1 GRUPO FISIOLOGIA VEGETAL FINALIZADO

Prévia do material em texto

1
Lista de Abreviaturas.
FN- Fixação do nitrogênio;
FBN- Fixação Biológica do Nitrogênio;
BMN - Balanço do Metabolismo do Nitrogênio;
BOA- Bactérias Oxidadoras de Amônia;
AOA- Arquéias Oxidadoras de Amônia.
2
Resumo.
Embora a atmosfera seja rica em nitrogênio, as plantas não podem aproveitá-lo,
excepto as que fazem associação simbiótica com microrganismos. A fixação
simbiótica do nitrogênio ocorre nos nódulos formados nas raízes das plantas
hospedeiras através da ação da dinitrogenase, presente nas bactérias fixadoras. A
função da planta é fornecer moléculas de carboidratos produzidas na fotossíntese aos
bacterióides para que esses viabilizem, através do seu próprio metabolismo, a
conversão do nitrogênio em ião amônio.
Esse ião é rapidamente incorporado em amidas (glutamina ou asparagina), que depois
são exportadas pelas células e utilizadas nas reações de formação dos aminoácidos.
As plantas que não se associam geralmente absorvem o nitrogênio do solo na forma
de nitrato, que então é transformado em ião amônio e depois incorporado em
moléculas orgânicas.
Palavras-Chave: fixação, metabolismo.
3
ÍNDICE:
Lista de Abreviaturas. .................................................................................................... 1
Resumo. ......................................................................................................................... 2
1.Introdução. .................................................................................................................. 4
2. Objectivo: ...................................................................................................................4
3. Metodologia. .............................................................................................................. 5
4. Balanço do Metabolismo do Nitrogenio. ...................................................................6
1. Fixação de Azoto .............................................................. Error! Bookmark not defined.
a) Fixação do nitrogénio .......................................................Error! Bookmark not defined.
b) Amonização ......................................................................Error! Bookmark not defined.
c) Nitrificação .......................................................................Error! Bookmark not defined.
5. Nitrificação por microrganismos do Domínio Archae ..... Error! Bookmark not defined.
7.Oxidação anaeróbia da amônia (anammox) ...................... Error! Bookmark not defined.
8.Redução assimilatória do nitrato (Imobilização) ...................................................... 25
d) A desnitrificação ......................................................................................................25
10. Conclusão. ..............................................................................................................28
11. Referências bibliográficas. .....................................................................................29
4
1.Introdução.
O nitrogênio é um dos macronutrientes requeridos em grandes quantidades pelas
plantas para a produção de proteínas, ácidos nucléicos, hormônios, clorofila e de
vários outros compostos importantes para o metabolismo celular. A atmosfera é rica
(80%) em dinitrogênio (N2), o nitrogênio que está na forma molecular, mas as plantas
não possuem enzimas capazes de converter esse nitrogênio em moléculas orgânicas.
Apenas os procariotos são capazes de efetuar tal processo; as plantas podem se
beneficiar desse processo apenas quando estão em associação simbiótica com tais
organismos. As plantas que não fazem associações simbióticas para fixar o nitrogênio
absorvem o nitrogênio do solo na forma de ião nitrato (NO3–) ou de ião amônio
(NH4+). Mas o nitrato é facilmente lixiviado do solo pelas águas da chuva e assim o
nitrogênio, na maioria dos casos, apresenta-se como fator limitante para o crescimento
das plantas.(MARTINEZ-ROMERO, 2006).
2. Objectivo:
2.1. Objectivo geral.
 Caracterizar o análise do metabolismo do nitrogênio.
2.2. Objectivos específicos:
 Compreender o metabolismo do nitrogênio;
 Explicar as formas de fixação do nitrogênio;
 Interpretar esquemas sobre o metabolismo do nitrogênio;
 Fazer esquema sobre o ciclo de nitrogênio na natureza;
 Descrever o papel dos organismos que estão envolvidos no ciclo do nitrogênio.
5
3. Metodologia.
A Pesquisa foi realizada a partir de uma perspetiva qualitativa em forma de revisão
bibliográfica, buscando através de análise dos dados e de diversas informações
coletadas em livros, artigos, sites e revistas a respeito das mais diversas metodologias
de ensino utilizadas no ensino e tambem Para o desenvolvimento deste trabalho serão
tidos em consideração algumas pesquisas objetivas e centralizadas de obras
específicas, em torno dos temas em destaque, bem como pesquisas na internet viradas
ao tema. Porem, serão recolhidos e analisadas algumas doutrinas e teses científicas de
alguns intervenientes percursores da fisiologia vegetal. Finalmente será apresentada
uma reflexão final para apresentar as considerações tidas como relevantes.
6
4.Balanço do Metabolismo do Nitrogênio.
O nitrogênio foi descoberto em 1772 pelos ingleses Daniel Rutherford e Joseph
Priestley. O químico francês Antoine Lavoisier (considerado o fundador da química
moderna) verificou, em 1789, que os animais morriam quando se retirava do ar o gás
que permitia a vida. Por isso, designou o “ar” que ficava sem o azoto por “a-zote”,
palavra de origem grega que significa “sem vida”. O nitrogênio (N), cujo número
atômico é sete (7) compõe aproximadamente 80% da atmosfera. Entretanto, os
animais e as plantas não podem absorvê-lo diretamente do ar na forma do gás N2.
Geralmente as formas disponíveis ou “combinadas” de nitrogênio para a nutrição dos
seres vivos incluem as combinações amoniacais (NH4+), nítricas (NO3-) ou orgânicas
(R-NH2) que são metabolizadas visando à construção de biomassa(MARTINEZ-
ROMERO, 2006).
4.1. Origem do Nitrogenio.
dinitrogênio presente na atmosfera pode ser incorporado ao solo na forma de amônia,
através da fixação biológica, pela fixação industrial e pela fixação pela ação das
descargas elétricas, na forma de nitrato. O nitrogênio do solo é absorvido pelos
vegetais na forma de nitrato e incorporado em moléculas de aminoácidos e outras
moléculas. Passa para os animais que se alimentam de plantas e retorna para o solo
através da decomposição dos organismos ou dos dejetos. Durante o processo de
decomposição da biomassa animal e vegetal por fungos e bactérias, ocorre o processo
de amonificação (mineralização), sendo a amônia (NH3 ) dos compostos nitrogena
dos liberada para o solo. A amônia através do processo de nitrificação, conduzido
pelas bactérias nitrificantes, pode ser convertida em nitrito, pelas bactérias
Nitrosomonas e Nitrococcus, e o nitrito pode ser convertido em nitrato, pela
Nitrobacter. O nitrato, por sua vez, pode voltar à atmosfera através do processo de
desnitrificação realizado por certas bactérias presentes no solo, que reduzem o nitrato
a dinitrogênio, aproximadamente 93-190 milhões de toneladas por ano
(MARTINEZ-ROMERO, 2006).
7
Fig. 1. Representação esquemática do ciclo do nitrogénio
4.2. Fixação de nitrogênio ou Azoto.
Por fixação do nitrogênio entende-se o processo pelo qual este elemento passa da
forma molecular como se encontra na atmosfera, para uma forma química, orgânica
ou inorgânica, disponível para organismos. Assim, tanto o processo químico como os
processos biológicos são classificados como formas de fixar o nitrogênio:
4.3. Fixação biológica do nitrogênio
A fixação biológica do nitrogênio (FBN) é um processo enzimático em que o N2 é
reduzido a NH3 pela ação de microrganismos de vida livre, associados às plantas ou
simbiontes. Evolutivamente, acredita-se que a FBN tenha se desenvolvido quando as
reservas geoquímicas de nitrogênio se tornaram escassas na biosfera. O esgotamento
dosóxidos de nitrogênio (nitratos e nitritos) pelos organismos teria, provavelmente,
limitado seus crescimentos e ocasionado uma pressão seletiva, que favoreceu o
aparecimento da diazotrofia (LEMOS, 2011).
