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.

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.

FIJACIÓN BIOLÓGICA DE N2

Enzima 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.

Unidad IUnidad II

Transporte de e-

ATP N2

NH3

MoFe

Ferredoxina reducida (Poder

reductor)

Ferredoxina oxidada

KP II KP II

KP II * KP II*

e-

Mg+2

ADP + Pi

ATP-Mg

ATPMg+2

ATP-Mg

KP II*N

NKP I *

Mo

Mo

KP I *

Mo

Mo

N

N

KP I *

MoMo

2 NH4+

N2

ATP-Mg

Mecanismo de acción de la Nitrogenasa

NH4+ N2

NO3-

Oxidación: (produce energía)

nitrificación

Reducción: (consume energía)

asimilación: plantas y microorganismos

denitrificación

FIJACIÓN

-3 +50

NITRÓGENO EN EL SUELO

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

FUNCIONAMIENTO DE NITROGENASA: Anaerobios.

BACTERIAS FOTÓTROFAS

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

CIANOBACTERIAS

Heterocistos Simbiosis Anabaena -Azolla

Cianobacteria filamentosa

Heterocisto

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).

ACTINOMYCETES

ESTRUCTURA DE UN NÓDULO DE FRANKIA

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

EUBACTERIAS: MICROAEROBIAS

MUTUALISMO:

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

Azospirillum

BACTERIAS EN LA RIZÓSFERA

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.

EFECTO RIZOSFÉRICO

VIDA LIBRE:

CLOSTRIDIUM:

MORFOLOGIA: Gram +, móviles, esporulados

FUENTE DE PODER REDUCTOR, ENERGÍA y C : QOH (fermentación butirica)

FUNCIONAMIENTO DE LA NITROGENASA: anaerobiosis

EUBACTERIAS: ANAEROBIAS

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.

EUBACTERIAS: AEROBIASVIDA LIBRE

AzotobacterReferencias:a. Células vegetativas (heteromorfas)b. Quistes (cistos)

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.

EUBACTERIAS: AEROBIAS

PROCESO DE FORMACIÓN DEL NÓDULO

1) 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.

FORMACIÓN DE NÓDULOS

Nódulo de soja partido por la mitad

Nódulos de soja con Rhizobios

ESTRUCTURA DE UN NÓDULO DE RIZOBIOMitocondrias

Haces vasculares

Meristema de la raíz

Membrana envolvente

Bacteroides

REFERENCIAS:A – B y C: NÓDULOSD – E y F: BACTEROIDES

FUNCIONAMIENTO DEL NÓDULO

Fam: Rhizobiaceae:

- Rhizobium:R. leguminosarum (poroto, vicia, arveja).

- Sinorhizobium:S. meliloti (melilotus)S. medicae (alfalfa)

Fam: Bradyrhizobiaceae:

- Bradyrhizobium:B. japonicum (soja)

Fam: Phyllobacteriaceae:

- Mesorhizobium:M. ciceri (garbanzo)M. chacoense (algarrobo)

- Allorhizobium:A. undicola (Neptunia sp)

Fam: Hyphomicrobiaceae:

- AzorhizobiumA. caulinodans (Sesbania sp)

TAXONOMÍA DE RIZOBIOS