La asimilación de nitrógeno, La asimilación de nitrógeno en las plantas





La asimilación de nitrógeno es la formación de compuestos orgánicos de nitrógeno como los aminoácidos a partir de compuestos inorgánicos de nitrógeno presentes en el medio ambiente. Los organismos como plantas, hongos y ciertas bacterias que no pueden fijar gas nitrógeno dependen de la capacidad de asimilar nitrato o amoniaco para sus necesidades. Otros organismos, como los animales, dependen únicamente de nitrógeno orgánico de sus alimentos.

La asimilación de nitrógeno en las plantas

Las plantas absorben el nitrógeno del suelo en forma de nitrato y amoniaco. En suelos aeróbicos donde puede ocurrir la nitrificación, nitrato es por lo general la forma predominante de nitrógeno disponible que se absorbe. Sin embargo, esto no siempre tiene que ser el caso de las praderas y en los suelos inundados, anaeróbicos como los arrozales, donde el amoníaco puede predominar. Propias raíces de las plantas pueden afectar a la abundancia de diferentes formas de nitrógeno cambiando el pH, compuestos orgánicos o secretoras de oxígeno. Esto influye en las actividades microbianas, como la interconversión de diferentes especies de nitrógeno, fijación de nitrógeno por no nódulo formando bacterias y la liberación de amoniaco a partir de la materia orgánica en el suelo.

Los iones de amonio son absorbidos por la planta a través de transportadores de amoníaco. El nitrato es absorbido por varios transportadores de nitrato que utilizan un gradiente de protones para alimentar el transporte. Dentro de la raíz una pequeña fracción del nitrato se reduce a amoníaco mientras que el resto generalmente se transporta a través del xilema de los brotes. Sin embargo, en algunas plantas, la raíz puede ser el sitio principal de la reducción del nitrato. El amoníaco que se absorbe o formado a partir de la reducción de nitrato se incorpora en los aminoácidos a través de la vía de la sintasa de glutamina sintetasa-glutamato. Mientras que casi todo el amoniaco se incorpora generalmente en aminoácidos en la propia raíz, las plantas pueden transportar cantidades significativas de iones de amonio en el xilema a ser fijado en los brotes. Esto puede ayudar a evitar el transporte de compuestos orgánicos en las raíces sólo para llevar el nitrógeno de nuevo como aminoácidos.

La reducción de nitrato se lleva a cabo en dos pasos. El nitrato se reduce primero a nitrito en el citosol por la nitrato reductasa utilizando NADH o NADPH. El nitrito se reduce entonces a amoniaco en los cloroplastos por un nitrito reductasa dependiente de ferredoxina. En los tejidos fotosintéticos, que utiliza una isoforma de ferredoxina que se reduce por PSI mientras que en la raíz que utiliza una forma de ferredoxina que tiene un potencial punto medio menos negetive y puede ser fácilmente reducida por NADPH. En los tejidos no fotosintéticos, NADPH se genera por la glucólisis y de la vía de las pentosas fosfato.

En los cloroplastos, la glutamina sintetasa incorpora este amoníaco como el grupo amida de la glutamina usando glutamato como sustrato. El glutamato sintasa transferir el grupo amida en una molécula de 2-oxoglutarato producir dos glutamatos. Otras transaminaciones se realizan hacen otros aminoácidos de la glutamina. Mientras que la enzima glutamato deshidrogenasa no juega un papel directo en la asimilación, que protege las funciones mitocondriales durante los períodos de metabolismo de nitrógeno y participa en la nueva movilización de nitrógeno.

pH y el equilibrio iónico durante la asimilación de nitrógeno

Cada ion nitrato reducido a amoniaco produce un ión OH-. Para mantener un equilibrio del pH, la planta debe excretar o bien en el medio circundante o neutralizar con ácidos orgánicos. Esto se traduce en el medio alrededor de las raíces de las plantas se conviertan en alcalina cuando toman hasta nitrato.

Para mantener el equilibrio iónico, cada NO3-tenido en la raíz debe estar acompañado por cualquiera de la absorción de un catión o la excreción de un anión. Las plantas como tomates ocupan iones metálicos como K , Na , Ca2 y Mg2 para que coincida exactamente cada nitrato tomado y almacenarlos en forma de sales de ácidos orgánicos como el malato y oxalato. Otras plantas como el equilibrio de soja mayor parte de su ingesta de NO3-con la excreción de OH-o HCO3-.

Las plantas que reducen los nitratos en los brotes y excretan alcalino de sus raíces necesitan para transportar el álcali en una forma inerte de las raíces a los brotes. Para lograr esto se sintetizan ácido málico en las hojas a partir de precursores neutros como los hidratos de carbono. Los iones de potasio traídos a las hojas a lo largo con el nitrato en el xilema son enviados junto con el malato a las raíces a través del floema. En las raíces, malato es utilizado por las raíces. Cuando malato se convierte de nuevo en ácido málico antes de su uso, un OH-es liberado y se excreta. Los iones de potasio a continuación, se recirculan hasta el xilema con nitrato fresco. Por lo tanto las plantas evitan tener que absorber y almacenar el exceso de sales y también transportan el OH-.

Las plantas como ricino reducir una gran cantidad de nitrato en la propia raíz y excretan la base resultante de las raíces. Algunos de la base excretada de las raíces proviene de los brotes como las sales de ácidos orgánicos, mientras que una pequeña cantidad de carboxilatos producidos para equilibrar el nitrato se reduce sólo almacena en el rodaje.