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Tecnologia de Materiais Inorgânicos
Ciclo do Nitrogênio
Ciclo do Nitrogênio O ciclo do nitrogênio consiste no fluxo dos átomos deste elemento das sustâncias inorgânicas do meio físico para as moléculas orgânicas constituintes dos seres vivos, como proteínas e os ácidos nucléicos (classe das substâncias nitrogenadas mais importantes).[1] O maior reservatório de nitrogênio é a atmosfera do planeta, apresentando-se na forma de gás nitrogênio ou nitrogênio molecular (N 2) e perfazendo um total de 79% v/v do ar atmosférico. A grande maioria dos seres vivos, entretanto, não consegue utilizá-lo na forma molecular (N2), assim há uma dependência entre estes seres não fixadores de nitrogênio e algumas bactérias que o são capaz, chamada genericamente de bactérias fixadoras de nitrogênio[1] ou diazotrófica. [2] Existe ainda a fixação atmosférica, onde óxidos de nitrogênio formados a partir de fenômenos elétricos reagem com a água produzindo sais e ácidos deste elemento, trazendo-os ao solo junto com a chuva. Processo de fixação atmosférica contribui em 58% de todo nitrogênio fixado.[3] Há evidências da associação de bactérias fixadoras de nitrogênio também com gramíneas (Poaceae), porém, não formando nódulos nas raízes como ocorre com as leguminosas, e fixam nitrogênio atmosférico somente quando não há acúmulo de oxigênio em seu entorno.[2]
Fixação do nitrogênio Algumas bactérias de vida livre, como as cianobactérias fixam o nitrogênio da atmosfera. Outras bactérias (as de vida não livre), no entanto, vivem no interior de células de organismos eucariontes. Isto ocorre com as bactérias do gênero Rhizobium (rizóbios), que vivem associadas principalmente às raízes de plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha). Essas bactérias invadem as raízes de plantas jovens, instalando-se e reproduzindo-se no interior de suas células. As bactérias estimulam a multiplicação das células infectadas, o que leva à formação de tumores, denominados de nódulos (Fig. 1a). Devido a esta simbiose exercida entre plantas leguminosas e os
rizóbios
(podendo
ser
induzida,
artificialmente,
tecnologia capaz
de
reduzir
consideravelmente a adubação mineral nitrogenada e em alguns casos substituí-la, pois o N fixado pode alcançar em média 1500 kg/ha, resultando em expressiva redução do custo de produção da cultura. Essa tecnologia deve-se principalmente aos estudos da pesquisadora Drª. Johanna Döbereiner (1924-2000), rizóbios que podem ser vistos na Fig. 1b)[4], estas podem viver em solos pobres em nitrogênio (nos quais outras plantas não se desenvolvem bem) e ajudam, após sua morte, a enriquecê-lo em relação aos compostos deste elemento (liberando-o na forma de amônia, fertilizando-o). As bactérias também se beneficiam com esta associação, pois utilizam compostos orgânicos fabricados pela planta.[1]
Fig. 1 . a. Nódulos formados a partir da associação entre as bactérias diazotróficas e as células das raízes de plantas leguminosas. b. Nódulos artificiais, criados a partir da inoculação com rizóbios em leguminosas florestais, permitindo assim, a plantação destas em solos pobres em compostos do elemento nitrogênio.
