6 Nut.one Azotata

Nutrizione azotata dei vegetali

Riccardo Izzo, Mike F. Quartacci

Dipartimento di Biologia delle Piante Agrarie, Universit di Pisa

1. INTRODUZIONE

Lazoto rappresenta uno dei quattro elementi organogeni indispensabili per la vita di tutti gli esseri viventi (gli altri elementi sono il carbonio, lossigeno e lidrogeno). Infatti, ad eccezione dei carboidrati e dei lipidi semplici, lazoto entra nella compo-sizione chimica di innumerevoli molecole biologiche quali amminoacidi e proteine, nucleotidi ed acidi nucleici, clorofilla, vitamine, ormoni (auxine e citochinine) ed alcaloidi. Sebbene i flavonoidi ed altri composti fenolici non contengano azoto, la loro sintesi a partire dalla fenilalanina li lega al metabolismo degli amminoacidi. Nelle parti vegetative delle piante il contenuto in azoto totale assai modesto, oscillando dall1 al 3% sulla sostanza secca e soltanto in alcuni semi (come quelli di leguminose) pu salire al 4-5%, sempre sotto forma organica. Composti inorganici dellazoto in piante sane sono presenti soltanto in piccolissime quantit.

Sebbene lazoto sia uno degli elementi pi largamente diffusi in natura, esso spesso scarsamente disponibile per la nutrizione delle piante e pertanto costituisce un fattore limitante per lo sviluppo e la crescita dei vegetali. Infatti, anche nel caso di un contenuto molto elevato in azoto organico di un terreno (un terreno con lo 0,5% di azoto contiene in un ettaro circa 15 t di azoto), in media solo l1% dispo-nibile per le piante a seguito dei processi di mineralizzazione, mentre il resto rima-ne come serbatoio di riserve potenziali.

Nel terreno lazoto organico di origine animale, vegetale o microbico subisce una serie di trasformazioni ad opera dei microrganismi che lo trasformano in azoto ammoniacale (NH4+) e/o nitrico (NO3-) che pu essere utilizzato da organismi ve-getali e/o microbici ed essere trasformato di nuovo in azoto organico. Nei suoli

191

agrari, nonostante gli interventi di concimazione azotata, il bilancio dellazoto si chiude sempre in passivo poich esso viene continuamente asportato con i raccolti andando a finire nella catena alimentare o animale. Le perdite del pool azotato av-vengono, inoltre, quando lazoto (specialmente il nitrato) dilavato in siti inacces-sibili nel suolo e quando la denitrificazione rilascia N2.

I vegetali superiori sono incapaci del tutto di utilizzare lazoto molecolare (N2) pre-sente nellatmosfera, processo svolto invece da alcuni microrganismi procarioti detti azotofissatori, sia liberi che in simbiosi con alcune specie vegetali (in partico-lare le leguminose). I batteri azotofissatori sono in grado di convertire lazoto at-mosferico in azoto ammoniacale in strutture particolari della radice detti noduli, mediante un processo di riduzione noto come fissazione biologica. Le piante capaci di stabilire rapporti simbiontici sono in grado di esercitare un controllo sulla for-mazione e funzione delle strutture simbiontiche secondo il loro ambiente nutrizio-nale. Le leguminose cresciute in presenza di NO3-, per esempio, lo usano come fon-te di azoto e non formano noduli simbiontici.

Le piante possono invece utilizzare lazoto presente nel terreno assorbendolo dalle radici come ione nitrato NO3- o ione ammonio NH4+. Le piante utilizzano pronta-mente NH4+ come fonte azotata quando esso disponibile (ad esempio, a seguito della fertilizzazione con solfato ammonico) evitando cos il processo di riduzione del nitrato. Tuttavia, nella maggior parte dei suoli aerobi NH4+ non risulta essere importante come fonte azotata a causa dellattivit ossidativa dei batteri chemioau-totrofi (Nitrosomonas e Nitrobacter) e del fatto che esso adsorbito sulle particelle colloidali. Il nitrato assorbito dalle radici pu essere ridotto ed assimilato nelle ra-dici stesse (NO3- NH4+ glutammina) o essere trasportato alle foglie come NO3- per essere poi ridotto ed assimilato in loco. Il nitrato pu anche essere immagazzi-nato nei vacuoli delle cellule di ambedue gli organi come riserva. In particolari condizioni le piante possono anche assorbire lazoto dei nitriti (NO2-) e quello di sostanze organiche semplici come amminoacidi. E stata inoltre ampiamente dimo-strata la capacit delle piante di assorbire attraverso le foglie i composti azotati presenti nellaria (ad esempio azoto ureico e ossidi di azoto) e che pervengono al suolo con le piogge.

Poich NO3- contiene azoto nello stato di ossidazione +5 (mentre nella maggior parte dei composti organici si trova allo stato di ossidazione -3), lassimilazione dellazoto sotto forma di nitrato implica una riduzione da parte di 8 elettroni asso-ciata ad un largo consumo energetico.

NO3 + H2O NH3 + 2O2 G0 ' = +348 kJ mole1

Lincorporazione dellazoto nitrico in composti organici azotati divisa in tre fasi:

1. riduzione assimilatoria del nitrato (da NO3- a NH4+);

2. assimilazione dello ione NH4+ in composti organici mediante il ciclo della glu-tammina;

3. sintesi degli amminoacidi attraverso lutilizzo del glutammato e/o della glu-tammina come fonte di gruppi amminici o ammidici.


192

Gli esseri umani non possono utilizzare lazoto inorganico come fonte azotata co-sicch la dieta deve contenere un sufficiente livello di azoto organico (principal-mente sotto forma di proteine) per mantenere un bilancio azotato positivo. Inoltre, luomo non capace di sintetizzare del tutto o in quantit adeguata nove tra i 20 amminoacidi proteici essenziali. Poich in alcune regioni del mondo i vegetali rap-presentano la principale fonte di alimentazione, gli amminoacidi essenziali do-vrebbero essere contenuti in concentrazioni simili a quelle richieste da una equili-brata nutrizione animale. Sfortunatamente, la maggior parte dei cereali, in partico-lare il mais, hanno un basso contenuto di lisina, mentre la maggior parte dei legu-mi (che sono ricchi di proteine) contengono ridotte quantit di amminoacidi solfo-rati (cisteina e metionina). Da ci segue che la sintesi degli amminoacidi essenziali e la composizione amminoacidica degli alimenti di origine vegetale sono molto importanti per la nutrizione degli esseri umani.

