infección: genes nod. 2) Síntesis de la membrana envolvente: leghemoglobina: genes fix y de la planta. Composición de la leghemoglobina: hemoproteína (con Fe). 3) Formación del nódulo: genes de la planta.

Nódulo de soja partido por la mitad

Nódulos de soja con Rhizobios

ESTRUCTURA DE UN NÓDULO DE RIZOBIO Mitocondrias Bacteroides Haces vasculares Membrana envolvente Meristema de la raíz

REFERENCIAS: A – B y C: NÓDULOS D – E y F: BACTEROIDES

FUNCIONAMIENTO DEL NÓDULO

TAXONOMÍA DE RIZOBIOS Fam: Phyllobacteriaceae: Fam: Rhizobiaceae: Mesorhizobium: M. ciceri (garbanzo) M. chacoense (algarrobo) - Allorhizobium: A. undicola (Neptunia sp) Fam: Hyphomicrobiaceae: Azorhizobium A. caulinodans (Sesbania sp) Fam: Rhizobiaceae: - Rhizobium: R. leguminosarum (poroto, vicia, arveja). - Sinorhizobium: S. meliloti (melilotus) S. medicae (alfalfa) Fam: Bradyrhizobiaceae: - Bradyrhizobium: B. japonicum (soja)