Algumas plantas conseguem aproveitar o nitrogênio na forma de amônia, porém a forma mais utilizada é a de nitrato, NO3-. O processo de formação deste último é denominado nitrificação (Fig. 2), e sua ocorrência dá-se pela ação conjunta de bactérias quimiossintetizantes, conhecidas genericamente como bactérias nitrificantes. As primeiras bactérias a atuar na nitrificação pertencem ao gênero Nitrosomonas, que realizam a oxidação da amônia (utilizando o oxigênio como agente oxidante), produzindo o nitrito (NO2-) num processo exotérmico, utilizando então a energia liberada em seu metabolismo. 2NH3(g) + 3O2(g) 2NO2-(aq) + 2H2O(l) + 2H+(aq) + ENERGIA O nitrito é tóxico para as plantas, mas raramente se acumula no solo por muito tempo, pois é imediatamente oxidado por bactérias do gênero Nitrobacter, que o transformam em nitratos numa reação também exotérmica, a energia liberada também é usada no metabolismo destas bactérias. 2NO2-(aq) + O2(g) 2NO3-(aq) + ENERGIA Nitratos são altamente solúveis em água, o que facilita sua assimilação pelas plantas; estas absorvem os nitratos dissolvidos na água que penetra nos pelos absorventes das raízes. O nitrogênio que compõe o nitrato passa a fazer parte de moléculas orgânicas vegetais, principalmente proteínas e ácidos nucléicos. Quando as plantas são comidas por herbívoros, as substâncias orgânicas nitrogenadas são utilizadas para a constituição das moléculas animais, sendo o mesmo feito por níveis tróficos superiores das cadeias alimentares. A degradação de proteínas e de ácidos nucléicos que ocorre no metabolismo animal produz compostos nitrogenados denominados genericamente excreções, ou excretas, como amônia, uréia e ácido úrico, que são eliminados ao ambiente. Pela ação de decompositores em plantas e animais mortos, o nitrogênio constituinte das moléculas orgânicas retorna ao solo na forma de amônia e pode passar novamente por processos de nitrificação.[1]
Fig. 2 . Ciclo do nitrogênio.
Desnitrificação Enquanto uma parte dos compostos de nitrogênio presentes no solo sofre nitrificação, outra sofre a desnitrificação, processo realizado por bactérias do solo, denominadas genericamente bactérias desnitrificantes. Estas, para obter energia, degradam compostos nitrogenados liberando gás nitrogênio (N2), que retorna à atmosfera.
Adubação Verde Os agricultores interferem deliberadamente no ciclo do nitrogênio com o objetivo de obter maior produtividade em suas culturas. Uma das maneiras de aumentar a quantidade de nitrogênio disponível no solo é por meio do cultivo de plantas leguminosas, como soja, alfafa, feijão, ervilha etc., que abrigam em suas raízes bactérias fixadoras de nitrogênio do gênero Rhizobium. As leguminosas podem ser plantadas tanto junto com planta não-leguminosas, nas chamadas plantações consorciadas, como em períodos alternados com o cultivo de outras plantas, processo chamado de rotação de culturas. Em campos experimentais plantados com leguminosas como alfafa e soja, verificou-se aumento de até 100 vezes na quantidade de nitrogênio fixado, em relação ao sistema natural. Conhecido como adubação verde, o uso de leguminosas é um método eficaz de fertilização do solo.[1] Há outra maneira de fixar o nitrogênio, processo chamado de fixação industrial[5], onde são produzidos compostos nitrogenados usados na fabricação de adubos químicos. O processo de Haber-Bosch tem notório destaque, usando como matérias-primas os compostos N2 e H2.
Referências [1]
Amabis, José Mariano. BIOLOGIA: Biologia das populações. 2ª Edição. São Paulo: Moderna, 2004. p. 308, vol. 3. [2]
Wikipédia. 03 de setembro de 2011 (última atualização feita). BACTÉRIA DIAZOTRÓFICA: Diazotrofismo. http://pt.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9ria_diazotr %C3%B3fica . Acesso em: 11 de outubro de 2011 às 01h 40min. [3]
Wikipédia. 19 de setembro de 2011 (última atualização feita). CICLO DO NITROGÊNIO: Fixação Atmosférica. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_do_nitrog %C3%AAnio#Fixa.C3.A7.C3.A3o_Atmosf.C3.A9rica . Acesso em: 11 de outubro de 2011 às 00h 35min. [4]
Embrapa. ESTIRPES DE RIZÓBIOS PARA INOCULAÇÃO EM LEGUMINOSAS FLORESTAIS: Descrição resumida. http://www.catalogosnt.cnptia.embrapa.br/catalogo20/catalogo_de_produtos_e_servicos /arvore/CONT000gj4bk22t02wx5ok0nfp4wpsph1t7x.html . Acesso em: 11 de outubro de 2011 às 02h 15min. [5]
Wikipédia. 19 de setembro de 2011 (última atualização feita). CICLO DO NITROGÊNIO: Fixação Industrial. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_do_nitrog %C3%AAnio#Fixa.C3.A7.C3.A3o_Industrial . Acesso em: 11 de outubro de 2011 às 02h 20min.
