O Ciclo do Nitrogênio e suas formas

Resumo

  • O nitrogênio é abundante na atmosfera, mas não pode ser usado por plantas ou animais, a menos que seja convertido em compostos de nitrogênio.
  • Bactérias fixadoras de nitrogênio desempenham um papel crucial na fixação do nitrogênio atmosférico em compostos de nitrogênio que podem ser usados ​​pelas plantas.
  • As plantas absorvem os compostos de nitrogênio utilizáveis ​​do solo por meio de suas raízes. Então, esses compostos de nitrogênio são usados ​​para a produção de proteínas e outros compostos na célula.
  • Os animais assimilam o nitrogênio ao consumir essas plantas ou outros animais que contêm nitrogênio. Os humanos consomem proteínas dessas plantas e animais e, então, o nitrogênio é assimilado em nosso sistema.
  • Durante os estágios finais do ciclo do nitrogênio, as bactérias e os fungos ajudam a decompor a matéria orgânica, onde os compostos nitrogenados são dissolvidos no solo, que é novamente utilizado pelas plantas.
  • Algumas bactérias então convertem esses compostos nitrogenados no solo e os transformam em gás nitrogênio. Eventualmente, ele volta para a atmosfera.
  • Esses conjuntos de processos se repetem continuamente e, assim, mantêm a porcentagem de nitrogênio na atmosfera.

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O nitrogênio é um elemento essencial para a vida porque sendo considerado um componente-chave das proteínas e dos ácidos nucléicos. O nitrogênio ocorre em muitas formas e é continuamente reciclado entre essas formas por uma variedade de bactérias. Embora o nitrogênio seja abundante na atmosfera como gás nitrogênio diatômico (N2), ele é extremamente estável e a conversão para outras formas requer uma grande quantidade de energia.

Historicamente, o nitrato (NO3) e a amônia (NH3) são duas formas de nitrogênio biologicamente disponíveis e frequentemente limitadas no ambiente. Entretanto, os processos antrópicos atuais, como produção de fertilizantes, aumentaram muito a disponibilidade de nitrogênio para os organismos vivos.

Importância do Ciclo do Nitrogênio

A importância do ciclo do nitrogênio é a seguinte:

  1. Ajuda as plantas a sintetizar a clorofila a partir dos compostos de nitrogênio.
  2. Ajuda na conversão de gás nitrogênio inerte em uma forma utilizável para as plantas através do processo bioquímico.
  3. No processo de amonificação, a bactéria auxilia na decomposição da matéria animal e vegetal, o que indiretamente auxilia na higienização do meio ambiente.
  4. Nitratos e nitritos são liberados no solo, o que ajuda no enriquecimento do solo com os nutrientes necessários para o cultivo.
  5. O nitrogênio é um componente integral da célula e forma muitos compostos cruciais e biomoléculas importantes.

O nitrogênio também é reciclado por atividades humanas, como a combustão de combustíveis e o uso de fertilizantes de nitrogênio. Esses processos aumentam os níveis de compostos contendo nitrogênio na atmosfera. Os fertilizantes contendo nitrogênio são levados pela água em lagos e rios e resultam em eutrofização.

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Ciclo de nitrogênio

A ciclagem do nitrogênio entre suas várias formas é um processo complexo que envolve vários tipos de bactérias e condições ambientais. Em geral, o ciclo do nitrogênio tem cinco etapas:

  • Fixação de nitrogênio (N2 a NH3/NH4+ ou NO3)
  • Nitrificação (NH3 a NO3)
  • Assimilação (incorporação de NH3 e NO3 em tecidos biológicos)
  • Amonificação (compostos de nitrogênio orgânico para NH3)
  • Desnitrificação (NO3 a N2)

Ciclo de nitrogenio

Fixação de nitrogênio

A fixação de nitrogênio é o processo pelo qual o nitrogênio gasoso (N2) é convertido em amônia (NH3 ou NH4+) por meio de fixação biológica ou nitrato (NO3) por meio de processos físicos de alta energia. O nitrogênio é extremamente estável e uma grande quantidade de energia é necessária para quebrar as ligações que unem os dois átomos de N. O N2 pode ser convertido diretamente em NO3 por meio de processos que exercem uma enorme quantidade de calor, pressão e energia.

Esses processos incluem combustão, ação vulcânica, descargas atmosféricas e meios industriais. No entanto, uma maior quantidade de nitrogênio biologicamente disponível é gerada naturalmente por meio da conversão biológica de N2 em NH3/NH4+. Um pequeno grupo de bactérias e cianobactérias são capazes, usando a enzima nitrogenase, de quebrar as ligações entre o nitrogênio molecular e combiná-lo com o hidrogênio. A nitrogenase só funciona na ausência de oxigênio. A exclusão do oxigênio é realizada de várias maneiras. Algumas bactérias vivem sob camadas de limo que exclui o oxigênio nas raízes de certas plantas. A bactéria mais importante do solo, o Rhizobium, vive em zonas livres de oxigênio em nódulos nas raízes de leguminosas e algumas outras plantas lenhosas. As cianobactérias filamentosas aquáticas utilizam células excluindo oxigênio chamadas heterocistos.