2. MECCANISMI DI ASSORBIMENTO DELLE FORME AZOTATE

La disponibilit delle forme azotate nel suolo dipende da svariati fattori abiotici (livello di ossigeno, pH, umidit, temperatura) e biotici (popolazioni microbiche) che influenzano la concentrazione delle forme di azoto inorganico e fanno variare questa disponibilit in modo pi o meno marcato. Per questo motivo le piante hanno sviluppato dei meccanismi di assorbimento in grado di contrastare tali va-riazioni.

Lassorbimento dellazoto ammoniacale e di quello nitrico dipende da diversi fatto-ri tra i quali di fondamentale importanza la specie vegetale. Ad esempio, le piante calcifughe - vale a dire piante adattatesi a bassi valori di pH del suolo - e quelle, come il riso, che crescono a bassi valori di potenziale riducente, preferiscono lo io-ne NH4+. Al contrario, le piante calcicole che si sono adattate a terreni calcarei o terreni non calcarei con pH alcalino, assorbono preferibilmente lo ione NO3-.

La forma azotata assorbita dalle radici influenza il rapporto tra cationi ed anioni. Infatti, circa il 70% dei cationi od anioni totali assorbiti dalla pianta rappresenta-to, rispettivamente, dallo ione ammoniacale e da quello nitrico. Perci nel caso di assorbimento dello ione ammoniacale il rapporto tra cationi ed anioni assorbiti alto, mentre nel caso opposto il rapporto inverso ad essere alto.

Lo ione ammoniacale, come un qualsiasi altro catione, pu essere assorbito in rela-zione allefflusso di protoni generato dallattivit di H+-ATPasi presenti sulla membrana plasmatica (Fig. 1). Le piante possono incontrare elevate concentrazioni di ioni NH4+ soprattutto nei suoli acidi, dove la velocit di nitrificazione e quindi la disponibilit di nitrato bassa. Come per lo ione nitrato, anche per lo ione NH4+ stata osservata lesistenza di un meccanismo attivo legato alla presenza di traspor-tatori (carrier) AMT1 ad alta affinit. Il valore di Km dei trasportatori per NH4+ compreso tra 10 e 70 M. presente, infine, un meccanismo di assorbimento del-lammoniaca (NH3) attraverso lo strato lipidico della membrana che favorito da elevati valori di pH allesterno della radice i quali facilitano, appunto, la formazio-ne di NH3 dallo ione ammoniacale.


193

Il nitrato, comunque, la maggiore fonte di azoto per le piante. Le cellule radicali assorbono ed accumulano attivamente il nitrato utilizzando il gradiente elettro-chimico generato dalle H+-ATPasi della membrana plasmatica (Fig. 1). Lassor-bimento dei nitrati avviene attraverso due sistemi di trasporto:

1. uno efficiente a basse concentrazioni (meccanismo ad alta affinit nel qua-le la velocit massima di assorbi-mento raggiunta ad una concen-trazione di NO3- pari a 0,5 mM);

2. laltro operante a concentrazioni superiori a 0,5 mM (meccanismo a bassa affinit).

In questo modo, a basse concentrazioni di NO3- la pianta assorbe lanione con unelevata efficienza, ma con un flusso relativamente basso, mentre quando le concentrazioni sono elevate laffinit del sistema minore, ma il flusso maggiore. Il meccanismo ad alta affinit (detto an-che HATS o meccanismo I) dovuto alla presenza di un trasportatore di tipo indu-cibile (cio il trasportatore viene sintetizzato se presente NO3- nellambiente circo-stante la radice) che agisce da cotrasportatore elettrogenico per ioni nitrato e per protoni (due protoni per ogni ione nitrato assorbito). Il sistema ad alta affinit mo-stra una cinetica di saturazione di Michaelis-Menten a 0,2-0,5 mM di nitrato ed una Km in genere tra 10 e 100 M. Il consumo di ATP, legato alla creazione del gradiente elettrochimico, avviene ad opera di H+-ATPasi responsabili dellassorbimento di NO3- e di altri ioni contro gradiente di concentrazione. Il secondo meccanismo (LATS o meccanismo II) di tipo passivo ed rappresentato da canali anionici pre-senti nella membrana cellulare. Normalmente esso mostra una cinetica di assorbi-mento non saturante fino a concentrazioni di NO3- pari a 50 mM. I geni per i tra-sportatori del nitrato appartengono alle famiglie NRT1 (sistemi ad alta e bassa affi-nit) e NRT2 (sistema ad alta affinit).

In condizioni di elevata acidit dellambiente extracellulare, il rilascio di protoni pu diventare difficile e ci comporterebbe una diminuzione del pH citoplasmati-co. In queste condizioni la pianta reagisce utilizzando gli ioni ammoniacali per sin-tetizzare composti come le poliammine che hanno unazione omeostatica sul pH. evidente che la somministrazione di CaCO3 per correggere il pH dei suoli acidi previene la sintesi delle poliammine nei vegetali.

Oltre che a bassi valori, anche ad alti valori di pH citoplasmatico si possono avere effetti negativi sulle piante a causa della tossicit causata dallammoniaca gassosa che si forma in seguito allo spostamento verso destra dellequilibrio:


194

Figura 1. Assorbimento delle principali forme azotate presenti nel terreno. P, H+-ATPasi; C, carrier.

NH4+ + H2O NH3 + H3O+

La concentrazione dello ione ammoniacale nel citoplasma mantenuta general-mente bassa, non superiore a 15 mM. La trasformazione immediata dellazoto am-moniacale in azoto amminoacidico o ammidico impedisce la formazione di elevate concentrazioni di ioni ammoniacali. In confronto allo ione ammoniacale, lo ione nitrato ha il vantaggio di poter essere immagazzinato e di non essere tossico a va-lori di pH alcalini. Tuttavia, lassorbimento della forma nitrica comporta una spesa energetica relativa alla sua riduzione in forma ammoniacale ed perci maggiore la quantit di substrati organici necessari per limmobilizzazione dellazoto nitrico nelle forme organiche.

3. RIDUZIONE ASSIMILATORIA DEL NITRATO

Lammoniaca prodotta nel suolo durante i processi di fissazione dellazoto e di de-composizione della sostanza organica o somministrata come fertilizzante rapi-damente convertita in NO3- ad opera dei batteri nitrificanti. Di conseguenza, la maggior parte dellazoto disponibile per la pianta sotto forma di ione nitrato se la nitrificazione attiva nel suolo. Le specie che crescono nei suoli acidi, a causa del basso pH del suolo che inibisce la nitrificazione, assorbono lazoto principalmente sotto forma ammoniacale. Anche se negli agrosistemi terrestri si assiste ad una uti-lizzazione prevalente di NH4+ o di NO3-, esistono specie vegetali capaci di assorbi-re, oltre alle due forme inorganiche, anche molecole organiche azotate di piccole dimensioni (es. amminoacidi). I relativi meccanismi di assorbimento vengono in-dotti dal composto presente. Non bisogna infatti dimenticare che nel suolo sussi-stono fenomeni che limitano la disponibilit di entrambi gli ioni - nitrici ed ammo-niacali - in quanto mentre i primi sono traslocati nel suolo verso gli orizzonti pi profondi in seguito alla lisciviazione, i secondi vengono trattenuti dalla frazione colloidale del suolo.

