1 Metabolismo del N

2 El ciclo del N en la biosfera

3 Fijación del N NN 945 kJ/mol C O 351 kJ/mol

4 Fijación del N N2 + 3 H2  2 NH3 N2 + 6 e- + 6 H+  2 NH3 N2 + 8 e- + 8 H+  2 NH3 + H2

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6 Anabaena, Spirulina Heterocisto en una cianobacteria Nódulos en una gramínea Rhizobium

7 Todos los fijadores de nitrógeno aerobios han desarrollado mecanismos o estructuras que protegen la nitrogenasa de su inactivación y represión por oxígeno. 12 Se creía que la leghemoglobina presente en todos los nódulos efectivos y que está constituida por un grupo hemo, sintetizado por la bacteria, y una proteína, codificada por los genes de la planta, tenía un papel protector impidiendo que llegara demasiado oxígeno al medio donde se encontraban los bacteroides. Después se ha visto que su función es, en condiciones normales, la de proporcionar un suficiente nivel de oxigenación para que se pueda obtener la energía necesaria para que la nitrogenasa funcione con la mayor eficiencia posible. 11 Las medias de p, realizadas en los nódulos, muestran la baja tensión existente para permitir un grado suficiente de oxigenación. Sin embargo, es posible que en períodos de limitación de la disponibilidad de fuente carbonada, cuando el  no es consumido por falta de substrato, la leghemoglobina tenga el efecto protector que se ha preconizado. Esta leghemoglobina, que contiene  en su grupo prostético y representa el 20 % de la síntesis total de proteína, capta el , por el que tiene una gran avidez, transfiriéndolo a la superficie de los bacteroides, donde existe una oxidasa terminal que opera a baja p y está fuertemente ligada a la producción de ATP. Recientemente se han identificado otras proteínas específicas de los nódulos, llamadas nodulinas, 13 sintetizadas por el hospedador, que parecen jugar un papel importante en la morfogénesis y en las funciones simbióticas del nódulo. La aparición de algunas de estas nodulinas es muy precoz y parecen, incluso, dependientes de la presencia de fitohormonas. Km = 0.01 µM

8 Anabaena azollae AzollaFlotan en la superficie del agua por medio de numerosas, pequeñas, estrechamente sobrepuestas escamas como hojas, con sus raíces colgando en el agua. Forman relaciones simbióticas con la cyanobacterium Anabaena azollae, que da a la planta la capacidad de fijar nitrógeno del aire. Debido a su capacidad de fijación de nitrógeno, se usan para incrementar la productividad de la agricultura en partes del sudeste de Asia. Cuando los campos de arroz se inundan en primavera, se los puede inocular con Azolla, que por su rápida multiplicación, cubre el agua, suprimiendo malezas. Cuando las Azolla mueren, contribuyen con nitrógeno que luego el arroz tomará por las raíces, y como los campos de arroz se secan, todas las Azolla eventualmente mueren, haciendo un excepcional abono verde, pudiendo entregar más de 9 t/ha/año de proteína FAO figures. Así, Azolla puede reemplazar agroquímicos. Azolla

9 Nitrogenasa 2 Mg2+ 2 ATP MoFeox Fered Fdox 2 NH3, H2 Fered MoFeox FeoxMoFered Fdred 2 Mg2+ 2 ADP Ferroproteína: dímero, posee [4Fe-2S] Molibdoferroproteína: a2ß2, Grupo P: [4Fe-3S], cofactor-FeMo [Mo-3Fe-3S]

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12 El factor FeMo homocitrato X = N u O

13 H2O  H2 + ½ O2 HN=NH + H2  N2 + 2 H2 Reducción del NReducción del agua El H2 puede reaccionar con la diimina para formar N2. este ciclo futil se da cuando hay bajo ATP H2O  H2 + ½ O2 HN=NH + H2  N2 + 2 H2

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

15 Incorporación de los óxidos de Nnitrato reductasa NO3- + NAD(P)H + H NO2- nitrito reductasa NO2- + Fd NH3 nitrato reductasa NO3- + NAD(P)H + H NO2- nitrito reductasa NO2- + Fd NH3

16 Incorporación del NH4+ a los aminoácidosGlu DH mamíferos NH3 + aKG + NAD(P)H + H+  Glu + NAD(P)+ + H2O plantas y bacterias (alto N, poca energía) Gln sintetasa NH3 + Glu + ATP  Gln + ADP + Pi + H+ Glu sintasa aKG + Gln + NADPH + H+  2 Glu NADP+ ________________________________________________ aKG + NH3 + ATP + NADPH  Glu + NADP+ + ADP + Pi

17 Asimilación de N en plantas y bacterias: ciclo GS/GOGAT

18 Citosol

19 Aminoácidos Esenciales vs. no EsencialesAlanina 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

20 Glu: precursor de Gln, Pro y ArgGS Glu + NH4+ + ATP  Gln + ADP + Pi + H+ ATP + Glu  g-glutamil-P + ADP g-glutamil-P + NH4+  Gln + Pi Usos de la Gln Trp His CarbP Glcamina6P CTP AMP Gln

21 Inhibición acumulativa por retroalimentación de la Gln sintetasaMetabolito % Activ. Residual Trp 84 CTP 86 CarbP 87 AMP 59 Trp + CTP + CarbP + AMP 37

22 Inhibición de la GS por modif covalente

23 Esenciales: His, Ile, Leu, Lis, Met, Phe, Thr, Trp, ValLos intermediarios del ciclo de Krebs, COPP y glucólisis son los precursores de aminoácidos Ala Pir Val Leu Rib5P  His Asn OAA  Asp Met Thr  Ile Lis 3PGA  Ser Cis Gly Phe  Tyr Trp PEP + Ert4P Gln aKG  Glu Pro Arg Esenciales: His, Ile, Leu, Lis, Met, Phe, Thr, Trp, Val

