Metabolismo del N

El ciclo del N en la biosfera

Fijación del N

NN 945 kJ/mol

C O 351 kJ/mol

Fijación del N

N2 + 3 H2 2 NH3

N2 + 6 e- + 6 H+ 2 NH3

N2 + 8 e- + 8 H+ 2 NH3 + H2

Heterocisto en una cianobacteria

Nódulos en una gramínea

Anabaena, Spirulina

Rhizobium

Km = 0.01 µM

Anabaena azollae

Azolla

Nitrogenasa

Ferroproteína: dímero, posee [4Fe-2S]

Molibdoferroproteína: 2ß2, Grupo P: [4Fe-3S], cofactor-FeMo [Mo-3Fe-3S]

Fdred

Fdox

2 Mg2+

2 ATP

2 Mg2+

2 ADP

Fered

Fered

Feox

MoFeox

MoFeox

MoFered

N2, 8 H+

2 NH3, H2

El factor FeMo

homocitrato

X = N u O

N N H N N H N N 2 NH3

2 H + 2 e 2 H + 2 e 2 H + 2 e

H

H

H

H

diimina hidrazina

H2O H2 + ½ O2

HN=NH + H2 N2 + 2 H2

Reducción del agua

Reducción del N

N2 + 8 e- + 8 H+ + 16 ATP + 16 H20 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi + 8 H+

nitrato reductasaNO3

- + NAD(P)H + H+ NO2-

nitrito reductasa NO2

- + Fd NH3

Incorporación de los óxidos de N

nitrato reductasaNO3

- + NAD(P)H + H+ NO2-

nitrito reductasa NO2

- + Fd NH3

Incorporación del NH4+ a los aminoácidos

Gln sintetasaNH3

+ Glu + ATP Gln + ADP + Pi + H+

Glu sintasaKG + Gln + NADPH + H+ 2 Glu + NADP+

________________________________________________KG + NH3 + ATP + NADPH Glu + NADP+ + ADP + Pi

Glu DH mamíferos

NH3 + KG + NAD(P)H + H+ Glu + NAD(P)+ + H2O

plantas y bacterias (alto N, poca energía)

Asimilación de N en plantas y bacterias:

ciclo GS/GOGAT

Citosol

Aminoácidos Esenciales vs. no Esenciales

No Esenciales Esenciales

Alanina Arginina*

Asparragina Histidina

Aspartato Isoleucina

Cisteina Leucina

Glutamato Lisina

Glutamina Metionina*

Glicina Fenilalanina*

Prolina Treonina

Serina Triptófano

Tirosina Valina

• Arg: baja velocidad de síntesis• Met: necesaria para la síntesis de Cys• Phe: necesaria para producir Tyr

Glu: precursor de Gln, Pro y Arg

GSGlu + NH4

+ + ATP Gln + ADP + Pi + H+

Usos de la GlnTrpHisCarbPGlcamina6PCTPAMP

Gln

ATP + Glu glutamil-P + ADP

glutamil-P + NH4+ Gln + Pi

Inhibición acumulativa por retroalimentación

de la Gln sintetasa

Metabolito % Activ. Residual

Trp 84

CTP 86

CarbP 87

AMP 59

Trp + CTP + CarbP + AMP 37

Inhibición de la GS por modif

covalente

Los intermediarios del ciclo de Krebs, COPP y

glucólisis son los precursores de

aminoácidosRib5P His

AlaPir Val

Leu

GlnKG Glu Pro

Arg

3PGA SerCisGly

AsnOAA Asp Met

Thr IleLis

Phe TyrTrp

PEP + Ert4P

Esenciales: His, Ile, Leu, Lis, Met, Phe, Thr, Trp, Val

Síntesis de Ala, Asp, Asn y Tyr

GPTPir + Glu Ala + KG

GOTOAA + Glu Asp + KG

ASAsp + NH4

+ + ATP Asn + AMP + PPi + H+ (bacterias) AS

Asp + Gln + ATP Asn + Glu + AMP + PPi + H+ (mamíferos)hidroxilasa

Phe + O2 +NADPH + H+ Tyr + NADP+ + H2O

Síntesis de Asn: importancia terapéutica

asparaginasaAsn Asp + NH4

+

Asparaginasa: se presenta como dímero, tetrámero y octámero inactivo.

¿Es una morfeeína?