Este termo refere-se a microrganismos diazotróficos, ou seja, organismos com
capacidade de fixar o N2. Apesar de a atmosfera ser composta de 80% de gás
dinitrogênio (N2) organismos eucariotos, como plantas e animais, não conseguem
utilizar este elemento diretamente. O problema básico para a fixação do nitrogênio é a
presença da ligação tripla (N≡N), que torna este gás extremamente estável à
temperatura ambiente. O rompimento desta tripla ligação por microrganismos requer
a enzima nitrogenase (LEMOS, 2011).
Os genes que codificam para esta enzima são amplamente encontrados no Domínio
Bacteria e mesmo no Domínio Archaea. São conhecidos três tipos de nitrogenase:
8
uma que possui molibdênio (Mo, nitrogenase-1) e ferro (Fe), outro em que o vanádio
(V) substitui o Mo (nitrogenase-2), em condições onde a concentração desse elemento
é baixa, e, uma terceira, que não parece conter nem molibdênio nem vanádio.
A enzima nitrogenase é extremamente sensível ao oxigênio, uma vez que esta
molécula pode reagir com o componente Fe das proteínas. As bactérias Azotobacter
spp., um diazotrófico aeróbio do solo e Rhodopseudomonas palustris, uma bactéria
fotossintetizante apresentam os três tipos de nitrogenase, o que é uma vantagem
quando o Mo é limitante nos solos (BELLENGER et al., 2011).44
A proteção da nitrogenase da molécula de O2 não é um problema para as bactérias
anaeróbias, mas poderia se tornar um grande obstáculo para espécies aeróbias, tais
como cianobactérias, bactérias aeróbicas de vida livre (Azotobacter e Beijerinckia) e
para as bactérias que fixam o N2 em simbiose com leguminosas. Entretanto, estes
microrganismos possuem formas de evitar o contato do O2 com a enzima nitrogenase.
Nas espécies de Azotobacter, o seu elevado metabolismo respiratório mantém baixos
os níveis de O2 nas células (LEMOS, 2011).
Outras bactérias são capazes de produzir polissacarídeos extracelulares, que limitam a
difusão de O2 para o interior das células. Nas cianobactérias, a fixação do nitrogênio
ocorre em células especiais denominadas heterocistos, que possuem somente o
fotossistema I (usado para gerar ATP pelas reações mediadas pela luz) e não geram
oxigênio. Na associação simbiótica com leguminosas, a fixação do N2 ocorre em
estruturas denominadas nódulos (LEMOS, 2011).
Após a formação destes, diversas proteínas são sintetizadas e uma delas, a
leghemoglobina, controla o suprimento de oxigênio para os tecidos nodulares.
Os microrganismos fixadores de N2 podem existir como organismos de vida livre e
em associações com diferentes graus de complexidade com as plantas. Estes
microrganismos podem ser divididos em:
1. Fixadores não-simbióticos ou de vida livre;
2. Fixadores associativos, que formam uma relação casual e pobremente estruturada
com raízes ou porções aéreas das plantas; e
3. Fixadores simbióticos que fixam o N2 em associações organizadas com plantas
superiores.
9
4.3.2. A fixação simbiótica do nitrogênio em leguminosas.
A fixação biológica do N2 (FBN) em leguminosas é um processo chave para a
sustentabilidade agrícola devido ao seu reduzido impacto no ambiente, em relação à
utilização de fertilizantes nitrogenados. Estes fertilizantes são produzidos por meio da
síntese química da amônia, que gera grandes quantidades de CO2, que é um gás de
efeito estufa. A fixação biológica do nitrogênio em plantas da família Leguminosae
ocorre pela associação simbiótica com bactérias coletivamente conhecidas como
rizóbio, que interagem com as raízes para formar estruturas especializadas
denominadas nódulos.
Nos nódulos, o rizóbio na forma pleiomórfica (bacteroide) fixa o N2 atmosférico e o
converte para uma forma combinada, a amônia, que pode ser utilizada pela planta
hospedeira. Essa reação é endergônica e para que ela ocorra é necessário o
fornecimento de energia armazenada na forma de ATP (HOFFMANN, 2007).
A planta fornece aos rizóbios fontes de carbono e ambiente favorável à fixação do
N2 . As taxas de fixação de N2 variam com o hospedeiro, com o microssimbionte e
com as condições ambientais. Leguminosas de grãos fixam de 25 a 200 kg N ha-1 por
ciclo de crescimento e suprem de 40 a 100 % das necessidades de N da planta. ou seja,
os nódulos em leguminosas são formados da seguinte maneira: inicialmente as
bactérias fixadoras percebem a liberação, pelas raízes das plantas, de substâncias,
como a homoserina (raízes de ervilha) ou os flavonoides que exercem a função de
atração das bactérias para próximo das raízes. Em seguida, as bactérias se ligam à
epiderme da raiz, mais precisamente aos pelos radiculares.
A membrana citoplasmática das células do pelo radicular sofre invaginação e origina
o canal de infecção, através do qual as bactérias penetram e alcançam as células do
córtex da raiz. Uma vez alojadas nas células do córtex, as bactérias induzem a
produção de fito-hormônios pelas células da planta que induzem a proliferação celular
e formação do nódulo. Uma vez dentro das células, as bactérias, que são flageladas,
perdem os flagelos e se diferenciam em células especializadas na fixação de
nitrogênio, funcionando como uma organela dentro da célula vegetal. Nesse estágio,
são chamadas de bacterioides.
10
A diferenciação em bacterioide é marcada por certos eventos, como a síntese das
enzimas e de outros fatores requeridos para a fixação do nitrogênio. À medida que o
nódulo envelhece, são estabelecidas conexões vasculares com o sistema vascular da
raiz para auxiliar na distribuição dos compostos nitrogenados resultantes
da fixação simbiótica do nitrogênio.
4.3. Tipos de fixação do nitrogenio.
a) Fixação Industrial:
Através de processos industriais (nomeadamente o processo de Haber - Bosch) é
possível produzir amoníaco (NH3) a partir de azoto (N2) e hidrogênio (H2). O
amoníaco é produzido principalmente para uso como fertilizante cuja aplicação
sustenta cerca de 40% da população mundial.
b) Fixação Atmosférica:
A fixação atmosférica ocorre através dos relâmpagos, cuja elevada energia separa as
moléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas de
oxigênio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este é
posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo.
5.Formas de fixação do nitrogênio.
A transformação do gás nitrogénio (N2) em substancias – como a amónia e o nitrato,
que depois podem ser incorporadas as substancias orgânicas pelos seres vivos, é
chamada fixação do nitrogénio. A fixação é feito por algumas bactérias (inclusive
cianoficeas = cianobacterias) que consegue utilizar o nitrogeio atmosférico, fazendo-
o reagir com o hidrogénio e assim produzindo amónia. Esta é então usada na síntese
de aminoácidos. Para isso, utilizam uma enzima especial: a nitrogenase. O processo
pode ser resumido da seguinte maneira:2N2 + 6H2O → 4NH3 + 3O 2.
A amónia pode então combinar-se com o gás carbónico para formar aminoácidos,
como por exemplo a glicina: 2NH3+2H2O+ 4CO2 → 2CH2NH2COOH + 3O2
(glicina).
