O nitrogênio (N) é um elemento químico que entra na constituição de duas importantíssimas classes de moléculas orgânicas: proteínas e ácidos nucléicos. Além disso, o nitrogênio é componente de um nucleotídeo essencial a todos os seres vivos da biosfera: o ATP. Embora esteja presente em grande quantidade no ar (cerca de 79%), na forma de N2, poucos seres vivos o assimilam nessa forma. Apenas alguns tipos de bactérias, principalmente cianobactérias, conseguem captar o N2, utilizando-o na síntese de moléculas orgânicas nitrogenadas.
IMPORTÂNCIA DO N2
O nitrogênio é indispensável à vida, uma vez que entra na constituição das proteínas (está presente nos aminoácidos das proteínas) e ácidos nucléicos (nas bases nitrogenadas). Admite-se, que 16% do corpo humano seja constituído por proteínas. A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera. Citou-se ainda que cerca 79% do ar atmosférico é formado por nitrogênio livre (N2 – gás), mas a maioria dos seres vivos é incapaz de aproveitá-lo no seu metabolismo. No ciclo do nitrogênio participam bactérias, algas azuis (cianofíceas) e fungos.
O nitrogênio utilizável pelos seres vivos é o combinado com o hidrogênio na forma de amônia (NH3). A transformação do N2 em NH3 é chamada fixação. Fenômenos físicos, como os relâmpagos e faíscas elétricas, são processos fixadores de nitrogênio. A produção de amônia por esses fenômenos atmosféricos é
pequeníssima, sendo praticamente negligenciável em face às necessidades dos seres vivos. A fixação do nitrogênio por esses meios é denominada fixação física.
Outra forma de fixação de nitrogênio é a fixação industrial, realizada por indústrias de fertilizantes, onde se consegue uma elevada taxa de fixação de nitrogênio.
A fixação do nitrogênio realizada pelas bactérias, algas azuis e fungos que vivem livres no solo ou associados às raízes de plantas é denominada de fixação biológica ou biofixação. As bactérias do gênero Rhizobium, algas azuis do gênero Anabaena e Nostoc e certos fungos são organismos fixadores de nitrogênio que vivem associados a plantas, principalmente a leguminosas. Esses microrganismos, conhecidos genericamente por “radícolas”, vivem em nódulos nas raízes das plantas, estabelecendo uma relação de mutualismo, ou seja, eles recebem proteção da planta e em troca lhe fornecem um farto suprimento de nitrogênio aproveitável (NH3). A gimnosperma araucária é um exemplo de uma planta que não é leguminosa, mas apresenta nódulos em suas raízes com fungos capazes de fixar nitrogênio.
A amônia pode ser produzida por dois tipos de biofixadores de vida livre: bactérias dos gêneros Azotobacter (aeróbias) e Clostridium (anaeróbias). Quando os decompositores começam a atuar sobre a matéria orgânica nitrogenada (proteínas do húmus, por exemplo), liberam diversos resíduos para o ambiente, entre eles a amônia (NH3). Combinando-se com a água do solo, a amônia forma hidróxido de amônio que ionizando-se produz o íon amônio (NH4+) e hidroxila. Esse processo é denominado de amonização:
A oxidação dos íons amônio produz nitritos como resíduos nitrogenados, que por sua vez são liberados para o ambiente ou oxidados a nitrato. A conversão dos íons amônio em nitrito e nitrato é conhecida por nitrificação, que ocorre pela ação de bactérias nitrificantes (Nitrosomas, Nitrosococus, Nitrobacter). O processo de nitrificação pode ser dividido em duas etapas:
• Nitrosação: A amônia é transformada em nitrito (NO2–):
• Nitração: Ocorre a transformação do íon nitrito em íon nitrato (NO3–):
Os nitratos, quando liberados para o solo, podem ser absorvidos e metabolizados pelas plantas. Assim, o ciclo do nitrogênio envolve três processos:
• Nitrosação: Conversão de íons amônio em nitritos;
• Nitração: Conversão de nitritos em nitratos;
• Nitrificação: Conversão de íons amônio em nitratos.
As bactérias nitrificantes são quimioautróficas, ou seja, utilizam-se da energia liberada na nitrificação para sintetizar as suas substâncias orgânicas. Por meio de excreção ou da morte, os produtos nitrogenados dos organismos são devolvidos ao ambiente. Os excretas nitrogenados eliminados para o ambiente, como uréia e ácido úrico, são transformados em amônia pela ação de bactérias e fungos decompositores.
Outros compostos nitrogenados, como proteínas, por exemplo, são degradados por ação de bactérias e fungos, transformando-os em amônia. A decomposição que se apresenta como produto final é denominada amonificação.
A amônia produzida pelos fixadores ou pela amonificação pode ser aproveitada pelas bactérias nitrificantes ou ser transformada em N2 livre, desprendendo-se para a atmosfera. Essa devolução de nitrogênio para a atmosfera é conhecida por desnitrificação e é comumente realizada pelas bactérias desnitrificantes (Pseudomonas denitificans). Aparentemente indesejável, a desnitrificação é necessária porque, se não ocorresse, a concentração de nitratos no solo aumentaria de maneira desastrosa.
O ciclo do nitrogênio, assim como o do carbono, é um ciclo gasoso. Apesar dessa similaridade, existem algumas diferenças notáveis entre os dois ciclos:
• a atmosfera é rica em nitrogênio (78%) e pobre em Carbono (0,032%);
• apesar da abundância de nitrogênio na atmosfera, somente um grupo seleto de organismos consegue utilizar o nitrogênio gasoso;
• o envolvimento biológico no ciclo do nitrogênio é muito mais extenso do que no ciclo do carbono.
Créditos: Rogério da Silva Rosa, Rossine Amorim Messias e Beatriz Ambrozini, Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo (USP) | Livro Biologia, César e Sezar, Ed. Saraiva | Ambiente Brasil | Prof.ª Dr.ª Ruth Néia Teixeira Lessa, Instituto de Químca e Geociência, Universidade federal de Pelotas (UFPel)