Selwood and Jaffe, ABB 519 (2012) 131-143 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003986111003948

Morfeeínas:proteínas con capacidad

para formar diferentes estr. cuaternarias con diferentes funciones

Síntesis de glutatión

Glutamato

-glutamilcisteína

Cisteína

Glicina

H

OH

CCO CH OCH

2

CH2

NH2

NH

C

CH

O

SHCH2

C ON CH2

OH

Glutatión oxidado

E .Se -

E .Se-S -G E .SeO H

R O O H

R O HG S H

H O2

G S SG + H +

G S H

selenosulfuro Ac. selenénico

selenolato

Selenoenzimas: glutatión peroxidasa

arginina citrulina

Oxido nítrico

Síntesis de NO

Sildenafil

La NOS está relacionada con el citocromo P450

Síntesis de porfirinas

succinilCoA glicina

ácido -aminolevulinico sintasa (ALAS)

ácido -aminolevulinico

PLP

Hemo (-)

ácido -aminolevulinico porfobilinógeno

dehidratasa

Porfobilinógeno tetrapirrol lineal uroporfirinógeno III coproporfirinógeno III

Protoporfirina IX Hemo

El boom sojero en la Argentina y su relación con

el metabolismo del N

Producción mundial de soja 2012/2013

PAIS Millones de ton

Brasil 81

EEUU 80.5

Argentina 51.3 (26 x 109 US$)

China 12.6

India 11.5

Canadá 8.1

Paraguay 4.3

Otros países 14.23

Introducción desoja transgénica

=5 x 106 ton/década =30 x 106 ton/década

Antes de 1997

Desde 1997

Trp Tyr Phe

Síntesis de AAs aromáticos en el cloroplasto de plantas: vía del corismato

Ión oxonio del PEP glifosato

Glifosato: N fosfono metil glicina

Acción herbicida del glifosato

 5-enolpiruvil-shiquimato-3-fosfato sintetasa

Degradación de aminoácidos.El Glu es el aceptor final del

grupo amino que proviene de la deaminación de aminoácidos

COOH

Transaminasa

Reacción de la Glu deshidrogenasa:

Glu + NAD(P) + H2O NH4+ + KG + NAD(P)H + H+

La GluDH es una enzima clave en la relación entre el metabolismo

del C y el del N

La GluDH cuando hay un exceso de amonio remueve un intermediario clave del ciclo de

Krebs: cesa la producción de ATP!

http://themedicalbiochemistrypage.org

cetoglutarato Glu

Regulación

Activadores: GDP, ADPInhibidores: GTP, ATP

Ecuación balanceada

-aminoácido + NAD(P)+ + H2O -cetoácido + NH4+ + NAD(P)H + H+

a < carga de energía > degradación de aminoácidos

Transaminasas: enzimas transferidoras de grupos amino que contienen piridoxal

fosfato (PLP)

Ciclo de la urea: el destino final del amonio

CPS1

OTCasa

ornitina citrulina

Carbamil fosfato

aspartatoargininosuccinato

PPi Argininosuccinato sintetasa

Argininosuccinato liasa

Argininosuccinato fumarato arginina

arginina ornitina

arginasa

Ciclo de la urea: ecuación

balanceada

Ciclo de la urea: regulación

CO2 + NH4+ + 3 ATP + Asp + 2 H2O

urea + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi + fumarato

glutamato Acetil-Coa N-acetil glutamato

N-acetil glutamatosintasa

Arg (+)