24 Síntesis de Ala, Asp, Asn y TyrGPT Pir + Glu  Ala + aKG GOT OAA + Glu  Asp + aKG AS Asp + NH4+ + ATP  Asn + AMP + PPi + H+ (bacterias) Asp + Gln + ATP  Asn + Glu + AMP + PPi + H+ (mamíferos) hidroxilasa Phe + O2 +NADPH + H+  Tyr + NADP+ + H2O

25 Síntesis de Asn: importancia terapéuticaAlgunas células de leucemia necesitan Asn exógena, que toman del plasma. El tratamiento con asparaginasa la convierte en amonio y de esa manera se limita el crecimiento de estas células asparaginasa Asn  Asp + NH4+ Asparaginasa: se presenta como dímero, tetrámero y octámero inactivo. ¿Es una morfeeína?

26 Morfeeínas: proteínas con capacidad para formar diferentes estr. cuaternarias con diferentes funciones Selwood and Jaffe, ABB 519 (2012)

27 Síntesis de glutatión Glutamato g-glutamilcisteína Cisteína GlicinaEl glutation es un tripéptido no proteínico que se deriva de los aminoácidos. Contiene un enlace péptidico inusual entre el grupo amino de la cisteína y el grupo carboxilo de la cadena lateral del glutamato. El glutatión, un antioxidante, ayuda a proteger las células de especies reactivas de oxígeno como los radicales libres y losperóxidos.2

28 Glutatión oxidado

29 Selenoenzimas: glutatión peroxidasa

30 Síntesis de NO arginina citrulina Oxido nítricoEl NO dispara la producción de cGMP que entre otras cosas relaja el músculo liso: relajación de capilares en angina pectoris y cuerpo cavernoso del pene.

31 Sildenafil Inhibidor the fosfodiesterasa 5, se usa en disfunción eréctil e hipertensión pulonar.

32 La NOS está relacionada con el citocromo P450

33 Síntesis de porfirinassuccinilCoA glicina ácido d-aminolevulinico sintasa (ALAS) ácido d-aminolevulinico PLP Hemo (-)

34 ácido d-aminolevulinicoporfobilinógeno dehidratasa

35 Porfobilinógeno  tetrapirrol lineal  uroporfirinógeno III  coproporfirinógeno III Protoporfirina IX  Hemo

36 El boom sojero en la Argentina y su relación con el metabolismo del N

37 Producción mundial de soja 2012/2013PAIS 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

38 D=5 x 106 ton/década D=30 x 106 ton/década Introducción de soja transgénica

39 Desde 1997 Antes de 1997

40 Síntesis de AAs aromáticos en el cloroplasto de plantas: vía del corismatoTrp Tyr Phe

41 Acción herbicida del glifosato 5-enolpiruvil-shiquimato-3-fosfato sintetasa Glifosato: N fosfono metil glicina Ión oxonio del PEP glifosato

42 Degradación de aminoácidos.El Glu es el aceptor final del grupo amino que proviene de la deaminación de aminoácidos COOH

43 Transaminasa

44 Glu + NAD(P) + H2O  NH4+ + aKG + NAD(P)H + H+La GluDH es una enzima clave en la relación entre el metabolismo del C y el del N Reacción de la Glu deshidrogenasa: Glu + NAD(P) + H2O  NH4+ + aKG + NAD(P)H + H+

45 La GluDH cuando hay un exceso de amonio remueve un intermediario clave del ciclo de Krebs: cesa la producción de ATP! a-cetoglutarato  Glu

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48 Regulación Activadores: GDP, ADP Inhibidores: GTP, ATPEcuación balanceada a-aminoácido + NAD(P)+ + H2O  a-cetoácido + NH4+ + NAD(P)H + H+  a < carga de energía > degradación de aminoácidos

49 Transaminasas: enzimas transferidoras de grupos amino que contienen piridoxal fosfato (PLP)

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51 Ciclo de la urea: el destino final del amonio

52 CPS1 Carbamil fosfato ornitina citrulina OTCasa

53 aspartato argininosuccinato Argininosuccinato sintetasa PPi Argininosuccinato fumarato arginina Argininosuccinato liasa

54 arginina ornitina arginasa

55 Ciclo de la urea: ecuación balanceada Ciclo de la urea: regulaciónCO2 + NH ATP + Asp + 2 H2O  urea + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi + fumarato Ciclo de la urea: regulación N-acetil glutamato sintasa Arg (+) glutamato Acetil-Coa N-acetil glutamato

56 Arg: activa NAcGluS Arg + Benzoato X X X PheAc + Benzoato

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

60 Excreción del amonio en animalesAnimales terrestres (excepto aves): urea Peces: amonio  Gln  amonio Aves, reptiles: ác. úrico NH4+

61 Degradación del grupo hemoHemo + O2 + NADPH  Fe3+ + H2O + NADP+ + biliverdina biliverdina bilirubina Bilirubina + UDP-glucuronato  glucuronato de Br

62 Umberto Eco repasa el papel de la buena nutrición proteica en el desarrollo de la civilización europea Fueron los frijoles los que aceleraron el pulso Por Umberto Eco El mejor invento: Umberto Eco muestra cómo después del año 1000 el cultivo de frijoles, guisantes y lentejas tuvo un profundo efecto en la civilización europea Hace 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 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.

63 Las razones para el auge de Europa son difíciles de identificarLas 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.

64 Alrededor de este tiempo, los métodos de labranza cambianAlrededor 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 Translator Umberto Eco (Alessandria, Italia; 5 de enero de 1932) es un escritor y filósofo italiano, experto en semiótica.