O processo envolve, no entanto, um custo energético muito alto. Entre as
cianobacterias fixadoras, temos a Nostoc e a Anabaena; entre outras bactérias, temos
a Azotobacter e a Clostridium. Há também as bactérias de género Rhibzobium, que
vivem nas raízes das plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha, amendoim, alfafa
etc.).
11
Examinando as raízes dessas plantas, encontramos pequenos nódulos contendo
milhões de bactérias fixadoras. Uma parte do nitrogénio fixado é fornecida á
leguminosa e o excesso é liberado no solo na forma de amónia.
As bactérias do género Rhibzobium funcionam, portanto, como um adubo vivo,
fornecendo nitrogénio para a planta. A planta por sua vez fornece alimentos para a
bactéria.
5.1. Amonização.
Vimos que uma parte da amónia do solo origina-se da fixaçãodo nitrogénio. Outra
parte é formada a partir de decomposição das proteínas, dos ácidos nucléicos e dos
resíduos nitrogenados presentes em cadáveres e excretas. Tal processo – realizado por
bactérias, fungos e outros decompositores – é conhecido como amonificação. Essa
decomposição nada mais é do que o processo pelo qual as bactérias e os fungos
conseguem energia, ou seja, a decomposição é consequência da respiração celular
desses organismos. Assim, a glicínia, por exemplo, ao ser usada como fonte de
energia, libera seu nitrogénio na forma de amoníaco.
2CH2NH2COOH + 3O2 → 4CO2 + 2 H2O + 2NH3 (glicínia)
5.2. Nitrificação
A nitrificação é um processo de oxidação do amônio (amônia, em termos de substrato)
para nitrito e, subsequentemente, para nitrato (NO3- ) realizado por microrganismos
quimioautotróficos, que obtêm o C do CO2 e a energia da oxidação química para a
síntese de seus constituintes celulares (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006).
O NH4+ é utilizado como doador de elétrons O2 e o como aceptor de elétrons. Por
muitos anos as bactérias oxidadoras da amônia (BOA) foram consideradas osúnicos
organismos capazes de conduzir o processo de nitrificação. Entretanto, a identificação
do gene chave responsável pela oxidação da amônia (monoxigenase da amônia, amoA)
em Crenarchaeota e o isolamento do Nitrosopumilus maritimus (KÖNNEKE et al.,
2005).
12
Hoje colocada no filo Thaumarchaeota (BROCHIER-ARMANET et al., 2008),
demonstraram que as arqueias também são capazes de conduzir o primeiro passo da
nitrificação (AOA). O nitrato oriundo da nitrificação é, em geral, a forma
predominante de N em solos cultivados, bem aerados, exceto por um curto período de
tempo, após a adição de fertilizantes amoniacais. Apesar disso, o amônio, em adição
ao glutamato e glutamina, que servem como doadores chaves de N para as reações
biossintéticas em todas as células, são considerados como fontes preferenciais de N
para muitos microrganismos (WONG et al, 2008).
5.2.1. Nitrificação por microrganismos do Domínio Bacteria.
As bactérias que realizam a nitrificação são restritas às β e γ -Proteobacteria e
dividem-se em dois grupos: bactérias oxidadoras da amônia (BOA) e bactérias
oxidadoras do nitrito (BON). As Nitrosomonas (nitrificadores primários) convertem a
amônia para nitrito (NO2- ) e as Nitrobacter (nitrificadores secundários) convertem o
NO2 - para NO3- . A espécie Nitrosomonas europaea é a bactéria mais estudada em
relação à oxidação da amônia. Entretanto, ela não é a bactéria nitrificadora primária
mais comum nos solos.
5.2.2. As duas etapas da nitrificação são denominadas nitritação e nitratação:
• Nitritação - é a oxidação da amônia para nitrito.
• Nitratação - é a oxidação do nitrito para nitrato.
A reação de conversão da amônia para NO2 - é descrita abaixo:
NH3 + 1,5O2 → NO2- + H+ + H2O
(amônia) (nitrito)
Essa reação de oxidação envolve a transferência de 6e- (elétrons), rende 66 kcal mol-1
de NH3 e envolve dois passos. O primeiro passo é a conversão da NH3 para
hidroxilamina (NH2 OH) pela enzima monooxigenase da amônia (MOA). Nessa
reação, dois elétrons são necessários para a redução de um dos átomos de O2 para
água. Essa reação de oxidação envolve a transferência de 6e- (elétrons), rende 66 kcal
mol-1 de NH3 e envolve dois passos. O primeiro passo é a conversão da NH3 para
hidroxilamina (NH2 OH) pela enzima monooxigenase da amônia (MOA). Nessa
13
reação, dois elétrons são necessários para a redução de um dos átomos de O2 para
água. (MOA) NH3 + O2 + 2H+ + 2e- → NH2 OH + H2 O.
A reação acima é endergônica e requer uma quantidade pequena de energia. Ela não
está acoplada à síntese de ATP. A hidroxilamina é convertida, por meio de vários
passos não definidos, para nitrito (NO2 - ) pela enzima oxidoredutase da
hidroxilamina (ORH).
Ao contrário da monooxigenase da amônia, que é uma proteína integral de membrana,
a oxidoredutase da hidroxilamina é periplasmática.
(ORH)
NH2OH + H2O → O2 + 5H+ + 4e- (reaccao 6*).
A energia produzida na reação 6 é utilizada para fixar o dióxido de carbono (CO2 ).
Dois dos elétrons produzidos passam através da cadeia de transporte de elétrons para
o oxigênio, enquanto os outros dois são usados na reação da monooxigenase da
amônia. A equação geral pode ser assim descrita (Equação 7).
NH3 + O2 + 2H+ NHOH+ H2 O ⇒ NO2- + 5H+ (Equação 7)
Os estudos sobre a ecologia das comunidades de bactérias oxidadoras da amônia
baseavam-se nas extrapolações de dados obtidos a partir de estudos feitos em meio de
cultura com a bactéria Nitrosomonas europeae, cujo genoma foi inteiramente
sequenciado. Os recentes avanços nas técnicas moleculares, para análise direta de
toda a comunidade microbiana do solo, têm revelado que as bactérias do gênero que
as Nitrosomonas spp., são as BOA dominantes na maioria dos solos.
As Nitrosomonas spp. prevaleceriam, principalmente, em situações onde os solos
tivessem recebido altas quantidades de N, ao contrário das Nitrosospira spp., que
requerem baixas concentrações de NH4+ na solução do solo (TAYLOR;
BOTTOMLEY, 2006).
A estrutura da comunidade das BOA é, portanto, afetada pelas condições edáficas,
que incluem, além do teor de nitrogênio, outros fatores que serão discutidos adiante.
Após a oxidação da amônia, o nitrito formado na equação 7 é oxidado a nitrato. Nesta
reação o oxigênio necessário à formação do nitrato é obtido da molécula de água e
serve como aceptor de elétrons.
NO2- + 1/2O2 → NO3- (Equação 8)
14
Esse processo de oxidação é conduzido pela oxidoredutase do nitrito, que é uma
enzima ligada à membrana. Esta reação ocorre em um único passo e rende baixas
quantidades de energia, ou seja, 18 kcal mol-1 de nitrito. Assim, aproximadamente
100 moles de nitrito são oxidados para fixar de 1 mol de CO2 , enquanto que, na
primeira etapa da nitrificação, a oxidação de 35 moles de amônia alcançam o mesmo
fim. Este baixo ganho energético da oxidação do nitrito para nitrato demonstra que as
bactérias envolvidas no segundo passo da nitrificação necessitam processar
quantidades maiores de substrato. Em consequência disso, a oxidação do NO2- ocorre
com maior velocidade do que a oxidação do amônio, fazendo com que o nitrito
raramente se acumule no solo. Tal fato é de extrema importância para as
Nitrosomonas spp. cuja atividade é inibida pela acumulação daquele ânion.
