Transcript nodulinas tempranas
Nitrogen fixation
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
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
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
GENES DE NODULINAS TEMPRANAS INVOLUCRADOSEN LA INFECCIÓN DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA Y FORMACIÓN DEL PRIMORDIO DEL NÓDULO
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 NH 4 + inhibe la expresión de genes
nif
)
¿Porque la nitrogenasa requiere de ATP?
• La barrera de activación para el rompimiento del triple enlace de la molécula de N 2 enorme, necesitandose de 16 ATP
To break the triple bond, energy input in necessary
NITROGENASA
Síntesis de nitrogenasa Genes nif Genes nif estructurales y reguladores nif D y nif K nif H MoFe-proteína Fe-proteína nif F Ferredoxina Otros genes nif involucrados en la inserción del cofactor FeMo y la activación y procesamiento del complejo enzimático
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 (Fe 4 S 4 ) Heterotetramero de 220 kDa
Llamado MoFe-proteína • Cada molécula de enzima contiene cofactores Fe-Mo-S (clusters
Fe 4 S 4
)
Nitrogenasa
MoFe-proteína -
Fe-proteína
N 2 + 8H + + 16MgATP + 8e 2NH 3 + H 2 + 16MgADP + 16Pi Rendimiento Neto: N 2 + 6H + + 6e 2NH 3
Nitrogenasa
MoFe-proteína -
Fe-proteína
N 2 + 8H + + 16MgATP + 8e 2NH 3 + H 2 + 16MgADP + 16Pi Rendimiento Neto: N 2 + 6H + + 6e 2NH 3
The nitrogenase reaction
Accumulation of electrons
Nitrogenasa reductasa Complejo entre nitrogenasa reductasa y nitrogenasa
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 NH 4 + inhibe la expresión de genes
nif
)
La nitrogenasa es muy sensible al O 2 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 O 2
O2 Problem and Diversity
• Aerobes: uses O2 • Cyanobacteria: O2-resistant heterocysts • Methanogens: extremely anoxic environments • Symbionts: co-produce O2-binding "leghemoglobin”
Hay especies de Bacterias de vida libre han retenido un estilo de vida anaeróbicas y fijan N 2 en estas condiciones por lo que la producción de ATP y reductores es marcadamente menos eficiente
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 O 2 en la región del bacteroide •
El componente heme de la leghemoglobina es suministrado por el bacteroide
GENES DE NODULINAS TARDÍAS INICIO DE FIJACIÓN DE NITRÓGENO Y MANTENIMIENTO Y FUNCIONAMIENTO DEL NÓDULO.
LEGHEMOGLOBINA EJEMPLO DE NODULINA TARDÍA
. Controles regulatorios ADP inhibe la reacción NH 4 + inhibe la expresión de genes
nif
)
•
Nitrato reductasa
•
Los electrones son transferidos desde el NADH al nitrato
•
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
Enzimas que contienen Mo
Dos clases de molibdoenzimas Enzimas dependientes de Molibdopterina Nitrato reductasa Nitrogenasa
Molibdopterina
•
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
Nitrogen fixation
•En las plantas superiores, la nitrito reductasa se ubica en cloroplastos y la nitrato reductasa en citosol
• La Nitrogenasa es lenta •Solo 12 e
-
pares por segundo i.e., tres moleculas de N
2
por segundo
Ademas de
Rhizobium No-leguminosas –fijadoras de nitrógeno
•
Azolla
•
Anabaena
•
Alnus
•
Frankia
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
The glutamate dehydrogenase reaction
The glutamine synthetase reaction
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
The glutamate dehydrogenase/glutamine synthase pathway Two N fixing steps - one inefficient One each
The glutamate synthase reaction
The glutamine synthase/GOGAT pathway One N fixing step - inefficient but expensive One NADPH Two ATP