Mecanismos de protección de la nitrogenasa frente al oxígeno Benintende, Silvia y Sanchez, Cecilia La Fijación Biológica de Nitrógeno (FBN) es un proceso que está limitado a los procariotas y representa una de las importantes vías de acceso del nitrógeno a los seres vivos. La enzima responsable de este mecanismo es la nitrogenasa, de la que se destaca su marcada sensibilidad a la concentración de oxígeno. Los microorganismos capaces de llevar a cabo la fijación biológica de nitrógeno poseen distintos mecanismos para su protección. Respiración activa La respiración activa (que se realiza a una taza 10 a 50 veces mayor a otros microorganismos), es un mecnismo que presentan Azotobacter sp y otros microorganismos relacionados. Este mecanismo permite disminuir la concentración de O2 en las vecindades donde actúa la nitrogenasa. Sin embargo, el microorganismo requiere de gran cantidad de hidratos de carbono para la fijación. Así Azotobacter es capaz de ajustar su tasa de respiración en un amplio rango de concentración de O2. Protección conformacional También es un mecanismo que presenta Azotobacter sp. Este mecanismo se desencadena cuando la protección respiratoria está saturada o cuando no existe suficiente fuente de carbono disponible. La nitrogenasa se une a otras proteínas que protegen sus sitios activos mientras hay intensa oxigenación. De esta manera la nitrogenasa no puede actuar, pero cuando la condición de exceso de oxigenación pasa, queda liberada restableciéndose su capacidad de fijación. Exopolosacáridos En Derxia gumosa, Azotobacter sp y Beijerinkia sp se presenta una forma de protección relacionada a la presencia de exopolisacáridos. En Derxia gumosa, por ejemplo, la forma de sus colonias, que son redondeadas presentan abundante cantidad de polisacáridos extracelulares (alginato). La presencia de este compuesto hace que en el interior de la colonia exista una disminución de la concentración de O2 que permite que la nitrogenasa actúe sin problemas. Células de Azotobacter sp. rodeadas de una capa de exopolisacáridos en el exterior Protección en la simbiosis rizobio – leguminosa En la simbiosis rizobio – leguminosa los cuales la fijación de nitrógeno y el existen dos estrategias. Por una parte consumo de oxígeno por parte del existe una barrera física por parte de la microorganismo son compatibles planta a la difusión del O2, y por otra fisiológicamente. existen una serie de estrategias Entre las células del nódulo existen fisiológicas y bioquímicas de la planta y pocos espacios intracelulares que la bacteria. constituyen una barrera de difusión Los nódulos de raíces de leguminosas (barrera física). Además, la presencia de son compartimentos especializados en la sustancia leghemoglobina (confinada en el citosol de la célula invadida por el rizobio) facilita el flujo de O2 a los bacteroides. La leghemoglobina es un pigmento de color rosado Corte de un (hemoproteína) que permite el nódulo de transporte del O2 por su alta afinidad soja con este gas. Por su combinación reversiblemente con el O2, transporta este elemento hasta el rizobio aportándole la cantidad necesaria para su metabolismo respiratorio en cantidades que no afectan la actividad de la enzima nitrogenasa. Heterocistos Este mecanismo es especial de cianobacterias filamentosas como Anabaena. Las cianobacterias son procariotas fototrópicos, que combinan los mecanismos de fotosíntesis y respiración en la misma célula. Para fijar nitrógeno, algunos géneros tienen células especializadas denominadas heterocistos que regulan el proceso de difusión de O2. El heterocisto presenta paredes gruesas que impiden el ingreso de O2 y allí se produce la fijación. El poder reductor para que se realice la FBN se obtiene a partir del material orgánico producido en las células vegetativas adyacentes. La glutamina es la forma en que se transporta el nitrógeno fijado en los heterocistos a las células vegetativas Célula vegetativa Heterocisto Interconexiones entre células vegetativa y hetreocisto Sin embargo no todas las cianobacterias poseen heterocistos. Estas especies resuelven el problema de la FBN en forma alternativa. En un grupo de cianobacterias filamentosas no heterocísticas y unicelulares se observa la separación temporal de la FBN y fotosíntesis. La síntesis de la nitrogenasa se realiza en las primeras horas del período de oscuridad y desaparece durante la fase de luz. Este es el caso de los géneros Gloeothece y Chroococcus. Vesículas de Frankia Frankia es un género de bacteria filamentosa fijadora de nitrógeno que vive en simbiosis con plantas actinorricicas. Estas bacterias forman nódulos radiculares en forma de coral. La protección de la nitrogenasa se presenta en las vesículas que poseen paredes lipídicas. En ellas se retrasa la difusión del O2 y allí se produce la fijación. Vesículas en Frankia Nódulos en forma de coral formados por Frankia