A condução do processo de nitrificação sempre foi considerada como a ação
sequencial de grupos distintos de microrganismos. Entretanto, Costa et al.(2006)
postularam a provável existência de bactéria que poderia oxidar amônia para nitrito e,
posteriormente, para nitrato, sob determinadas condições. Passados nove anos, Kessel
et al. (2015) e Daims et al. (2015) demonstraram que o gênero Nitrospira pode
governar todo o processo de nitrificação. Kessel et al. (2015) relataram que os
genomas de duas espécies deste gênero foram capazes de codificar todas as enzimas
necessárias para a oxidação da amônia via nitrito para nitrato. A identificação e
cultivo destes organismos por Daims et al. (2015) e Kessel et al. (2015) abre mais
uma porta para a descoberta de novas vias do ciclo do nitrogênio. A condução dos
dois passos seria altamente favorável para o microrganismo em termos energéticos.
5.3. Nitrificação por microrganismos do Domínio Archaea.
Leininger et al. (2006) foram os primeiros pesquisadores a demonstrarem que, entre
os procariotos oxidadadores do amônio, os microrganismos do Domínio Archaea
poderiam predominar nos solos. O trabalho destes autores foi conduzido em 12 solos
agrícolas oriundos de regiões climáticas diferentes. Cópias do gene amoA das arqueias
foram 3.000 vezes mais abundantes nas áreas estudadas, do que cópias do mesmo
gene em bactérias. Apesar disso, dúvidas em relação ao potencial de atividade das
arqueias, no processo de nitrificação, ainda prevalescem, uma vez que a maior
abundância do gene amoA não implica, necessariamente, na sua expressão.
15
5.4. Nitrificação heterotrófica.
A nitrificaçãoconduzida por fungos, um microrganismo heterotrófico, foi
primeiramente descrita no ano de 1894 e, desde então, muitos trabalhos demonstraram
que a produção de NO3- é um fenômeno disseminado entre aqueles microrganismos.
A nitrificação heterotrófica seria predominante em ambientes que não fornecem
condições adequadas para as bactérias nitrificadoras autotróficas (ISLAM et al.,
2007).
Os fungos podem ser os principais responsáveis pela nitrificação em solos ácidos, em
solos salinos e em solos com pH neutro (YOKOYAMA et al., 2012).
Segundo Laughlin et al. (2008), a nitrificação heterotrófica é também um processo
de grande importância em solos de pastagem.
Na Europa ocidental foi observado que, além dos fungos, bactérias heterotróficas
foram também capazes de conduzir o processo de nitrificação em solos ácidos de
florestas de coníferas. Nestas condições, a bactéria Arthrobacter sp. pareceu ser a
mais adaptada à condução daquele processo (BRIERLEY; WOOD, 2001).
Segundo Wessén e Hallin (2011) as BOA têm maior diversidade ecofisiológica do
que as AOA e, portanto, apresentam potencial para cobrir uma maior gama de habitats.
Jia e Conrad (2009) verificaram maior atividade de oxidação da amônia pelas
bactérias, embora as arqueias fossem mais abundantes no solo. Por outro lado, He et
al. (2007) obtiveram correlações positivas e significativas entre as taxas potenciais de
nitrificação e o tamanho das populações, tanto de arqueias, como de bactérias
oxidadoras da amônia (BOA). Estudos de análises genômicas comparativas indicam
que as BOA e as AOA podem diferir de forma marcante em relação às suas vias
metabólicas e fisiológicas (WALKER et al., 2010).
5.5. A desnitrificação.
No solo, além das bactérias de nitrificação, existem outros tipos de bactérias, como a
Pseudomonas denitrificans. Na ausência de oxigénio atmosférico, essas bactérias
usam o oxigénio contido no nitrato para oxidar compostos orgânicos e produzir
energia. Através desse processo – chamado desnitrificaçao – uma parte dos nitratos
do solo é transformada novamente em nitrogénio molecular e volta a atmosfera.
O processo da desnitrificação pode ser resumido assim:
5C6H12O6 + 24(2NO3-) + 24H+ → 30CO2 + 42H2O + 12N2 + energia
16
A desnitrificação desenvolve para a atmosfera o nitrogénio que foi fixado, fechando o
ciclo e estabilizando a taxa de nitrato do solo. Ou seja a desnitrificação é um processo
classicamente definido como a redução microbiológica de nitrato para óxido nitroso
(N2 O) ou N molecular (N2 ).(KRAFT et al., 2011).
Atualmente, essa definição é considerada insatisfatória, uma vez que está bem
estabelecido que os óxidos gasosos de N são também produzidos durante anitrificação
e durante a redução microbiana do nitrato para amônio. Em decorrência disso,
amaioria dos microbiologistas define a desnitrificação como uma redução respiratória
do nitrato ou nitrito para as formas gasosas de NO, N2 O ou N2 , acoplada à
fosforilação durante o transporte de elétrons.(KRAFT et al., 2011).
Isto significa que na ausência de oxigênio para a respiração aeróbia normal, os
microrganismos utilizam o nitrato como aceptor terminal de elétrons, o que é
denominado de respiração anaeróbia e pode ser assim visualizada (Equação 14).
C6H12O6 + 4NO3- CO2 + 6H2 O + 2N2 (Equação 14)
Pela equação acima verifica-se que para conduzir o processo de desnitrificação, os
microrganismos também necessitam de matéria orgânica oxidável, que atuará como
fonte de C e de elétrons. (KRAFT et al., 2011).
O primeiro passo da desnitrificação consiste na redução do nitrato para nitrito e é
catalisado pela enzima redutase do nitrato, cuja síntese e atividade são inibidas pelo
oxigênio. A redutase do nitrito catalisa a conversão de nitrito para óxido nítrico. Esta
enzima é encontrada no periplasma e existe em duas formas, uma contendo Cu e outra
na forma heme. A redutase do óxido nítrico, uma proteína ligada à membrana, catalisa
a conversão do óxido nítrico (NO) para óxido nitroso (N2 O) e também tem a sua
síntese inibida pelo oxigênio e induzida por várias formas de óxidos de nitrogênio. A
redutase do óxido nitroso, uma proteína encontrada no periplasma, contêm Cu e
converte óxido nitroso para N2 . A atividade desta enzima é inibida a baixo pH e é
mais sensível ao oxigênio que as outras três enzimas. A desnitrificação é, portanto,
um importante processo biológico pela qual o N reativo pode retornar à atmosfera na
forma de N2 (KRAFT et al., 2011).
5.5.1. Desnitrificação por arqueia.
17
O papel das arqueias na condução do processo de desnitrificação ainda é pouco
conhecido, embora já tenha sido constatado que estes microrganismos são capazes de
reduzir nitrato via nitrito e N2 O, para N2 . Poucos genes e enzimas envolvidos na
desnitrificação por estes microrganismos foram investigados (KRAFT et al., 2011).
Entretanto, sabe-se que as arqueias diferem das bactérias na organização dos genes e
na estrutura e regulação das enzimas responsáveis pela desnitrificação (PHILIPPOT,
2002).
5.5.2. Processo de desnitrificação por nitrificadores (DN)
A produção de óxido nitroso no solo é resultante de transformações microbianas de
compostos nitrogenados pelos processos de nitrificação e desnitrificação. No último
processo, o óxido nitroso é produzido pelos desnitrificadores como um intermediário
e, às vezes, produto final da redução do nitrato. Na nitrificação, o óxido nitroso é
produzido como um subproduto da oxidação da amônia. Neste último processo, o
intermediário instável (NOH) formado durante a oxidação do NH2 OH para NO2- é
espontaneamente decomposto para óxido nitroso (N2 O). Na DN, o N2 O é um
intermediário da redução do nitrito para N2 (Figura 14) (WRAGE et al., 2001).