X

X

X

Arg + BenzoatoArg: activaNAcGluS

PheAc + Benzoato

Las cadenas hidrocarbonadas de los aminoácidos se integran al ciclo de Krebs

Excreción del amonio en animales

Animales terrestres (excepto aves): urea

Peces: amonio Gln amonio

Aves, reptiles: ác. úrico

NH4+

Hemo + O2 + NADPH Fe3+ + H2O + NADP+ + biliverdina

Degradación del grupo hemo

biliverdina bilirubina

Bilirubina + UDP-glucuronato glucuronato de Br

Fueron los frijoles los que aceleraron el pulsoPor Umberto EcoEl mejor invento: Umberto Eco muestra cómo después del año 1000 el cultivo de frijoles, guisantes y lentejas tuvo un profundo efecto en la civilización europeaHace mil años que estábamos de lleno en la Edad Media. Por supuesto, la "Edad Media" es una convención académica. Por ejemplo, en algunos países - entre ellos Italia - el término "Edad Media" se emplea incluso cuando el escritor se refiere a la época de Dante y Petrarca, en otros países, los expertos ya hablan de estos años como el Renacimiento. Para hacer las cosas un poco más claras, digamos que hay por lo menos dos "Edad Medias": uno que dura desde la caída del Imperio Romano (siglo V dC) hasta el año 999, y el otro, a partir del año 1000 y continuó por lo menos hasta el siglo 15.Ahora la Edad Media, antes del año 1000, merecidamente se puede llamar la Edad Media, un término usado por descuido de cubrir todos los siglos, entre el 5 y el 14. Digo "merecidamente", no porque esas edades estaban llenas de quemas en la hoguera, porque había llamas y piras también en los siglos altamente civiles 17 y 18, o porque las creencias supersticiosas estaban generalizadas, por lo que se refiere a las supersticiones - aunque por diferentes razones - nuestra Nueva Era es insuperable.No, con razón se puede llamar la Edad Media debido a que las invasiones de los bárbaros que tuvieron lugar durante esos tiempos acosaron a Europa durante siglos y destruyeron gradualmente la civilización romana. Las ciudades fueron abandonadas, en ruinas; las grandes carreteras, descuidadas, desaparecieron bajo una maraña de malas hierbas, y las técnicas fundamentales fueron olvidadas, incluyendo los procesos de la minaría. La tierra ya no se cultiva y, por lo menos hasta la reforma feudal de Carlomagno zonas agrícolas enteras volvieron a ser bosque.En este sentido, la Edad Media, antes del año 1000 fueron un período de indigencia, de hambre, de inseguridad. En su espléndida La civilización de l Occidente medieval, rico en observaciones de la vida cotidiana en la Edad Media, Jacques Le Goff ilustró cómo estaba de empobrecida esta época a través de los cuentos populares de la época. En una de esas historias, un santo aparece mágicamente para recuperar una hoz que un campesino había dejado caer accidentalmente en un pozo. En una época cuando el hierro se había convertido en poco frecuente, la pérdida de una hoz habría sido una cosa terrible, porque era imposible para los campesinos continuar la cosecha: la hoja de la hoz era irremplazable.A medida que la población se hizo más pequeña y menos fuertea físicamente, la gente estaba acribillada por enfermedades endémicas (tuberculosis, lepra, úlceras, eczema, tumores) y por las epidemias terribles como la peste. Siempre es arriesgado aventurar cálculos demográficos de los últimos milenios, pero según algunos estudiosos, Europa en el siglo VII se había reducido a aproximadamente 14 millones de habitantes, mientras que otros plantean 17 millones para el siglo octavo. La subpoblación combinada con tierra subcultivada dejó casi todo el mundo desnutrido.Mientras el segundo milenio se acercaba, sin embargo, las cifras cambian - la población creció. Algunos expertos calculan un total de 22 millones de europeos en 950, mientras que otros hablan de 42 millones en 1000. En el siglo 14, la población de Europa se cernía entre 60 millones y 70 millones. Aunque las cifras varían, en un punto hay un acuerdo: en los cinco siglos después del año 1000, la población de Europa se duplicó, tal vez incluso triplicó.

Umberto Eco repasa el papel de la buena nutrición proteica en el desarrollo de la civilización europea

Las razones para el auge de Europa son difíciles de identificar. Entre los siglos 11 y 13 se produjeron transformaciones radicales en la vida política, en el arte, en la economía y, como veremos, en la tecnología. Esta nueva oleada de energía física y de las ideas era evidente para los que viven en el momento. El monje Radulphus Glaber, nacido en los últimos años del primer milenio, comenzó a escribir su famosa Historiarum (conocido en Inglés como "Cinco Libros de las historias") cerca de 30 años más tarde. El monje no tenía una visión particularmente feliz de la vida, y habla de una hambruna en 1033, describiendo casos atroces de canibalismo entre los campesinos más pobres. Pero de alguna manera sentía que, con el año 1000, un nuevo espíritu se movía en el mundo, y las cosas - que hasta entonces habían ido muy mal - estaban tomando un giro positivo.Así estalló su prosa en un pasaje casi lírico, que sigue en pie en los anales de la Edad Media. En ella, él le dijo cómo, al final del milenio, la tierra pronto floreció, como un prado en primavera: "Ya era el tercer año después de 1000, cuando en todo el mundo, pero especialmente en Italia y en las regiones de Galia, hubo una renovación de las iglesias basilicas ... cada nación cristiana se esforzó por lograr la más hermosa. Parecía que la tierra misma, revolviéndose a sí misma y sacudiendo la vejez, estaba recién revestido con un manto blanco de iglesias. " Ahora, el florecimiento del arte románico (porque eso es de lo que Radulphus estaba hablando) no comenzó repentinamente en 1003; Radulphus estaba escribiendo más como poeta que como un historiador. Pero estaba hablando de una rivalidad de poder y prestigio entre varias ciudades-estados, estaba hablando de nuevas técnicas arquitectónicas y de un resurgimiento económico, porque no se puede construir este tipo de iglesias sin riquezas detrás, él estaba hablando de iglesias concebidas en dimensiones más grandes que sus predecesoras - iglesias capaces de dar cabida a una población en crecimiento.Naturalmente, se puede decir que, con las reformas de Carlomagno, con la construcción del imperio germánico, con la renovación de las ciudades y el nacimiento de las comunas, la situación económica también había mejorado. Pero ¿no sería también posible decir lo contrario, a saber, que la situación política ha evolucionado, las ciudades florecieron de nuevo, porque la vida diaria y las condiciones de trabajo han mejorado en algo? En los siglos anteriores a 1000, se adoptó lentamente un nuevo sistema trienal de la rotación de cultivos, permitiendo que la tierra sea más fructífera.Pero el cultivo requiere de herramientas y animales de trabajo, y en este aspecto hubo avances también. Justo antes del año 1000, los caballos comenzaron a ser equipados con herraduras de hierro (hasta entonces, los cascos fueron atados con un paño) y con estribos. Este último, por supuesto, eran más para el beneficio de los caballeros de los campesinos. Para los campesinos, fue la invención de un nuevo tipo de collar para los caballos, los bueyes y otros animales de carga que resultó revolucionario. Los antiguos collares ponen toda la tensión los músculos del cuello del animal, lo que compromete su tráquea.El nuevo collar involucraba los músculos del pecho, aumentando la eficiencia de los animales por lo menos en dos terceras partes, y permitió, para ciertas tareas, usar caballos para reemplazar los bueyes (los bueyes eran más adecuados al viejo tipo de collares, pero también trabajan a un ritmo más lento que los caballos). Por otra parte, mientras que anteriormente los caballos se unían bajo un yugo en una línea horizontal, ahora podrían ser uncidos en fila, aumentando significativamente su capacidad de tracción.