Il nitrato assorbito dalla soluzione del suolo attraverso le cellule epidermiche e corticali della radice. Il suo assorbimento pu avvenire anche nelle foglie, una via molto importante per lacquisizione dei fertilizzanti fogliari. Lo ione NO3- , essendo una forma mobile, pu essere immagazzinato in alte concentrazioni (pi di 20 mM) nei vacuoli delle radici, dei germogli e degli organi di riserva, mentre NH4+ deve essere immediatamente organicato in quanto lammoniaca risulta tossica per le cellule vegetali, anche a basse concentrazioni inibendo la formazione di ATP nei cloroplasti e nei mitocondri.

Come stato gi ricordato, dato che quasi tutti i composti organici azotati conten-gono azoto allo stato di massima riduzione (-3), mentre in forma nitrica lazoto si trova nel suo stato di massima ossidazione (+5), affinch questo elemento possa essere disponibile per le sintesi organiche deve subire un processo di riduzione. In alcune specie, in particolare grano e mais, circa il 70-80% dellazoto nel succo xile-matico presente come NO3-. Questo composto trasportato verso le foglie dove viene ridotto ed incorporato nella glutammina usando la luce come fonte di ener-


195

gia. Infatti, la seconda fase della riduzione del nitrato e la sua assimilazione nei composti organici avvengono nei cloroplasti con unimportante consumo di equi-valenti riducenti e di energia generati durante la fotosintesi. In altre specie, invece, la maggior parte dellazoto nello xilema si ritrova sotto forma di amminoacidi (asparagina e glutammina) o ureidi (allantoina) indicando che NO3- viene ridotto ed assimilato nei tessuti radicali utilizzando lenergia derivante dalla respirazione. Comunque, sensibili quantit di nitrati possono essere osservate nel succo xilema-tico di queste piante ad alte concentrazioni esterne di nitrato.

La reazione di riduzione dei nitrati avviene in due stadi distinti catalizzati da en-zimi diversi. Il primo stadio catalizzato dal complesso metalloenzima nitrato ri-duttasi (NR) presente nel citoplasma e consiste nella riduzione del nitrato a ione nitrito (NO2-) con il trasferimento di due elettroni. Esistono due isoforme della NR: quella fogliare che utilizza il potere riducente del NADH e quella radicale che uti-lizza il potere riducente del NADPH. La NR un complesso enzimatico costituito da due subunit identiche, ognuna delle quali pu funzionare separatamente cata-lizzando il trasferimento intramolecolare di due elettroni dal NAD(P)H ad un complesso molibdato che costituisce il cofattore MoCo, attraverso il FAD, un grup-po Fe-eme (citocromo b557) ed il molibdeno, che sono tutti ridotti ed ossidati conse-cutivamente sino a nitrato.

La stechiometria della reazione riportata nello schema sottostante.

NAD(P)H + H+ + FAD NAD(P)+ + FADH2

FADH2 + 2 cit b557 (oss) FAD + 2 cit b557 (rid)

2 cit b557 (rid)+ 2Mo6+ 2 cit b557 (oss)+ 2Mo5+

2Mo5+ + 2H+ + NO3 2Mo6+ + NO2 + H2O

NO3 + NAD(P)H + H+ NO2 + NAD(P)+ + H2O

Nel complesso enzimatico della NR i potenziali redox (E0) per FAD, Fe-eme e MoCo sono, rispettivamente, -272, -160 e -10 mV. La NR ha una affinit relativa-mente bassa per lNO3- (Km = 0,2 mM), ma presenta unalta affinit per il NAD(P)H (Km = 10 M).

La NR localizzata nel citosol delle cellule di tutti gli organi vegetativi della pianta (radici e foglie soprattutto) e la sua distribuzione dipende dalle condizioni ambien-tali e dalla specie. Allinterno di uno specifico organo la NR mostra una localizza-zione di tipo cellula-specifica. A basse concentrazioni esterne di nitrato, la NR si trova principalmente nelle cellule epidermiche ed in quelle corticali vicine alla su-perficie radicale. A concentrazioni pi alte lattivit si trova anche nelle cellule della corteccia e nel sistema vascolare. Nel mais, una pianta C4 (ovvero ad alta efficienza

NAD(P)H+

NAD(P)+

FAD cit b557 (rid) Mo6+ NO2-

FADH2 cit b557 (oss) Mo5+ NO3-


196

fotosintetica), la NR localizzata nel mesofillo, ma non nelle cellule della guaina del fascio, una localizzazione coerente con la maggiore capacit dei cloroplasti del mesofillo di generare equivalenti riducenti per mezzo del trasporto fotosintetico non ciclico degli elettroni.

La regolazione della NR gioca un ruolo chiave nellassimilazione del nitrato cata-lizzando il passaggio che limita la velocit di conversione del nitrato ad ammonio. La modulazione della trascrizione del gene per la NR facilita le risposte a lungo termine (da ore a giorni), mentre la regolazione post-trascrizionale permette cambi pi rapidi nellattivit della NR (da minuti a ore). A livello trascrizionale la NR regolata dal substrato. stato infatti osservato che la presenza di NO3- nel citosol aumenta la velocit di sintesi dellenzima determinando un incremento di attivit. In questo caso si parla di induzione enzimatica, cio di stimolazione della forma-zione di un enzima ad opera di particolari composti. Lattivit della NR, comun-que, regolata anche da altri fattori, tra i quali la luce assume un ruolo molto im-portante. Nei tessuti verdi la luce, attivando i fotosistemi, stimola il trasporto dello ione nitrato accumulato nel vacuolo al citosol e la sua riduzione a NO2- in quanto la disponibilit di ferredossina ridotta (impiegata nella successiva fase di riduzione dalla nitrito riduttasi) assicura che il nitrito non si accumuli a livelli tossici. Si pen-sa che questo aumento di mRNA per la NR venga mediato dal fitocromo. La fosfo-rilazione di un residuo di serina del cofattore MoCo per azione di una proteina chinasi Ca2+-dipendente inibisce la riduzione del nitrato. In questo caso il meccani-smo di tipo post-trascrizionale e permette una inibizione rapida e reversibile del-lattivit della NR in condizioni sfavorevoli allassimilazione del nitrato (cio quando luce e CO2 sono limitanti). Lenzima viene inoltre inattivato dallo ione ammonio per evitare laccumularsi dellammoniaca data la sua tossicit.