A DN é, portanto, uma via da nitrificação e deveria ser rotineiramente considerada,
quando se avaliam as fontes de emissão de N2 O do solo (KOOL et al., 2011).
5.6. Codesnitrificação
A codesnitrificação refere-se à produção de N2 O e N2 durante o processo
convencional da desnitrificação, quando alguns compostos nitrogenados (p. ex.
aminas, denominados de cosubstrato) são supridos, em adição ao NO3- , ao NO2 - e
ao NO (SPOTT et al., 2011). A variedade de compostos que pode ser usada como
cossubstrato é grande, mas ainda existem dúvidas sobre quais deles seriam realmente
ativos neste processo.
Vários microrganismos conduzem o processo da codesnitrificação e, entre eles, estão
incluídas espécies pertencentes aos Domínios Bacteria, Archaea e Eucarya. Fungos
como Fusarium solani e Cylindrocarpon tonkinense são capazes de emitir N2 como
produto da codesnitrificação, quando há disponibilidade de aminoácidos (SHOUN et
al., 1992).
18
Ainda não está claro se o produto final da codesnitrificação (N2 ou N2 O) depende
das espécies de microrganismos, que catalizam o processo, ou do tipo de cossubstrato
(SU et al., 2004).
Embora a ocorrência da codesnitrificação já tenha sido demonstrada em solos sob
pastagem, a sua importância em outros ecossistemas ainda não está clara
(LAUGHLIN; STEVENS, 2002). Segundo Selbie et al. (2015), naqueles solos, a
codesnitrificação é responsável por grandes perdas de N2 , em detrimento do N2 O.
5.7. Quimiodesnitrificação
A quimiodesnitrificação é a decomposição química de intermediários da oxidação do
NH4+ para NO2- , ou do próprio NO2- , por reações com compostos orgânicos ou
inorgânicos (p. ex. Fe+2 ou Cu+2). É uma reação não enzimática que ocorre,
geralmente, em condições de acidez. Sob tais condições, o principal produto é o NO,
embora o N2 O também seja produzido (CHALK; SMITH, 1983).
Embora exista um consenso da comunidade científica sobre a existêEmbora exista um
consenso da comunidade científica sobre a existência da formação abiótica de gases
traços de nitrogênio, pouco é conhecido sobre a magnitude deste processo no ciclo
global de N do solo. Isso poderia levar a uma superestimação dos processos
biológicos responsáveis pela emissão daqueles gases, quando quantificados sob
diferentescondições climáticas e edáficas (HEIL et al., 2016).
6. Fatores que afetam o processo de nitrificação pelas bactérias e arqueias
oxidadoras da amônia.
a) Fertilizantes nitrogenados
O efeito do uso de fertilizantes nitrogenados na abundância ou atividade de arqueias
oxidadoras da amônia e de BOA ainda é contraditório. Existem relatos que a
população de BOA aumentou de 4 x 106 células g-1 de solo para 35 e 66 x 106
células g-1 de solo, em decorrência da aplicação de 1,5 ou 7,5 mM de sulfato de
amônio, respectivamente (OKANO et al., 2004). Ao contrário desses resultados,
19
outros autores não observaram diferenças significativas no tamanho da comunidade
de BOA, em solos fertilizados ou não, com nitrogênio (HALLIN et al., 2009).
Akiyama et al. (2013) demonstraram que, embora as arqueias contribuam para a
oxidação da amônia, a resposta das bactérias é maior após a aplicação de fertilizantes
nitrogenados. Entretanto, segundo Gannes et al. (2014), dados de campo que
estabeleçam correlações entre os níveis naturais de amônio ou outra forma de N no
solo, com as AOA, ainda são escassos.
b) pH
Do mesmo modo, ainda não existe um consenso quanto ao efeito do pH na atividade
das bactérias e das arqueias na oxidação da amônia. Alguns autores demonstraram
maior atividade das arquéias em solos ácidos e das BOA em solos calcáreos (HUANG
et al., 2012), mas respostas contrárias a estas também têm sido obtidas (YING et al.,
2010).
c) Umidade do solo
O teor de umidade dos solos é outro fator a ser considerado em relação à abundância
dos microrganismos envolvidos na nitrificação. As arqueias parecem ser mais
tolerantes ao estresse de água que as bactérias (GLEESON et al., 2010) e isso pode
estar relacionado à disponibilidade de O2 . A enzima MOA das arqueias tem maior
afinidade pelo oxigênio do que as bactérias, indicando uma melhor adaptação destes
microrganismos em ambientes com baixa disponibilidade de oxigênio (MARTENS-
HABBENA; STAHL, 2011).
b) Metais pesados
A nitrificação é um dos processos do ciclo do N mais sensível aos metais pesados.
Estes elementos afetam de forma diferenciada as BOA e as AOA.
Mertens et al. (2009) relataram que as BOA podem se adaptar melhor em área
contaminada com Zn, do que as AOA. Por outro lado, segundo Li et al. (2009) as
AOA são mais tolerantes ao Cu do que as BOA.
7.Oxidação anaeróbia da amônia (anammox)
20
A anammox é um processo de oxidação da amônia sob condições anaeróbias. Desde a
identificação deste processo por Strous et al. (1997), várias bactérias capazes de
utilizar esta via já foram caracterizadas. A anammox envolve a oxidação do amônio,
utilizando o nitrito como aceptor de elétrons, para produzir nitrogênio gasoso
conforme a equação 9:28 NH4+ + NO2 - N2 + 2H2 O (Equação 9).
Esse processo pode dominar a produção de N2 em ambientes aquáticos (STEVENS;
ULLOA, 2008), sedimentos marinhos (RICH et al., 2008) e mares congelados
(RYSGAARD et al., 2008). Neste processo, não ocorre a produção do óxido nitroso
(N2 O) devido à combinação do amônio com o nitrito.
Os organismos que realizam a anammox apresentam em suas células um
ompartimento denominado anamoxossoma, que é o local onde a oxidação da amônia
ocorre. Juntas a desnitrificação e a anammox são responsáveis pelo retorno do N2
para a atmosfera. Do mesmo modo que as bactérias nitrificadoras clássicas, as
bactérias que realizam a oxidação anóxica da amônia também são organismos
autotróficos. Portanto, eles são capazes de crescer tendo o CO2 como única fonte de
carbono para a produção de seus compostos celulares (Equação 10).
CO2 + 2NO2- + H2 O → CH2O + 2NO3- (Equação 10)
Embora a atividade da anammox em ambientes terrestres fosse até recentemente
pouco conhecida, o trabalho conduzido por Shen et al. (2013a) revelou a presença de
bactérias responsáveis por este processo em 32 solos coletados em diferentes
localizações na China. Quatro gêneros de bactérias capazes de realizar este processo
foram identificados por meio da análise filogenética dos genes 16S rRNA, sendo a
Candidatus Brocadia a mais dominante. Em outro estudo foi demonstrado que, além
do Candidatus Brocardia, a Candidatus Kuenenia também predomina em
determinados tipos de solo (BAI et al., 2015).