Alrededor de este tiempo, los métodos de labranza cambian. Ahora el arado tenía dos ruedas y dos hojas, una para el corte de la tierra y la otra - la reja del arado - para darle la vuelta. A pesar de esta "máquina" ya era conocida por los nórdicos ya en el siglo II antes de Cristo, no fue hasta el siglo 12 que se extendió por toda Europa.Pero lo que realmente quiero hablar es de frijoles, y no sólo frijoles, sino también guisantes y lentejas. Todos estos frutos de la tierra son ricos en proteínas vegetales, como cualquier persona que sigue una dieta baja en carne sabe, porque el nutricionista estará seguro de insistir en que un buen plato de lentejas o arvejas tiene el valor nutricional de un grueso y jugoso bife. Pero los pobres, en aquellos remotos Edad Media, no comían carne, a menos que se las arreglaran para criar unos cuantos pollos o que participaran en caza furtiva (los animales de caza del bosque eran propiedad de los señores). Y como he dicho antes, este pobre dieta engendró a una población que estaba malnutrida, delgada, enfermiza, pequeña e incapaz de atender los campos.Así que cuando, en el siglo 10, el cultivo de legumbres comenzó a extenderse, tuvo un profundo efecto en Europa. Los trabajadores pudieron comer más proteínas, y como resultado, se convirtieron en más robustos, vivieron más tiempo, crearon más niños y repoblaron un continente. Creemos que las invenciones y los descubrimientos que han cambiado nuestras vidas dependen de máquinas complejas. Pero el hecho es que todavía estamos aquí - me refiero a nosotros, los europeos, pero también los descendientes de los Padres Peregrinos* y los conquistadores españoles - a causa de los frijoles. Sin frijoles, la población europea no se habría duplicado en pocos siglos, hoy no nos contaríamos por cientos de millones y algunos de nosotros, incluyendo incluso los lectores de este artículo, no existiría. Algunos filósofos dicen que esto sería mejor, pero no estoy seguro de todo el mundo está de acuerdo.Y ¿qué pasa con los no europeos? Estoy familiarizado con la historia de los granos de otros continentes, pero sin duda aún sin granos europeos, la historia de los continentes habría sido diferente, al igual que la historia comercial de Europa habría sido diferente sin la seda china y especias de la India.Por encima de todo, me parece que esta historia de los granos es de cierta importancia para nosotros hoy. En primer lugar, nos dice que los problemas ecológicos deben ser tomados en serio. En segundo lugar, todos conocemos desde hace mucho tiempo que si Occidente comiera el arroz integral, sin pulir, con cáscaras y todo (delicioso, por cierto), consumiríamos menos alimentos y mejor comida. Pero, ¿quién piensa en esas cosas? Todo el mundo va a decir que el mayor invento del milenio es la televisión o el microchip. Pero sería bueno que hubiéramos aprendido a aprender algo de la Edad Media también.

*Se refiere a los primeros inmigrantes en Norte América

Artículo aparecido en el año 2000 en el New York Times. Traducción:FEP y Google Translatorhttp://www.nytimes.com/1999/04/18/magazine/best-invention-how-the-bean-saved-civilization.html?pagewanted=all&src=pm

Umberto Eco (Alessandria, Italia; 5 de enero de 1932) es un escritor y filósofo italiano, experto en semiótica.