Il secondo stadio della riduzione catalizzato dalla nitrito riduttasi (NiR), un en-zima plastidiale di 60-70 kDa contenente atomi di ferro - uno associato con un gruppo eme (siroeme) e gli altri associati con centri di reazione 4Fe-4S - avente co-me donatore di elettroni la ferredossina (Fd) ridotta (Fig. 2). Una proteina di picco-le dimensioni molecolari (24 kDa) sembra necessaria per linterazione dellenzima con la Fd. Nei tessuti verdi la NiR presente nei cloroplasti, sulla superficie esterna della membrana tilacoidale, mentre nelle radici presente nei proplastidi.

La riduzione di NO2- inizia con la riduzione da parte del Fe3+ del siroeme, il quale reagisce con lo ione nitrito per formare un complesso siroeme-NO2-. I centri 4Fe-4S, ridotti dalla Fd, a loro volta trasportano gli elettroni al complesso siroeme-NO2- riducendolo progressivamente a siroeme-NH4+.


197

Figura 2. Struttura della nitrito riduttasi. Fdx, ferredossina.

La riduzione dello ione nitrito in ammonio (G0 = +433 kJ mole-1) comporta il tra-sferimento di 6 elettroni secondo la seguente reazione:

NO2 + 6Fd(Fe2+ )+ 8H+ NH4+ + 6Fd(Fe3+ )+ 2H2O

Nelle foglie i 6 elettroni necessari alla riduzione dei nitriti provengono dallacqua attraverso il trasporto non ciclico degli elettroni nella fase luminosa della fotosinte-si:

3H2O + 6Fd(Fe3+ )+ luce32

O2 + 6H+ + 6Fd(Fe2+ )

NO2 + 6Fd(Fe2+ )+ 8H+ NH4+ + 6Fd(Fe3+ )+ 2H2O

_____________________________________________

NO2 + H2O + 2H+ + luce

32

O2 + NH4+

Nei proplastidi delle radici gli elettroni necessari alla riduzione vengono forniti da una proteina simile alla Fd che viene ridotta dal NADPH prodotto nella via ossida-tiva dei pentoso fosfati tramite una reazione catalizzata dalla ferredossina-NADP+ riduttasi.

Nonostante la separazione spaziale tra la riduzione dei nitrati e quella dei nitriti, nelle cellule non si ha accumulo di nitriti che risultano essere tossici per i vegetali. La NiR infatti regolata trascrizionalmente, di norma in coordinazione con la NR. I livelli di attivit della NiR sono sempre pi elevati di quelli della NR (5-20 volte pi alti). A differenza della NR, la NiR presenta una altissima affinit per il substra-to azotato (Km 1 M).

Poich nelle piante la riduzione dei nitrati pu avvenire sia a livello radicale che nelle foglie, la localizzazione della riduzione dipende dalla quantit di nitrati as-sorbiti, dalla specie vegetale e dallet della pianta. In presenza di basse quantit di nitrati la riduzione avviene preferibilmente nelle radici. Aumentando la quantit di nitrato la capacit delle radici di ridurre questo anione diventa un fattore limitante e di conseguenza aumenta la quantit di nitrato ridotto a livello delle foglie. In queste, in condizioni di bassa illuminazione, pu verificarsi una competizione tra la riduzione della CO2 e quella dei nitrati. Quando le piante vengono esposte al nitrato, esse deviano il carbonio dalla sintesi di amido verso la produzione di am-minoacidi ed acidi organici controllando la sintesi e lattivit di enzimi chiave. Il nitrato, quindi, agisce come un segnale che permette alle piante di modificare il flusso di carbonio verso composti che favoriranno lassimilazione dellazoto negli amminoacidi.

4. ASSIMILAZIONE DELLAZOTO

Le piante assimilano lazoto inorganico soprattutto negli amminoacidi glutamma-to, glutammina, aspartato ed asparagina. Lazoto assimilato nel glutammato e nella


198

glutammina efficacemente distribuito al metabolismo della pianta in quanto que-sti amminoacidi forniscono lazoto per la biosintesi di altri amminoacidi, acidi nu-cleici e composti azotati in genere. Laspartato serve come donatore di azoto in numerose reazioni catalizzate dalle amminotransferasi, mentre lasparagina serve soprattutto come trasportatore di azoto e composto di riserva.

Gli amminoacidi ammidici asparagina e glutammina rappresentano i composti pi importanti per il trasporto dellazoto nella maggior parte delle specie vegetali. Essi sono particolarmente adatti a questo compito poich possono passare rapidamente dallo xilema al floema, presentano un alto rapporto azoto/carbonio e trasportano NH3 in una forma non tossica. La produzione ed il movimento di queste forme azotate sono particolarmente importanti durante la maturazione dei semi allorch sono sintetizzate numerose proteine di riserva e funzionali. Durante la fase di ger-minazione si osserva, invece, una diminuzione del livello di azoto proteico (nel lupino pu arrivare fino all85%), il quale viene incorporato nellasparagina e tra-slocato agli apici vegetativi.

Gli enzimi implicati nella sintesi degli amminoacidi di trasporto sono coinvolti nel-lassimilazione primaria dellazoto inorganico dal suolo, cos come nella riassimila-zione (assimilazione secondaria) dello ione NH4+ libero allinterno della pianta. Nelle piante lo ione ammonio rilasciato dai composti organici per mezzo di di-versi processi metabolici tra i quali le de-amminazioni degli amminoacidi durante la germinazione del seme, la sintesi di specifici amminoacidi o di lignina e la foto-respirazione. Durante la fotorespirazione, infatti, si formano due molecole di glici-na, le quali sono convertite in una molecola di serina, una molecola di CO2 ed una di NH4+. Per prevenire sia la tossicit dellammoniaca che le perdite di azoto per volatilizzazione, lo ione ammonio deve essere immediatamente riassimilato in forma organica. A differenza degli animali, le piante non eliminano le scorie azota-te. Lo ione ammonio liberato deve essere riassimilato per sostenere la crescita delle piante. Per esempio, il rilascio dello ione ammonio dai mitocondri durante la foto-respirazione pu superare lassimilazione primaria di azoto di 10 volte, tanto che una pianta incapace di riassimilare questo composto esaurirebbe rapidamente le sue riserve di azoto.