8. Redução de Nitratos.
O nitrogênio é um elemento indispensável para os seres vivos, fazendo parte das
moléculas de aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos. Acontece que embora esteja
presente em grande quantidade no ar, constituindo o gás nitrogênio (N2), poucos seres
vivos o assimilam nessa forma. Apenas algumas bactérias, principalmente as
cianobactérias, conseguem captar o N2, utilizando na síntese de moléculas orgânicas
nitrogenadas. Essas bactérias são chamadas fixadoras de nitrogênio. Os
21
microrganismos fixadores de nitrogênio, quando morrem, libertam no solo nitrogênio
sob a forma de amônia (NH3). As bactérias do gênero Nitrosomonas transformam essa
substância em nitritos (HNO2), obtendo energia no processo.
O nitrito (tóxico para as plantas) é transformado pelas bactérias do gênero Nitrobacter
em nitratos (HNO3). O nitrato é a fonte de nitrogênio mais aproveitada. Na fixação,
entram as bactérias fixadoras de nitrogênio, entre elas às do gênero Rhizobium, que
vivem em nódulos de raízes de leguminosas, que inclui o feijão, a soja, etc. Essas
bactérias fixam o nitrogênio do ar e fornecem parte dele à planta hospedeira. Esta
oferece abrigo e substâncias que as bactérias necessitam. É um exemplo de
mutualismo. A devolução do nitrogênio à atmosfera é feita pela acção das bactérias
desnitrificantes. Elas transformam os nitratos do solo em gás nitrogênio, que volta à
atmosfera, fechando o ciclo (MARTINEZ-ROMERO, 2006).
9. Organismos Fixadores do Nitrogênio.
Na natureza existe um número ainda não determinado de microrganismos capazes de
fixar o nitrogênio. Ano após ano descobrem-se novos microrganismos, em sua
maioria oriunda do solo, que realizam o processo e incorporam o nutriente ao solo. A
grande maioria dos estudos sobre fixação é sobre bactérias, mas existem outros
organismos fixadores, como algas (Exemplo: Azola) (MARTINEZ-ROMERO,
2006).
Os procariotos (bactérias e cianobactérias) são os únicos organismos que contêm a
enzima chamada dinitrogenase, capaz de quebrar a ligação tripla do dinitrogênio que
está na atmosfera e catalisar a reação de redução do dinitrogênio para amônia.
Os procariotos fixadores de nitrogênio podem ser de vida livre ou podem fazer
associações simbióticas. Exemplos de procariotos de vida livre são as bactérias
fotossintetizantes e não fotossintetizantes. As cianobactérias Anabaena e Nostoc são
exemplos de bactérias com vida livre que podem fixar o dinitrogênio (MARTINEZ-
ROMERO, 2006).
Os procariotos que se associam com plantas podem pertencer a diferentes gêneros.
Aqueles que se associam com diferentes tipos de leguminosas são do gênero
Rhizobium, Bradyrhizobium ou Azorhizobium. Bactérias não filamentosas do gênero
Frankia podem se associar com plantas que não são leguminosas dos gêneros
Casuarina, Alnus e Myrica e com membros da família Rosaceae e certas gramíneas
tropicais. Os procariotos que se associam com plantas podem formar nódulos nas
22
raízes, onde se dá a fixação do nitrogênio, ou podem permanecer nas células da planta
sem que os nódulos sejam formados (MARTINEZ-ROMERO, 2006).
10. Bioquímica da fixação do nitrogênio.
A fixação do nitrogênio é catalisada pela enzima dinitrogenase. Essa enzima é
formada por duas subunidades: uma ferroproteína e uma molibdênio-ferroproteína.
A reação consiste na transformação do N2 (dinitrogênio) em amônia (NH3). Para tal, é
necessário que a ligação tripla do dinitrogênio seja quebrada e prótons hidrogênio e
elétrons sejam inseridos nos dois átomos de nitrogênio resultantes, para formar as
duas moléculas de amônia. Haverá, portanto, a necessidade de um doador de prótons
hidrogênio e de elétrons para o processo. A reação para a redução do dinitrogênio
ocorre segundo a equaçãoa seguir. São necessários oito prótons, oito elétrons e
dezesseis ATPs para formar duas moléculas de amônia, hidrogênio, dezesseis ADPs e
dezesseis fosfatos inorgânicos, provenientes da quebra dos ATPs.
8H+ + 8e– + N2 + 16ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi
Os doadores de prótons hidrogênio e elétrons são as moléculas de NADH produzidas
pelo Ciclo de Krebs do bacterioide, e a ferredoxina faz essa transferência para a
dinitrogenase. O átomo de ferro oxidado da ferroproteína recebe os prótons e elétrons
e se reduz, em seguida transfere os prótons e elétrons para os átomos de
ferromolibdênio oxidados, os quais se reduzem, transferindo, na sequência, os prótons
e elétrons para o dinitrogênio e produzindo as moléculas de amônia e hidrogênio.
A redução biológica do nitrogênio depende de pelos menos 16 moléculas de ATP para
cada molécula de dinitrogênio reduzida (ver fórmula anterior). Todos esses ATPs são
produzidos a partir de moléculas de carboidratos produzidas pela fotossíntese das
plantas, que entram no bacterioide e são processadas através da glicólise e do Ciclo de
Krebs, gerando NADH, que será o doador de prótons hidrogênio para a cadeia
respiratória do bacterioide, geradora de ATP (LEMOS, 2011).
11. Destino da amônia formada a partir da fixação do nitrogênio.
Como o pH fisiológico é ligeiramente ácido, existem prótons hidrogênio livres dentro
do citoplasma da célula vegetal que se ligam à molécula de amônia formando o íon
amônio (NH4+). Esse íon é extremamente tóxico para as plantas e precisa logo ser
incorporado em uma molécula orgânica. Ocorre então a assimilação do nitrogênio.
23
Existem duas enzimas que são produzidas no citoplasma das células infectadas das
plantas que participam desse processo: a glutamina sintetase (GS) e a glutamato
sintase (GOGAT).
A enzima glutamina sintetase (GS) catalisa a reação do glutamato com o íon amônio
formando a molécula de glutamina, utilizando para isso uma molécula de ATP. Em
seguida, entra em ação a glutamato sintase, que regenera o glutamato a partir de
outras moléculas de glutamina formadas na primeira reação. Das moléculas de
glutamina que sobram − são formadas várias moléculas de glutamina − parte delas
pode ser exportada pelas células e vão ser doadoras de nitrogênio para formar os
aminoácidos e as proteínas das plantas.
A regeneração das moléculas de glutamato que vão servir para receber novos íons
amônio necessita da glutamato sintase. Como citado acima, essa enzima catalisa a
reação da glutamina com o alfa-cetoglutarato, originando duas moléculas de
glutamato; essa reação requer NADH. As moléculas de alfa-cetoglutarato e NADH
são geradas no Ciclo de Krebs das plantas e só podem ser produzidas se a planta
estiver produzindo carboidratos pela fotossíntese. Dessa forma, apenas haverá
esqueletos de carbono, em quantidade suficiente para montar as moléculas receptoras
do íon amônio (glutamato), se a planta estiver fazendo fotossíntese (LEMOS, 2011).
12. Nitrogênio fixado nos nódulos.
A glutamina é a principal molécula orgânica exportada, mas em leguminosas de
regiões temperadas, como a ervilha, o aminoácido asparagina predomina. Já nas
leguminosas de regiões tropicais, como a soja, são exportados predominantemente
derivados da ureia, denominados de ureídeos. A diferença entre essas moléculas está
no número de carbonos necessários para carregar os nitrogênios: a molécula de
glutamina tem 5 carbonos para carregar 2 nitrogênios; a asparagina tem 4 carbonos
para carregar 2 nitrogênios; os ureídeos (alantoína e ácido alantoico) têm 4 carbonos
que carregam 4 nitrogênios, sendo carregadores mais eficientes.
