Fixação do nitrogênio

Mestre em Ciências Biológicas (UFRJ, 2016)
Graduada em Biologia (UFRJ, 2013)

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:

N_2 + 8H^+ + 8e^- + 16 ATP = 2 NH_3 + H_2 + 16 ADP + 16 P

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.

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