Mestre em Ciências Biológicas (UFRJ, 2016)
Graduada em Biologia (UFRJ, 2013)
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O gás nitrogênio (N2) é o mais abundante na atmosfera terrestre, representando 79% do volume do ar. Nos organismos, átomos de nitrogênio fazem parte de diversas substâncias orgânicas, como proteínas e ácidos nucleicos. Porém, a maioria dos seres vivos não consegue utilizar o nitrogênio na forma molecular N2. Apenas algumas espécies de bactérias são capazes de utilizá-lo, incorporando os átomos de nitrogênio em suas moléculas orgânicas e disponibilizando-o em outras formas moleculares para o uso de diversas espécies. A esse processo de incorporação de nitrogênio em moléculas orgânicas a partir do N2 dá-se o nome de fixação do nitrogênio, sendo uma etapa essencial do ciclo do nitrogênio. Da mesma forma, as bactérias que realizam a fixação são chamadas de fixadoras de nitrogênio.
Elas podem ter vida livre como é o caso das cianobactérias, ou viver em simbiose com outros organismos. No segundo caso, o exemplo mais conhecido é a associação entre as bactérias do gênero Rhizobium e raízes de plantas, principalmente leguminosas como feijão, soja e ervilha. Essas bactérias fixadoras invadem e se reproduzem no interior das células das raízes das plantas, estimulando a multiplicação das células infectadas, o que leva o desenvolvimento de tumores conhecidos como nódulos das raízes. Essa relação oferece vantagem tanto para a bactéria, que se encontra protegida no interior das raízes e se alimenta dos compostos orgânicos produzidos pela planta, quanto para a planta que usufrui da fixação do nitrogênio.
A fixação do nitrogênio ocorre pela conversão do gás nitrogênio (N2) em amônia (NH3). As bactérias fixadoras possuem um complexo enzimático chamado nitrogenase, que se liga ao gás nitrogênio e doa elétrons para ele em uma sequencia de reações com gasto de energia de moléculas de ATP. Essas reações provocam a redução do N2 produzindo duas moléculas de amônia. A equação geral desse processo é a seguinte:
As leguminosas são capazes de aproveitar a amônia produzida pela fixação de nitrogênio de suas bactérias simbióticas e, dessa forma, são capazes de conquistar ambientes com solo pobre em compostos nitrogenados, onde outras plantas não conseguem se desenvolver. Além disso, quando morrem, essas leguminosas são degradas por bactérias decompositoras liberando no solo o nitrogênio de suas moléculas orgânicas na forma de amônia. Embora muitas plantas ainda não consigam utilizar o nitrogênio na forma de amônia, bactérias nitrificantes do solo são capazes de transformá-lo em nitrito (NO2–) e em seguida em nitrato (NO3–). Este último é o composto nitrogenado mais facilmente assimilado pelos vegetais.
Nos oceanos, a principal fonte de nitrogênio também é o gás nitrogênio atmosférico. A partir dele, as cianobactérias marinhas atuam como fixadoras de forma semelhante a que ocorre no ambiente terrestre, podendo estar associadas a algas. Essas cianobactérias possuem estrutura filamentosa e muitas vezes apresentam uma célula especializada na fixação de nitrogênio chamada de heterocisto, o qual contém enzimas nitrogenase. Assim como no ambiente terrestre, a fixação do nitrogênio no oceano tem um papel fundamental no equilíbrio do ecossistema, sendo um dos principais nutrientes limitantes da produção primária marinha.
Referências:
Amabis, J. M. & Martho, G. R. 2006. Fundamentos da Biologia Moderna: Volume único. 4ª Ed. Editora Moderna: São Paulo, 839 p.
Capone, D. G. 2008. The marine nitrogen cycle. Microbe, 3 (4): 168-192.
Texto originalmente publicado em //www.infoescola.com/biologia/fixacao-do-nitrogenio/
O nitrogênio é encontrado na forma de N2 na atmosfera e é o principal componente do ar, correspondendo a cerca de 78% de sua composição. Apesar de sua grande disponibilidade, poucas espécies são capazes de utilizá-lo dessa forma, sendo essa uma capacidade atribuída a alguns tipos de bactérias e cianobactérias.
A capacidade de capturar o N2 é essencial para garantir que esse elemento consiga completar seu ciclo entre os componentes vivos e físico-químicos do planeta. Nos componentes vivos, o nitrogênio é fundamental, pois faz parte da constituição de proteínas e ácidos nucleicos. Vale destacar também que sua deficiência no solo desencadeia problemas graves na agricultura.
Os animais conseguem utilizar o nitrogênio na forma de compostos orgânicos, tais como aminoácidos e proteínas. As plantas e algas, por sua vez, utilizam o nitrogênio na forma de íons nitrato (NO3-) ou íons amônio. O ciclo do nitrogênio assegura que esse elemento interaja com os organismos vivos e com o ambiente físico-químico.
→ Etapas do Ciclo do Nitrogênio
O ciclo do nitrogênio começa com a transformação do N2 da atmosfera em outros compostos nitrogenados. Essa transformação é denominada de processo de fixação, que pode ser físico, industrial ou biológico. A fixação física do nitrogênio ocorre quando faíscas elétricas ou relâmpagos entram em contato com o nitrogênio, o que causa a formação de amônia. A fixação industrial é realizada em fábricas. A fixação biológica ou biofixação, por sua vez, é a fixação de nitrogênio por micro-organismos, sendo essa a forma mais comum de fixação. Nesse tipo de fixação, bactérias podem converter o nitrogênio gasoso em amônia (NH3) ou íons amônio (NH4+).
Na fixação biológica, destaca-se a ação das bactérias do gênero Rhizobium. Bactérias desse gênero associam-se a plantas leguminosas, vivendo em nódulos de suas raízes. Essa relação estabelecida é um tipo de mutualismo, uma vez que ambas são beneficiadas. Enquanto as plantas fornecem proteção e alimento, as bactérias fornecem-lhe o nitrogênio. Ao morrerem, essas plantas liberam o nitrogênio de suas moléculas orgânicas na forma de amônia (NH3).
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O nitrogênio pode ainda ser oxidado em nitritos e nitratos, em um processo conhecido como nitrificação, que conta com a ajuda de bactérias nitrificantes (Nitrosomonas e Nitrobacter). O processo de nitrificação pode ser dividido em duas etapas: a nitrosação, em que atua a bactéria do gênero Nitrosomonas, e a nitratação, em que atua a bactéria do gênero Nitrobacter. Na nitrosação, a amônia é convertida em nitrito (No2-); na nitratação, os íons nitrito são transformados em nitrato (NO3-). Veja a seguir as reações químicas dessas etapas:
Nitrosação: 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 2H+
Nitratação: 2NO2- + O2 → 2NO3-
Os compostos inorgânicos de nitrogênio liberados no solo são absorvidos e convertidos pelas plantas, algas e algumas bactérias em compostos orgânicos, que passam a estar disponíveis na cadeia alimentar. Nas plantas, o nitrato ajuda na síntese de aminoácidos e bases nitrogenadas.
Os animais utilizam os compostos orgânicos, os quais são obtidos na alimentação, e liberam-nos na forma de excretas. No processo de decomposição, os compostos orgânicos podem ainda sofrer ação de bactérias que os convertem em nitrato, amônia ou até mesmo nitrogênio, capaz de retornar à atmosfera. Caso o nitrogênio siga o caminho de devolução para a atmosfera, diz-se que ocorreu um processo de desnitrificação, o qual é realizado pelas bactérias desnitrificantes.