A asparagina é sintetizada através de duas etapas: na primeira, a enzima aspartato
aminotransferase catalisa a reação do glutamato com o oxaloacetato, produzindo o
alfa-cetoglutarato e aspartato. Na segunda etapa, a enzima asparagina sintetase
catalisa a reação da glutamina com o aspartato, produzindo asparagina e glutamato;
nessa reação é usada uma molécula de ATP.
24
A fixação do nitrogênio em plantas noduladas corresponde a 50% do nitrogênio
necessário a essas plantas. O restante do nitrogênio necessário é absorvido na forma
de nitrato, e o nitrogênio é assimilado nas folhas exatamente da mesma forma que em
plantas não noduladas, processo explicado no item a seguir.
13. Assimilação do nitrogênio em plantas que não fazem associação simbótica.
Nesse caso, as células das raízes das plantas absorvem o nitrato (NO3–) do solo, mas
esse ânion não pode ser assimilado em molécula orgânica diretamente, sendo
necessário ser transformado em nitrito (NO2– ) através da enzima nitrato redutase,
presente no citoplasma das células. Em seguida, o nitrito penetra nos plastídeos das
raízes ou nos cloroplastos das folhas, onde deve ser rapidamente transformado em
íon amônio (NH4+), pois o nitrito é tóxico, através da enzima nitrito redutase.
As duas reações requerem doadores de prótons e elétrons para se juntar com os
átomos de oxigênio presentes nos cátions nitrato e nitrito e removê-los das ligações
com o átomo de nitrogênio. As ligações são então liberadas para inserir os prótons
hidrogênio e elétrons para formar o íon amônio. Os principais doadores de prótons e
elétrons são o NADH e o NADPH. Quando existe pouco nitrato no solo, a raiz dispõe
de NADH e NADPH suficientes para fazer a assimilação do nitrato em aminoácidos
ou amidas, mas quando a quantidade de nitrato no solo é muito alta, o NADH e o
NADPH da raiz passam a ser limitantes. Nesse caso, o nitrato é translocado até o
citoplasma das folhas, e o nitrito, uma vez formado, penetra nos cloroplastos, onde se
dará a transformação em íon amônio. Essa reação é acoplada com o transporte de
elétrons e prótons da fase clara da fotossíntese, tendo como principal doador a água,
presente dentro do canal do tilacoide. A ferredoxina, nesse caso, é a molécula presente
nos cloroplastos que faz essa transferência de prótons e elétrons para transformar o
nitrito em íon amônio (LEMOS, 2011).
Em seguida, ocorre um processo semelhante ao que acontece nos nódulos de plantas
noduladas: o íon amônio (NH4+ ) é assimilado ao glutamato, formando glutamina
através da atuação das enzimas GS e GOGAT. Em plantas que não fazem associação
simbiótica, a GS é encontrada no citoplasma das células das raízes e no citoplasma
e nos cloroplastos das células das folhas. A GOGAT é uma enzima presente nos
plastídeos das células das raízes e nos cloroplastos das células das folhas. Ela utiliza
25
como doadores de prótons e elétrons para formar o glutamato, o NADH, quando
presente nos plastídeos das raízes, e a ferredoxina, quando localizada nos
cloroplastos.
14.Redução assimilatória do nitrato (Imobilização)
A imobilização do nitrogênio é definida como a transformação do N inorgânico
(NH3 , NH4+, NO3- , NO2- ) em N orgânico (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006).
O N é absorvido pelas plantas e microrganismos tanto na forma reduzida (NH4+)
como na forma oxidada (NO3- ). Neste último caso, o nitrato tem que ser,
primeiramente, reduzido dentro da célula para se ligar aos esqueletos de carbono, que
serão posteriormente polimerizados para formarem moléculas complexas. Esta
redução é um processo que requer energia, o que faz com que o NH4+ seja
preferencialmente absorvido pelos microrganismos.
Os microrganismos assimilam o amônio (amônia como substrato) por duas vias:
desidrogenase do glutamato (GDH) e sintetase da glutamina-sintase do glutamato
(GS/GOGAT) (Equações 11, 12 e 13). A primeira via torna-se ativa quando o NH4+
está presente em concentrações relativamente altas (> 0,5 mg NH4+ kg-1 de solo).
Neste caso a desidrogenase do glutamato, na presença de equivalentes redutores,
incorpora aquele íon ao α-cetoglutarato para formar glutamato. Porém, na maioria dos
solos o amônio está presente em baixas concentrações, resultando em decréscimo da
sua concentração intracelular. Neste caso, os microrganismos utilizam a segunda via,
onde o amônio, primeiramente, se juntaao glutamato para formar glutamina.
Posteriormente, o NH4+ é transferido da glutamina para o α-cetoglutarato, que resulta
na formação de duas moléculas de glutamato. Uma vez incorporado ao glutamato, o
amônio pode ser transferido para outras moléculas para formar aminoácidos
adicionais.
Alguns compostos contêm grandes quantidades de C e de N em formas que se
degradam lentamente (mesmo com razões C/N menores de 20) e, neste caso, o N
orgânico não pode servir como fonte prontamente disponível daquele elemento.
26
15. Redução dissimilatória de nitrato para amônio
A redução dissimilatória de nitrato para amônio (RDNA), ou amonificação do nitrato,
é uma das vias menos conhecidas do ciclo do N e, frequentemente, ignorada nos
balanços desse elemento no solo (RÜTTING et al., 2011).
Neste processo, o nitrato é utilizado pelos microrganismos como receptor de elétrons
quando a disponibilidade de O2 é baixa e fontes de C são utilizadas como doadoras de
elétrons. Na primeira etapa da RDNA o nitrato é reduzido para nitrito e, em sequência,
para NH4+. Com a formação desse cátion, por meio daquele processo, pode-se
incrementar a retenção de N no solo, com reflexos na eficiência de uso do N pelas
plantas (TEMPLER et al., 2008).
Existem relatos de que a RDNA produz N2 O, como subproduto, com o aumento do
pH, possivelmente como um mecanismo para reduzir o NO2-, que é prejudicial a
muitos microrganismos e que tende a acumular em condições mais básicas. A
desnitrificação e a RDNA são os únicos processos microbiológicos do solo capazes de
remover NO3 - e produzir N2 O. Entretanto, as condições que favorecem um ou outro
processo ainda têm que ser determinadas (KRAFT et al., 2014).
A RDNA é conduzida por várias bactérias do solo como anaeróbios obrigatórios
(Clostridium), anaeróbios facultativos (Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter, Erwinia,
Bacillus) e aeróbios (Pseudomonas, Arthrobacter), incluindo várias espécies de
rizóbio (POLCYN, PODESZWA, 2009). Estirpes do gênero Arthrobacter, que são
abundantes no solo e consideradas bactérias aeróbias obrigatórias, são capazes de
realizar a RDNA, quando incubadas anaerobicamente (ESCHBACH et al., 2003).
Segundo Mohan e Cole (2007) não existem bactérias capazes de realizar tanto a
desnitrificação como a RDNA.
Entretanto, Behrendt et al. (2010) demonstraram que espécies de Paenibacillus, além
de conduzir o processo da RDNA, também conduzem os processos de nitrificação
heterotrófica e de desnitrificação. A RDNA é também conduzida por fungos (ZHOU
et al., 2001). Alguns destes microrganismos realizam um processo denominado
´fermentação do amônio` (ZHOU et al., 2001). O processo consiste na redução do
nitrato para amônio, acoplado à oxidação catabólica de doadores de elétrons (etanol)
para acetato, gerando ATP. A energia produzida é utilizada para manter o crescimento
27
dos microrganismos sob condições anaeróbias. Nesta reação, o nitrato atuará como
aceptor terminal de elétrons para a fermentação, mas não para a respiração anaeróbia.