Nonostante i differenti luoghi in cui lo ione NH4+ pu essere assimilato (radici o foglie), la via metabolica di conversione dellammonio in azoto organico il risulta-to soprattutto dellattivit di due enzimi: la glutammina sintetasi (GS) e la glu-tammato sintasi (glutammina-ossiglutarato ammino transferasi, GOGAT). In que-sto processo lo ione NH4+ viene assimilato come gruppo ammidico nella glutam-mina in una reazione catalizzata dalla GS e successivamente per intervento della GOGAT la glutammina trasferisce il gruppo ammidico all-chetoglutarato for-mando cos due molecole di glutammato (Fig. 3).

La GS un enzima ATP-dipendente e pu essere localizzata nel citosol o nel plasti-dio (forme indicate rispettivamente come GS1 e GS2). Lisoforma GS1 si trova a basse concentrazioni nelle foglie ed in concentrazioni pi elevate nelle radici, sug-gerendo che questo isoenzima giochi un ruolo importante nellassimilazione pri-maria dellazoto nelle radici e nel suo trasporto a lunga distanza. La GS2 si trova principalmente nel mesofillo delle foglie, dove si ritiene che sia attiva sia nellassi-


199

milazione primaria dello ione ammonio sia nella sua riassimilazione durante la fotorespirazione. In alcuni batteri azotofissatori, isoenzimi di GS citosolici e nodu-lo-specifici assimilano lazoto fissato dai rizobi.

La reazione catalizzata dalla GS la via preferita per lassimilazione dello ione NH4+ nella pianta. Lenzima presenta un alto grado di affinit per lo ione (Km = 3-5 M), motivo per cui pu operare anche a basse concentrazioni, evento che si verifi-ca spesso nellambiente cellulare. Inoltre, il consumo di ATP rende il ciclo pratica-mente irreversibile. Questo enzima viene attivato da alte concentrazioni di ATP e ioni Mg2+, oltre che da alti valori di pH, condizioni che si verificano nello stroma dei cloroplasti quando si ha illuminazione. Pertanto, la luce stimola lassimilazione dellammonio nei cloroplasti e ne impedisce laccumulo. Forse a causa dellalto rapporto N/C rispetto alla maggior parte degli altri composti, la glutammina si evoluta come principale forma di riserva di azoto.

La reazione di assimilazione richiede come substrato il glutammato che viene for-nito tramite la reazione catalizzata dalla GOGAT, cio dal secondo stadio del pro-cesso in cui avviene il trasferimento del gruppo ammidico della glutammina al carbonio carbonilico dell-chetoglutarato (proveniente dal ciclo di Krebs), con formazione di due molecole di glutammato. Una delle due molecole di glutamma-to viene richiesta dalla GS per il mantenimento del ciclo di assimilazione dellam-


200

Figura 3. Assimilazione dello ione ammonio tramite la via della glutammina sintetasi (GS)-glu-tammato sintasi (GOGAT).

monio, mentre laltra pu essere utilizzata per la biosintesi di altri amminoacidi. Questa seconda reazione richiede un agente riducente in grado di donare due elet-troni che pu essere costituito dalla Fd nei cloroplasti (Fd-GOGAT) o dal NADH nei proplastidi delle cellule non fotosintetizzanti (NADH-GOGAT). Nelle piante C4 la Fd-GOGAT localizzata nelle cellule della guaina del fascio, mentre nelle piante C3 (a bassa efficienza fotosintetica) localizzata nelle cellule del mesofillo. La Fd-GOGAT associata alla GS2 nella assimilazione dello ione NH4+ proveniente dalla fotorespirazione. Viceversa, la NADH-GOGAT associata alla GS1 ed localizzata nelle radici. Lassimilazione dellazoto nelle foglie a partire da NO3- richiede un notevole dispendio energetico in quanto implica il consumo di un NADH per la riduzione dello ione nitrato a ione nitroso, sei Fd ridotte per la riduzione dellNO2- a NH4+ ed altre due Fd ridotte ed un ATP per lassimilazione dello ione ammonia-cale attraverso il ciclo della glutammina.

La glutammato deidrogenasi (GDH) un metallo-enzima contenente Zn che cata-lizza, in presenza di NAD(P)H come riducente, lassimilazione dellazoto ammo-niacale secondo la reazione riportata in figura 4.

Storicamente, lazione della GDH stata ritenuta la prima fase dellassimilazione dello ione ammonio nelle piante. Questo enzima, ampiamente distribuito nella pianta nei mitocondri e nei cloroplasti, presenta per una scarsa affinit nei con-fronti dello ione NH4+ (Km = 10-80 mM) e non in genere responsabile dellassimi-


201

Figura 4. Assimilazione dello ione ammonio e deamminazione del glutammato tramite la via della glutammato deidrogenasi (GDH)

lazione dellazoto ammoniacale, che presente nei tessuti alla concentrazione di 0,2-1 mM. Lalta Km della GDH per lo ione ammonio e la sua localizzazione nei mi-tocondri suggeriscono che questo enzima possa essere coinvolto principalmente nella riassimilazione di grandi quantit di NH4+ generato dalla fotorespirazione, anche se la GDH pu assimilare azoto inorganico quando le concentrazioni di ione ammonio sono elevate (tossicit da ammoniaca). Numerosi studi indicano, inoltre, un ruolo primario della GDH nel catabolismo del glutammato. Lattivit della GDH infatti indotta in condizioni limitanti di carbonio (oscurit) presumibilmen-te per deamminare il glutammato e fornire scheletri carboniosi per rifornire il ciclo dellacido citrico.

Oltre a formare glutammato, la glutammina pu donare il gruppo ammidico al-lacido aspartico per formare asparagina, un amminoacido usato per stoccare lazo-to e trasportarlo dalle fonti ai depositi. Questa reazione catalizzata dalla aspara-gina sintetasi e richiede lintervento di ATP (Fig. 5A). Lattivit della asparagina sintetasi particolarmente alta durante la germinazione dei semi e richiede ioni Cl-, mentre viene inibita dalla presenza di Ca2+. Bench la glutammina sia il substrato preferito della sintetasi, alcuni dati indicano che nelle piante pu avvenire anche la sintesi di asparagina dallo ione ammonio - anche se con una Km assai pi elevata (3 mM) che per la glutammina (0,2 mM) - quando le piante si trovano in condizioni di concentrazioni tossiche di ammoniaca (Fig. 5B).