Tipos de fixação de nitrogênio

  1. Fixação atmosférica: fenômeno natural em que a energia do raio quebra o nitrogênio em óxidos de nitrogênio e é então usada pelas plantas.
  2. Fixação industrial de nitrogênio: é uma alternativa artificial que auxilia na fixação de nitrogênio pelo uso de amônia. A amônia é produzida pela combinação direta de nitrogênio e hidrogênio e, posteriormente, é convertida em diversos fertilizantes, como a uréia.
  3. Fixação biológica de nitrogênio: já sabemos que o nitrogênio não pode ser usado diretamente do ar para plantas e animais. Bactérias como o rizóbio e as algas verde-azuladas transformam a forma inutilizável do nitrogênio em outros compostos que são mais facilmente utilizáveis. Esses compostos de nitrogênio são fixados no solo por esses micróbios.

Nitrificação

A nitrificação é um processo de duas etapas em que NH3/NH4+ é convertido em NO3. Primeiro, as bactérias do solo Nitrosomonas e Nitrococcus convertem NH3 em NO2, e então outra bactéria do solo, Nitrobacter, oxida nitrito a nitrato (NO2 à NO3). Essas bactérias ganham energia por meio dessas conversões, que requerem oxigênio para ocorrer.

A reação envolvida no processo de nitrificação é a seguinte:

2NH4+ + 3O2  → 2NO2 + 4H + 2H2O

2NO2 + O → 2NO3

Assimilação

A assimilação é o processo pelo qual as plantas e animais incorporam o nitrato e a amônia formados através da fixação de nitrogênio e nitrificação. As plantas absorvem essas formas de nitrogênio por meio de suas raízes e as incorporam às proteínas vegetais e aos ácidos nucléicos. Os animais são então capazes de utilizar o nitrogênio dos tecidos vegetais.

Ammonificação

A assimilação produz grandes quantidades de nitrogênio orgânico, incluindo proteínas, aminoácidos e ácidos nucléicos. A amonificação é a conversão de nitrogênio orgânico em amônia. A amônia produzida por esse processo é excretada no meio ambiente e fica então disponível para nitrificação ou assimilação.

Desnitrificação

A desnitrificação é a redução de nitrato a nitrogênio gasoso por bactérias anaeróbias. Esse processo ocorre apenas onde há pouco ou nenhum oxigênio, como no fundo do solo próximo ao lençol freático. Consequentemente, áreas como pântanos fornecem um lugar valioso para reduzir os níveis de excesso de nitrogênio por meio de processos de desnitrificação.

Formas comuns de nitrogênio

As formas mais comuns de nitrogênio inorgânico no ambiente são gás nitrogênio diatômico, nitrato, nitrito, amônia e amônio. As espécies que predominam dependem do ambiente químico, físico e biológico. Em ambientes aquáticos, a presença de nitrogênio na forma de amônio (NH4+) é dependente do pH e da temperatura.

Quando o pH está abaixo de 8,75, o predomina. Aumentos no pH significam aumentos na concentração do íon hidroxila (OH) da água, o que significa que a reação acima se deslocará para a esquerda a fim de atingir o equilíbrio. Acima de um pH de 9,75, o NH3 predomina. A amônia é mais tóxica para a vida aquática. Se a assimilação biológica da amônia não estiver ocorrendo em uma taxa suficiente, a amônia pode se acumular e causar efeitos prejudiciais à vida aquática.

Em solos, os íons amônio são fortemente sorvidos por partículas de argila e matéria orgânica, que têm uma carga superficial negativa. Em solos alcalinos, o íon amônio será convertido em gás amônia e perdido na atmosfera. Sob condições de cultivo quentes, o íon amônio no solo será transformado em nitrato por meio da nitrificação. O nitrato é muito solúvel e pode ser facilmente lixiviado do solo sob condições úmidas.

Monitoramento de nitrogênio

O monitoramento dos níveis de nitrogênio é necessário por vários motivos, incluindo a detecção de tendências e níveis de nutrientes de linha de base, prevenção da eutrofização, maximização da produtividade do solo e minimização dos efeitos tóxicos do envenenamento por amônia ou nitrito.

Fonte

Hem, JD 1985. Estudo e interpretação das características químicas da água natural. Washington, DC, USGS Water-Supply Paper 2254

Raven, PH, Evert, RF e Eichhorn, SE 1992. Biology of Plants. Quinta edição. Worth Publishers, New York, New York. pp. 602-611.

Byju´s – ciclo de nitrogênio

Biology Wise

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