O ciclo do nitrogênio

Ao contrário da energia, que flui num só sentido e se degrada ao passar pelos vários elos das cadeias alimentares, muitos nutrientes circulam no ecossistema de forma cíclica. Entre esses nutrientes incluem-se a água, o carbono, o nitrogênio, o cálcio, o potássio, o enxofre e alguns outros minerais requeridos em quantidade pequena, como o cobalto, o zinco, etc.

Esses ciclos são chamados também biogeoquímicos, porque incluem componentes biológicos (produtores, consumidores e decompositores) e componentes geológicos (atmosfera, litosfera e hidrosfera).

É fundamental a atividade dos decompositores nestes ciclos, já que, ao degradarem os restos orgânicos de animais e vegetais, devolvem à água, e à atmosfera, os materiais - sais minerais - que constituem estes restos e que entrarão novamente nos corpos de animais e plantas reiniciando os ciclos - reciclagem.

O ciclo do nitrogênio

Microrganismos do ciclo do nitrogênio - fixação

O nitrogênio atmosférico (N₂) é fixado industrialmente para a produção de fertilizantes. A maior parte do nitrogênio retirado do ar é fixado biologicamente por certas bactérias (aproximadamente 150 milhões de toneladas por ano). Estas tanto podem ter vida livre no solo (Azotobacter), quanto viver em associação mutualística com células de raízes de leguminosas, como o feijão (bactérias do gênero Rhizobium).

Sabe-se há muito tempo que o cultivo contínuo de certas plantas esgota a fertilidade do solo. Esse esgotamento se deve, em grande parte, à retirada de sais de nitrogênio do solo pelas plantas, sem haver a necessária reposição. No entanto, o cultivo de plantas como feijão, alfafa, trevo, ervilhas, tremoço, etc., aumenta novamente a quantidade de nitrogênio existente no solo. Isso ocorre porque essas leguminosas possuem em suas raízes inchaços, chamados nódulos, nos quais ocorre associação entre bactérias do gênero Rhizobium e as células das raízes.

As bactérias transformam o nitrogênio do ar em amônia, que pode ser utilizada pela planta. Parte da amônia que fica no solo pode ser transformada em nitritos, e em seguida nitratos, que podem ser absorvidos pelas plantas. Assim, o vegetal incorpora o nitrogênio aos aminoácidos que produz. O material orgânico produzido pela planta, por sua vez, beneficia as bactérias.

Nos ecossistemas aquáticos e nos locais onde podem sobreviver, são as algas verde-azuladas (cianobactérias) as responsáveis pela fixação do nitrogênio.

Nitrificação

As bactérias nitrificantes têm importante papel no ciclo do nitrogênio: permitem que a amônia (NH₃), proveniente da produção por bactérias fixadoras, da excreção de animais e putrefação de matéria orgânica, seja convertida em nitratos ( NO₃^-) diretamente absorvidos pelas plantas.

A produção de nitratos ocorre em duas etapas; cada uma é realizada por bactérias quimiossintetizantes altamente especializadas: as Nitrosomonas  e as Nitrobacter.

As Nitrosomonas transformam amônia em nitritos. Simplificadamente:

Os nitritos são tóxicos às plantas; raramente, porém, se acumulam no solo.

As Nitrobacter transformam nitritos em nitratos. De maneira simplificada:

Os nitratos assim formados podem ser absorvidos pelas plantas verdes. Na realidade, no interior da célula vegetal, os nitratos são reconvertidos a amônia, que é utilizada para a produção de aminoácidos.

Um fato importante e que precisa ser frisado: as bactérias nitrificantes são autótrofas quimiossintetizantes. Como as plantas verdes, elas podem fabricar substâncias orgânicas a partir da matéria-prima simples; contrariamente às plantas, porém, não utilizam luz. Para produzir matéria orgânica, usam a energia liberada na oxidação da amônia ou do nitrito.

Desnitrificação

O papel das bactérias desnitrificantes é vital, já que ao contrário das fixadoras de N₂, elas partem de compostos nitrogenados como nitratos e nitritos e matéria orgânica nitrogenada, extraindo delas o N₂ que é devolvido à atmosfera, fechando-se assim o ciclo.

No solo, há várias espécies de bactérias desnitrificantes, como Pseudomonas denitrificans, que quando obrigadas a viver em ausência de oxigênio, utilizam o nitrato ou o nitrito como aceptor de elétrons, podendo oxidar seus compostos orgânicos. Assim a desnitrificação é basicamente um processo de respiração anaeróbica.

Veja a reação simplificada:

Já que as bactérias desnitrificantes também podem usar o O₂ quando disponível, para sua respiração, fica fácil entender que a desnitrificação não ocorre em grande escala em condições aeróbicas. Áreas típicas onde ocorre desnitrificação são, por exemplo, os pântanos, onde o fluxo de O₂ é limitado.

Na forma de nitrato (NO₃^-), o nitrogênio é incorporado pelas plantas, passando a fazer parte de suas moléculas orgânicas principalmente proteínas e ácidos nucleicos. Quando os vegetais são comidos pelos herbívoros, o nitrogênio das moléculas vegetais é utilizado para a constituição das moléculas animais (anabolismo). O mesmo ocorre nos níveis tróficos superiores das cadeias alimentares.

Nos níveis dos consumidores, as proteínas e ácidos nucleicos assimilados são degradados, produzindo resíduos nitrogenados, tais como amônia, ureia e ácido úrico, que são eliminados por meio da excreção.

Avalie a aula