Fixação de Nitrogênio por Bactérias

Licenciatura Plena em Química (Universidade de Cruz Alta, 2004)
Mestrado em Química Inorgânica (Universidade Federal de Santa Maria, 2007)

O conhecimento científico da natureza e de suas leis tem sido um dos pilares do desenvolvimento humano, pois traz alento à incessante insatisfação desta espécie em torno de sua própria condição. Uma vez que, mesmo sob certa limitação, compreende-se uma realidade em um contexto mais amplo, inequivocamente sente-se melhor adaptado nesta.

Há uma grande quantidade de gás nitrogênio (N2) na atmosfera, mas as plantas são incapazes de utilizá-lo, pois o N2 é muito estável termodinamicamente e, consequentemente, inerte. Sua estabilidade é devido à sua tripla ligação entre os dois átomos de nitrogênio que compõe a molécula, resultando em uma elevada energia de dissociação. As energias e distâncias de ligação nas espécies diatômicas de nitrogênio são reunidas na Tabela 1.

O solo fértil contém nitrogênio combinado, principalmente na forma de nitratos, nitritos, sais de amônio ou uréia, CO(NH2)2. Esses compostos são absorvidos da água do solo pelas raízes das plantas em um processo conhecido como fixação do nitrogênio. Algumas poucas espécies de bactérias e cianobactérias podem “fixar” o nitrogênio atmosférico, ou seja, transformar o N2 gasoso em compostos de nitrogênio; nitratos ou sais de amônio.

O gênero mais importante dessas bactérias é o Rhizobium. Elas vivem em simbiose nos nódulos das raízes das plantas da família das leguminosas, por exemplo, ervilhas, feijão, trevo e amieiro. Outras bactérias nitrificantes vivem livres no solo, por exemplo as bactérias aeróbicas tais como Azobacter e Beijerinckia, e as bactérias anaeróbicas como Clostridium pastorianum. Essas bactérias necessitam de pequenas quantidades de certos metais de transição como molibdênio, ferro, cobalto e cobre, e também de boro do solo.

A enzima fixadora de nitrogênio “nitrogenase” foi isolada do Clostridium pastorianum em 1960: o mesmo sistema enzimático é responsável pela fixação de nitrogênio nas demais bactérias. A nitrogenase contém dois componentes. Um deles é uma proteína de molibdênio e ferro, de massa molecular 220.000 g, contendo 24-32 átomos de ferro, dois de molibdênio e um grupo sulfeto lábil. O outro é uma ferro-proteína de massa molecular 60.000 g, contendo 4 átomos de ferro e 4 de enxofre. A nitrogenase reduz N2 a amônia (NH3).

Como mecanismo de fixação, o qual ainda não está totalmente elucidado, supõe-se que o N2 forma um complexo com a proteína de ferro e molibdênio (Fe-Mo). A coordenação de apenas um dos átomos de nitrogênio ao metal é favorecida nos complexos de N2. Nesse caso, a doação do par de elétrons do nitrogênio ao metal formando uma ligação k é mais importante que a retrodoação do metal para o nitrogênio. A nitrogenase também é capaz de reduzir N2O, RCN e N3- a NH3; reduz-se também etino, C2H2, a eteno, C2H4.

Referências:
MOORE, D. S. & ROBINSON, S. D.; Adv. Inorg. Chem. Radiochem, 30, 1-68, 1986.
ATKINS, P.; JONES, L.; Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente, Porto Alegre, Bookman, 2001.
RUSSELL, J. B.; Química Geral V.2, São Paulo, Makron Books, 1014-1016, 1994.
LEE, J. D.; Química Inorgânica Não Tão Concisa, Sãp Paulo, Chapman & Hall, 236-239, 1996.

Arquivado em: Bioquímica