Glutammato e glutammina rappresentano, rispettivamente, la fonte diretta o indi-retta per la sintesi di tutti gli altri composti azotati nelle piante, compresi gli altri 18 amminoacidi proteici essenziali. Il meccanismo pi semplice per il trasferimento dellazoto legato allazione di enzimi come le amminotransferasi - altrimenti note


202

Figura 5. Formazione di asparagina tramite la via dellasparagina sinte-tasi (AspS).

come transamminasi - tutte contenenti il cofattore piridossal-fosfato. Esse cataliz-zano il trasferimento reversibile di un gruppo amminico NH2, assieme ad un pro-tone ed un elettrone, da un donatore (di norma un amminoacido) al carbonio car-bonilico di un accettore (di solito un chetoacido) come esemplificato nella reazione catalizzata dallaspartato amminotransferasi (Fig. 6).

Poich le transamminazioni che utilizzano il glutammato rigenerano -chetogluta-rato - precursore di carbonio necessario per lassimilazione dellazoto - queste tran-samminazioni consentono ai processi di assimilazione primaria di proseguire in assenza di una sintesi netta di -chetoglutarato. La capacit dellaspartato ammino-transferasi (AspAT) di convertire importanti composti carboniosi ed azotati lo col-loca in una posizione chiave nella regolazione del metabolismo vegetale. In accor-do con il fatto che laspartato usato per trasferire carbonio, azoto ed equivalenti riducenti tra compartimenti cellulari (navetta malato-aspartato), sono stati localiz-zati isoenzimi di AspAT nel citosol, nei mitocondri, nei cloroplasti e nei perossiso-mi.

Le piante contengono varie amminotransferasi che differiscono per la loro specifici-t di substrato e localizzazione subcellulare. Molti dei pi comuni amminoacidi sono sintetizzati tramite il trasferimento diretto del gruppo amminico del glutam-mato a chetoacidi (derivanti da altre vie metaboliche) in presenza delle appropriate amminotransferasi:

ossalacetato + glutammato aspartato + -chetoglutarato

piruvato + glutammato alanina + -chetoglutarato

gliossilato + glutammato glicina + -chetoglutarato

Gli amminoacidi prodotti in questo modo vengono a loro volta utilizzati per sinte-tizzare ulteriori amminoacidi. Per esempio, le piante contengono unamminotran-sferasi che catalizza il trasferimento del gruppo amminico dellaspartato al piruva-to per formare alanina.

aspartato + piruvato ossalacetao + alanina


203

Figura 6. Formazione di aspartato tramite la via dellaspartato amminotransferasi (AspAT).

I chetoacidi usati nella produzione di aspartato, alanina e glicina sono resi pronta-mente disponibili da svariati processi metabolici (ad esempio il ciclo dellacido ci-trico), a differenza dei chetoacidi usati per la sintesi di altri amminoacidi proteici che sono invece prodotti utilizzando meccanismi diversi. In via generale si pu dire che i chetoacidi -chetoglutarato, ossalacetato e piruvato costituiscono i prin-cipali composti strutturali per la sintesi degli amminoacidi proteici. In aggiunta ai tre acidi organici menzionati, anche il 3-fosfoglicerato ed il fosfoenolpiruvato par-tecipano alla formazione degli amminoacidi.

Alcuni dei meccanismi di sintesi sono rappresentati da modificazioni della struttu-ra di amminoacidi senza lintervento di amminotransferasi (ad esempio, la sintesi di treonina da acido aspartico con intervento di ATP e NADPH). Altri possono co-involgere la sintesi di un chetoacido mediante una via metabolica altamente specia-lizzata e spesso complessa, con il gruppo amminico addizionato per mezzo di una transamminazione nellultimo passaggio, come nel caso dellamminoacido valina prodotto a partire dal 2-chetoisovalerato. Il gruppo amminico, comunque, non sempre introdotto nellultima reazione, come dimostrato dalla sintesi dellacido arogenico, un intermedio nella sintesi degli amminoacidi aromatici fenilalanina e tirosina (Fig. 7).

5. FISSAZIONE BIOLOGICA DELLAZOTO

La riduzione dellazoto molecolare atmosferico in azoto ammoniacale va sotto il nome di fissazione biologica. Le piante eucariote non sono in grado di fissare lazo-to atmosferico (N2) a causa della stabilit del triplo legame che lo rende inerte. Al-cune specie vegetali per (ad esempio, le leguminose) stabiliscono relazioni sim-biontiche con vari organismi procarioti eterotrofi che invece hanno la capacit di fissare lazoto. Si stima che l80-90% dellazoto disponibile per le piante, negli eco-


204

Figura 7. Complesso della nitrogenasi.

sistemi terrestri naturali, abbia origine dalla fissazione biologica dellazoto. In pre-senza di specifiche popolazioni batteriche, le specie vegetali ospiti formano una struttura caratteristica (il nodulo radicale) in cui avviene la fissazione dellazoto. Le attivit combinate della pianta e del batterio creano un ambiente che permette la fissazione dellazoto e la sintesi di ATP da parte del batterio. Le stime della quanti-t di azoto fissato per ettaro su base annua relative alla fissazione biologica sim-biontica oscillano tra 50 e 400 kg di N per ettaro per anno.

La quantit di N2 fissato nei noduli rappresenta mediamente il 75% dellammonta-re di azoto necessario per la crescita dei vegetali, di conseguenza il restante 25% verr assorbito direttamente dai costituenti del suolo o tramite la concimazione azotata. Molti sono i fattori che influenzano la fissazione azotata, tra i pi impor-tanti si ricordano lacidit del suolo ( il maggior fattore che determina la soprav-vivenza e lo sviluppo delle specie batteriche azotofissatrici come il Rhizobium), la specie microbica, la pianta ospite, le condizioni ambientali e la stessa produzione di NH3 (che oltre una certa concentrazione inibisce la nodulazione).

Come detto, le leguminose sono il principale gruppo di piante in grado di fissare lazoto atmosferico. Responsabili di questo processo sono i batteri appartenenti soprattutto ai generi Rhizobium e Bradyrhizobium. Le leguminose di tipo erbaceo non sono le uniche specie ad essere infettate da batteri azotofissatori, vi sono anche leguminose di tipo arboreo cos come altre specie diverse dalle leguminose che possono fissare azoto per intervento di altri microrganismi (es. attinomiceti appar-tenenti al genere Frankia).

Una componente essenziale di qualsiasi simbiosi un accurato mutuo riconosci-mento tra pianta ospite e simbionti batterici. Il riconoscimento ospite-simbionte avviene inizialmente nella rizosfera. Nei sistemi legume-rizobio uno scambio di segnali biochimici sembra essere un prerequisito affinch si stabilisca la simbiosi. Composti rilasciati dalla pianta ospite (generalmente flavonoidi) inducono lespressione di geni batterici (geni nod) che a loro volta portano alla produzione di segnali da parte del batterio che modificano il metabolismo e lo sviluppo della pianta. E stato infatti osservato che i geni nod codificano enzimi che determinano la sintesi di un secondo segnale, un prodotto batterico che agisce come morfogeno capace di indurre la nodulazione della pianta. Queste molecole segnale batteriche vengono definite fattori Nod e sono costituite da lipopolisaccaridi. I fattori Nod sono sufficienti a provocare la deformazione (arricciamento) dei peli radicali e la formazione dei noduli nelle piante ospiti, ma non hanno alcun effetto su specie non ospiti. Ulteriori geni batterici addizionali sono specificatamente espressi durante linvasione e possono giocare un ruolo nella crescita o differenziazione dei batteri.