A presença de plantas diferentes altera a atividade e a abundância de microrganismos
redutores dissimilatórios do nitrato, em consequência da disponibilidade diferenciada
de exsudatos de raízes e de oxigênio (PHILIPPOT et al., 2009).
A decomposição destes compostos por microrganismos heterotróficos estimula a
redução do NO3- , uma vez que induzem condições de anaerobiose. Porém, poucos
estudos têm investigado o efeito daqueles compostos sobre a RDNA. Algumas
informações são disponíveis para plantas de zonas úmidas, mas os resultados não são
conclusivos (MATHESON et al., 2002).
Existe também evidências de ocorrência significativa da RDNA em solos de floresta
(RÜTTING et al., 2008) e em arrozais (YIN et al., 2002), após a adição da glicose
(WAN et al., 2009).
Em solos agrícolas, Inselsbacher et al. (2010) não encontraram forte contribuição
daquele processo, sob as condições estudadas. Essa descoberta demonstra a
necessidade de reavaliação das condições sob as quais a RDNA ocorre.
28
16.Conclusão.
O nitrogênio é um elemento indispensável para os seres vivos, fazendo parte das
moléculas de aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos. Acontece que embora esteja
presente em grande quantidade no ar, constituindo o gás nitrogênio (N2), poucos seres
vivos o assimilam nessa forma. Apenas algumas bactérias, principalmente as
cianobactérias, conseguem captar o N2, utilizandoo na síntese de moléculas orgânicas
nitrogenadas. Essas bactérias são chamadas fixadoras de nitrogênio. Os
microrganismos fixadores de nitrogênio, quando morrem, libertam no solo nitrogênio
sob a forma de amônia (NH3).
As bactérias do gênero Nitrosomonas transformam essa substância em nitritos
(HNO2), obtendo energia no processo. Na fixação, entram as bactérias fixadoras de
nitrogênio, entre elas às do gênero Rhizobium, que vivem em nódulos de raízes de
leguminosas, que inclui o feijão, a soja, etc. Essas bactérias fixam o nitrogênio do ar e
fornecem parte dele à planta hospedeira. Assim, tanto o processo químico como os
processos biológicos são classificados como formas de fixar o nitrogênio: fixação
industrial, atmosférica e industrial. Na fixação do azoto ocorre a: amonização,
nitrificação, nitrosação, nitratação e desnitrificação.
29
17. Referências bibliogaráficas.
HOPKINS, W. J. Introduction to plant physiology. 2. ed. New York: John Wiley &
Sons, 1999.
TAIZ, L.; ZEIGER, E. Fisiologia vegetal. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2008. 820 p.
AARNINK, A. J. A.; VERSTEGEN, M. W. A. Nutrition, key factor to reduce
environmental load from
pig production. Livestock Science, v. 109, n. 1-3, p. 194-203, 2007.
AGUILERA, E.; LASSALETTA, L.; SANZ-COBENA, A.; GARNIER, J.;
VALLEJO, A. The potential of
organic fertilizers and water management to reduce N2 O emissions in mediterranean
climate cropping
systems: a review. Agriculture, Ecosystems and Environment, v. 164, p. 32-52,
2013.
AKIYAMA, H.; YAN, X.; YAGI, K. Nitrification, ammonia oxidizing communities,
and N2 O and CH4 fluxes in an imperfectly drained agricultural field fertilized with
coated urea with and without dicyandiamide. Biology and Fertility of Soils, v. 49, n.
2, p. 213-223, 2013.
AKIYAMA, H.; HOSHINO, Y. T.; ITAKURA, M.; SHIMOMURA, Y. WANG, Y.;
YAMAMOTO, A.; TAGO, K.; NAKAJIMA, Y.; MINAMISAWA, K.; HAYATSU,
M.Mitigation of soil N2O emission by inoculation with a mixed culture of indigenous
Bradyrhizobium diazoefficiens. Scientific Reports, v. 6, p.1-8, 2016. Article 32869.
ALEXANDER, D. B. Bacteria and archaea. In: SYLVIA, D. M.; FUHRMANN, J. J.;
HARTEL, P. G.; ZUBERER, D. A. (Ed.). Principles and appications of soil
microbiology. New Jersey: PrenticeHall, 1998. p. 44-71.
ALMARAZ, J. J.; ZHOU, X.; MABOOD, F.; MADRAMOOTOO, C.; ROCHETTE,
P.; MA, B. L.; SMITH, D. L. Greenhouse gás fluxes associated with soybean
production under two tillage systems in southwestern Quebec. Soil and Tillage
Research, v. 104, n. 1, p. 134-139, 2009.
ALMEIDA, F. F. D.; ARAÚJO, A. P.; ALVES, B. J. R. Sementes com alta
concentração de molibdênio aumentaram o crescimento e a aquisição de nitrogênio de
30
plantas de feijoeiro inoculadas com rizóbio ou sob fertilização nitrogenada. Revista
Brasileira de Ciência do Solo, v. 37, n. 2, p. 367-378, 2013.
ALVAREZ, C.; CONSTANTINI, A.; ALVAREZ, C. R; ALVES, B. J. R.;
JANTALIA, C. P.; MARTELLOTTO, E. E.; URQUIAGA, S. Soil nitrous oxide
emissions under different management practices in the semiarid region of the
Argentinian Pampas. Nutrient Cycling in Agroecosystems, v. 94, n. 2-3, p. 209-220,
2012.
ALVES, B. J. R.; JANTALIA, C. P.; MADARI, B. E.; MACHADO, P. L. O. A.;
FRANCHINI, J. C.; SANTOS, H. P. dos; BODDEY, R. M.; URQUIAGA, S.
Emissões de óxido nitroso de solos pelo uso de fertilizantes nitrogenados em
áreas agrícolas. Seropédica: Embrapa Agrobiologia, 2010. 6 p. (Embrapa
Agrobiologia. Comunicado Técnico, 126).
ALVES, A. C.; ALVES, T. C.; MACEDO, F. B.; BERNARDI, A. C. de C.;
OLIVEIRA, P. P. A.de, ROCHETTI, R. C. Adição de zeólita para redução da
volatilização de amônia em solo fertilizado com ureia. São Carlos: Embrapa
Pecuária Sudeste, 2007. 4 p ((Embrapa Pecuária Sudeste. Circular técnica, 55).
ANUÁRIO ESTATÍSTICO DO SETOR DE FERTILIZANTES. São Paulo: ANDA,
2016.
ARAUJO, A. S. Efeito do biochar de lodo de esgoto na redução das emissões de
óxido nitroso do solo sob condições de incubação. 2015. 38 f. Monografia
(Graduação) - Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina
Veterinária, Brasília, DF. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PROTEÍNA ANIMAL.
Relatório anual 2016. São Paulo, 2016.
.
31
	1.Introdução.
	2.1.Objectivo geral.
	Caracterizar o análise do metabolismo do nitrogên
	3.Metodologia.
	A Pesquisa foi realizada a partir de uma perspetiv
	4.Balanço do Metabolismo do Nitrogênio. 
	4.2. Fixação de nitrogênio ou Azoto. 
	5.1. Amonização. 
	Vimos que uma parte da amónia do solo origina-se d
	2CH2NH2COOH + 3O2 → 4CO2 + 2 H2O + 2NH3 (glicín
	 5.2.1. Nitrificação por microrganismos do Domínio
	As bactérias que realizam a nitrificação são restr
	5.2.2. As duas etapas da nitrificação são denomina
	5.5. A desnitrificação.