La pianta ospite viene di solito infettata attraverso i peli radicali che rispondono ai segnali batterici alterando la loro crescita ed arricciandosi per intrappolare il po-tenziale simbionte. I batteri intrappolati nel pelo a forma di ricciolo formano un filamento di infezione utilizzando parte del materiale della parete cellulare del-lospite e proliferano mano a mano che invadono il pelo. Il filamento infettivo, riempito da batteri in attiva divisione, penetra negli strati corticali della radice. Per effetto di questa infezione le cellule corticali sono stimolate a dividersi e da questo processo moltiplicativo si formano cellule tetraploidi da cui successivamente si


205

originano i noduli consistenti in escrescenze tondeggianti e membranose. I batteri vengono quindi rilasciati nelle cellule corticali in divisione in vacuoli delimitati dalla membrana plasmatica stessa della pianta detti simbiosomi. Nei simbiosomi i batteri si differenziano in batteroidi che sono morfologicamente distinti dalle forme batteriche libere. I noduli radicali contengono proteine nodulo-specifiche (noduli-ne) sintetizzate dalla pianta a seguito dellinfezione. I prodotti codificati dalla pian-ta comprendono sia leghemoglobina che proteine di trasporto specializzate nel ri-conoscere la membrana del simbiosoma, oltre che enzimi utilizzati per lassimila-zione dellammonio e la sintesi di molecole usate per trasportare lazoto al resto della pianta.

La fissazione biologica di N2 catalizzata dal complesso enzimatico nitrogenasi presente nel batterio secondo la reazione:

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

La fissazione dellazoto quindi un processo biochimico che consuma energia e che richiede riducenti biologici. Poich la nitrogenasi ed alcune delle proteine che forniscono il potere riducente sono sensibili allossigeno, molti batteri azotofissato-ri sono anaerobi. N la fermentazione, n la respirazione anaerobica sono in grado di ossidare composti ridotti del carbonio cos efficacemente come la respirazione aerobia ed i batteri anaerobici devono utilizzare grandi quantit di substrato per generare lATP richiesto per la fissazione di N2. Al contrario, gli aerobi, pur avendo il vantaggio di produrre elevate concentrazioni di ATP, devono contrastare la sen-sibilit della nitrogenasi allossigeno.

La riduzione biologica di N2 effettuata da due enzimi, la dinitrogenasi e la (di)ni-trogenasi riduttasi. Insieme, questi due enzimi vengono denominati nitrogenasi (Fig. 7). La dinitrogenasi un tetrametro 22 contenente un cofattore. Esistono tre forme di questo cofattore (Co), ognuna identificata per la sua componente metalli-ca. FeMoCo e FeVCo contengono rispettivamente, oltre al ferro, un atomo di mo-libdeno e di vanadio, mentre il solo metallo presente in FeFeCo il ferro. La forma di nitrogenasi contenente molibdeno la sola finora trovata in batteri che mostrano una relazione simbiontica con le piante (MoFe-proteina). La nitrogenasi riduttasi (spesso chiamata Fe-proteina) un omodimero contenente un singolo complesso 4Fe-4S unito ai due monomeri.

Nel ciclo di reazioni di fissazione, la Fe-proteina ossidata accetta un elettrone dalla ferredossina (o dalla flavodossina) ridotta, lega quindi due molecole di ATP e tra-sferisce un elettrone alla dinitrogenasi. I due ATP sono quindi idrolizzati a produr-re due molecole di ADP e due Pi. Successivamente, cambi conformazionali permet-tono alla Fe-proteina ossidata di essere ridotta di nuovo, di legare due molecole di ATP e di continuare il ciclo. Il legame con ATP porta a variazioni conformazionali nella nitrogenasi riduttasi che abbassano il potenziale redox del gruppo metallico (E0 = -400 mV). La nitrogenasi riduttasi trasferisce elettroni singoli sequenzialmen-te alla dinitrogenasi, dove vengono trasferiti al complesso FeMoCo, che a questo punto lega N2. Con la riduzione della dinitrogenasi, il complesso acquisisce fino a quattro protoni prima di legare N2 e prima che la riduzione inizi. In seguito al le-


206

game con N2, si ha il rilascio di idrogeno gassoso come prodotto di scarto della rea-zione globale.

importante sottolineare che la reazione di riduzione di N2 esoergonica e che quindi dal punto di vista termodinamico non richiesta energia e quindi ATP. Lidrolisi di ATP richiesta per abbassare il potenziale redox della dinitrogenasi riduttasi ed assicurare cos la direzione del flusso di elettroni verso la dinitrogenasi e quindi verso la molecola di N2. Per la riduzione dellazoto vengono utilizzati 6 elettroni e pertanto occorreranno 12 molecole di ATP per il completamento della reazione. La stechiometria del meccanismo di reazione enzimatica complessiva pu essere scritta come:

N2 + 12ATP + 6e + 8H+ 2NH4+ + 12ADP + 12Pi4ATP + 2e + 2H+ H2 + 4ADP + 4PiN2 + 16ATP + 8e + 10H+ 2NH4+ + 16ADP + 16Pi + H2

La nitrogenasi produce anche H2 per cui il consumo di ATP maggiore di quello richiesto per la riduzione dellazoto molecolare. Al fine di riciclare gli elettroni usa-ti nella riduzione di H+ ad H2, nei noduli presente in genere una idrogenasi con-tenente nickel.

La nitrogenasi estremamente sensibile alla presenza di ossigeno molecolare, men-tre dallaltro lato i processi ossidativi devono avvenire perch c bisogno di pro-durre grandi quantit di ATP necessario al funzionamento della nitrogenasi stessa. Esistono diversi meccanismi per impedire la diffusione dellossigeno verso la ni-trogenasi. Un esempio rappresentato dalle barriere strutturali poste alla periferia del nodulo rappresentate da strati di cellule a permeabilit variabile allossigeno. Esiste anche un meccanismo biochimico consistente nel fatto che alcune Fe-S pro-teine temporaneamente associate alla nitrogenasi possono legarsi con le molecole di ossigeno facendo cessare lattivit catalitica dellenzima senza che questo venga denaturato. Qualora il tenore di ossigeno diminuisca, le proteine Fe-S si dissociano dalla nitrogenasi che in questo caso riacquista la sua attivit. Un sistema efficace nel regolare il flusso dellossigeno quello legato alla presenza della leghemoglo-bina, una proteina contenente un gruppo eme che lega lossigeno e che viene sinte-tizzata dalla pianta ospite a seguito di infezione. La leghemoglobina non sembra avere un ruolo diretto nella fissazione dellazoto, ma presenta unalta affinit per lossigeno. Si trova situata nella membrana del simbiosoma ed in tale posizione in grado di trattenere lossigeno molecolare prevenendone cos la diffusione allinter-no. Allo stesso tempo ne regola la quantit, rilasciando lossigeno in modo molto efficiente per il processo respiratorio del batteroide. La leghemoglobina agisce co-me un tampone in grado di moderare le variazioni nella concentrazione di ossige-no risultanti dalla fluttuazione della velocit della respirazione o dalla permeabilit della barriera di diffusione.

Sebbene i fotosintati prodotti dalla pianta attraverso il processo fotosintetico entri-no nel nodulo prevalentemente sotto forma di saccarosio, il disaccaride viene con-vertito in acidi organici bicarbossilici prima che il carbonio sia reso disponibile per i batteri. Il saccarosio, attraverso varie reazioni, viene convertito in malato che vie-


207

ne ossidato dal batterio. Gli elettroni sono quindi trasferiti allossigeno mediante una catena di trasporto che termina con una citocromo ossidasi ad alta affinit per generare ATP. Gli acidi organici bicarbossilici forniscono anche gli scheletri carbo-niosi per i composti di trasporto che contengono azoto, come asparagina e glu-tammina, che sono esportati dal nodulo per trasferire lazoto alle altre parti della pianta. In cambio di substrati carboniosi i simbionti batterici fissano lazoto e rila-sciano ammonio che viene assimilato nelle cellule della pianta attraverso il ciclo della glutammina. La riduzione a malato rigenera gli equivalenti riducenti necessa-ri per lassimilazione di NH4+. Il processo di fissazione assai costoso in termini energetici e le piante possiedono meccanismi per sopprimere la formazione e il funzionamento dei noduli se sono disponibili nitrati ed ammonio come fonti azota-te.

6. CONTENUTO DI AZOTO E SUA TRASLOCAZIONE NELLA PIANTA

Il contenuto di azoto nella pianta varia a seconda della specie, dello stadio di svi-luppo e dellorgano preso in considerazione. I sintomi di carenza sono ovviamente rari nelle piante che possono vivere in simbiosi con microrganismi azotofissatori, mentre possono presentarsi in piante che crescono in terreni con una scarsa dispo-nibilit di azoto. I sintomi di carenza si manifestano nelle foglie con fenomeni di clorosi. Tale fenomeno dovuto al fatto che lazoto presente nelle foglie pi vecchie (azoto proteico) viene traslocato in forma amminoacidica a seguito di processi pro-teolitici verso le parti giovani della pianta interessate alla crescita e ridistribuito in particolare verso gli apici vegetativi e le foglie giovani. La proteolisi provoca una disorganizzazione dei cloroplasti e quindi un calo del contenuto di clorofilla. Ecco perch in carenza di azoto si osserva inizialmente uno sbiancamento delle foglie pi vecchie. Nel pomodoro e nel mais la carenza di azoto determina un accumulo di pigmenti (antociani) nei fusti, nei piccioli e nelle nervature delle foglie che im-partiscono allorgano interessato una colorazione violacea.

La carenza di azoto caratterizzata dalla compromissione dellapparato radicale e soprattutto della ramificazione aerea (nei cereali si verificano accestimenti mode-sti). Di conseguenza si ha una ridotta velocit di crescita, le piante rimangono pic-cole, gli steli sono sottili, le foglie sono poco sviluppate e le pi vecchie cadono prematuramente. Pertanto, il rapporto radici/germogli viene incrementato con la carenza azotata.

Al contrario, con laumento della disponibilit di azoto aumenta il rapporto tra la componente epigea e quella ipogea e quindi la resa della coltura. Inoltre, viene in-fluenzata anche la composizione chimica del vegetale con una diminuzione del contenuto di carboidrati di riserva (polifruttosani ed amido), di lignina e dei suoi precursori (fenilalanina e tirosina). Il raggiungimento di valori ottimali determina una maggior conversione dellazoto nelle forme organiche con stimolazione della crescita dellarea fogliare e quindi del processo fotosintetico. Pertanto, la maggior richiesta di composti organici per la assimilazione dello ione ammoniacale nelle


208

forme amminoacidiche non comporter una minore attivit biosintetica di compo-sti quali amido, cellulosa, lipidi, ecc. poich laumento dellattivit fotosintetica sufficiente a soddisfare tali necessit biosintetiche. In queste condizioni non varia perci la composizione, ma si ha un incremento della resa espressa come sostanza secca.

Quando la disponibilit di azoto raggiunge valori eccessivi si osservano incrementi di quantit di azoto nel vegetale sotto forma di ammidi con riduzione dellattivit di tutti quegli enzimi coinvolti nella sintesi di amido, cellulosa e lipidi. Il forte in-cremento dellarea fogliare determina un aumento dellombreggiatura che non consente di avere un corrispondente aumento dellattivit fotosintetica che bilanci gli effetti negativi sopra menzionati.

Le forme azotate vengono trasportate attraverso lo xilema dalle radici alla parte epigea, mentre nel floema avviene la traslocazione dei composti azotati elaborati a livello fogliare verso i frutti, le parti in crescita e le radici. Il tipo di composto azota-to trasportato attraverso lo xilema dipende dal ruolo svolto dalle radici nel metabo-lismo dellazoto allinterno della pianta. Le specie che assorbono in prevalenza azo-to nitrico trasporteranno principalmente lazoto in questa forma, se poi sono anche caratterizzate da un elevato livello di attivit riduttasica, le forme trasportate sa-ranno quelle organiche sintetizzate a livello radicale. Tuttavia, molte specie presen-tano attivit riduttasica elevata sia a livello fogliare che radicale ed in questo caso le forme trasportate saranno sia organiche che inorganiche.

Nel caso di assorbimento di azoto ammoniacale lazoto viene trasportato in forma organica e prevalentemente come asparagina e glutammina. Tra le diverse forme azotate organiche possono esserci anche amminoacidi non proteici quali lomoseri-na, la citrullina oppure alcaloidi.


209

6 Nut.one Azotata

Documents

Transcript of 6 Nut.one Azotata