Qual é a importância do ciclo do nitrogênio?

O ciclo do nitrogênio é um dos ciclos biogeoquímicos mais importantes para a manutenção da vida na Terra. Isso porque o nitrogênio é um elemento essencial para a composição de moléculas orgânicas, como proteínas e ácidos nucleicos, fundamentais para os seres vivos.

No entanto, a maior parte do nitrogênio atmosférico não pode ser diretamente utilizada pelos organismos. Para que ocorra a incorporação do nitrogênio nos seres vivos, é necessário que ele passe por uma série de transformações químicas e biológicas.

Por exemplo: o ciclo do nitrogênio desempenha um papel crucial na fertilidade do solo, na produção de alimentos e na regulação dos níveis de nutrientes nos ecossistemas. 

Por que o ciclo do nitrogênio é diferente dos demais ciclos biogeoquímicos?

Ele está presente na composição da clorofila, pigmento essencial justamente para que a fotossíntese seja realizada. Embora não seja tão popular quanto outros elementos e não participe diretamente do processo de fotossíntese, o nitrogênio gasoso é o componente mais abundante na atmosfera terrestre.

Embora exista em grande quantidade, apenas certas bactérias conseguem usar o nitrogênio em sua forma gasosa. No entanto, o nitrogênio é indispensável para nossa sobrevivência, além de estar presente em proteínas, ácidos nucléicos e ATPs.

Etapas do ciclo biogeoquímico do nitrogênio

O ciclo biogeoquímico do nitrogênio inclui:

• componentes biológicos
  Produtores, consumidores e decompositores
• componentes geológicos
  Atmosfera, litosfera e hidrosfera

O Pisolithus tinctorius é um dos principais fungos nas combinações que produzem micorrizas utilizadas na jardinagem e horticultura como promotores do crescimento das raízes.

Os fungos micorrízicos arbusculares desempenham um papel importante nos ciclos biogeoquímicos, auxiliando no ecossistema solo-vegetal, estabelecendo uma relação de mutualismo simbiótico com as raízes das plantas e tendo um papel significativo na amonização.

Essa simbiose é de extrema importância, uma vez que promove o crescimento do organismo vegetal simbionte e confere maior tolerância a condições adversas do ambiente.

Fixação

As etapas do ciclo do nitrogênio começam quando as bactérias fixam biologicamente a maior parte do nitrogênio do ar (cerca de 150 milhões de toneladas por ano).

Elas podem viver livremente no solo (Azotobacter) ou em simbiose com as células das raízes de leguminosas como o feijão (bactérias do gênero Rhizobium).

Há muito tempo se sabe que o cultivo contínuo de certas plantas esgota a fertilidade do solo. Esse esgotamento ocorre principalmente pela remoção de sais de nitrogênio do solo pelas plantas, sem a reposição necessária.

Cultivar plantas como feijão, alfafa, trevo, ervilhas, tremoço, etc., aumenta a quantidade de nitrogênio no solo. Essas leguminosas possuem nódulos nas raízes que se associam a bactérias do gênero Rhizobium.

Amonização

As bactérias, fungos e organismos decompositores transformam o nitrogênio atmosférico em amônia, que pode ser utilizada pelas plantas. Parte da amônia presente no solo é convertida em nitritos e, em seguida, em nitratos, que são absorvidos pelas plantas.

Dessa forma, as plantas incorporam o nitrogênio aos aminoácidos que produzem. Por sua vez, o material orgânico produzido beneficia as bactérias e os fungos. A decomposição também faz parte do resultado da atividade respiratória desses microrganismos.

Nitrificação

As bactérias nitrificantes convertem a amônia (NH3) em nitratos (NO3-), que são essenciais para as plantas. A amônia pode vir de várias fontes, como bactérias fixadoras, excreção animal e decomposição de matéria orgânica.

As substâncias envolvidas no ciclo do nitrogênio incluem a produção de nitratos que ocorre em duas etapas, ambas realizadas por bactérias quimiossintéticas altamente especializadas:

• nitrosação
  Nesta etapa, a amônia presente no solo é convertida em nitrito por microorganismos nitrosantes, como as bactérias dos gêneros Nitrosomonas, Nitrosococcus e Nitrosolobus.
• nitratação
  Os nitritos liberados no solo são transformados em nitratos através da oxidação, realizada por bactérias nítricas. O gênero Nitrobacter é um dos principais representantes dessas bactérias.

Nitritos são tóxicos para as plantas, mas geralmente não se acumulam no solo. Eles são absorvidos pelas plantas e convertidos em amônia nas células vegetais, usadas na produção de aminoácidos.

As bactérias nitrificantes são autótrofas quimiossintéticas, produzindo substâncias orgânicas sem depender de luz, ao contrário das plantas. Elas usam a energia liberada na oxidação da amônia ou dos nitritos para produzir matéria orgânica.

Desnitrificação

O papel das bactérias desnitrificantes é vital, pois, ao contrário das fixadoras de N2, elas partem de compostos nitrogenados, como nitratos e nitritos, e matéria orgânica nitrogenada, liberando o N2 de volta para a atmosfera, fechando assim o ciclo.

No solo, existem várias espécies de bactérias desnitrificantes, como a Pseudomonas denitrificans, que realizam a desnitrificação, um processo de respiração anaeróbica que utiliza nitrato ou nitrito como aceptor de elétrons.

Respiração anaeróbia

Uma vez 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 nas condições aeróbicas. Áreas típicas onde acontece a desnitrificação são, por exemplo, os pântanos, nos quais o fluxo de O2 é limitado.

As plantas incorporam o nitrogênio na forma de nitrato (NO3-), integrando, assim, suas moléculas orgânicas, como proteínas e ácidos nucleicos. Esse processo continua nos níveis tróficos superiores das cadeias alimentares quando herbívoros consomem plantas e usam o nitrogênio para formar moléculas animais.

Nos níveis dos consumidores, as proteínas e ácidos nucleicos assimilados sofrem degradação, produzindo resíduos nitrogenados, como amônia, ureia e ácido úrico, posteriormente excretados.

Importância do ciclo do nitrogênio

O nitrogênio é essencial para a existência de vida. O seu ciclo, então, além de ajudar na presença do elemento na atmosfera, também converte o nitrogênio atmosférico em amônia, nitrito e nitrato, substâncias absorvidas pelos organismos vivos.

Além disso, por ser um elemento vital para o crescimento e desenvolvimento das plantas, é necessário que os solos contenham níveis adequados de nitrogênio.

No geral, pensando no contexto dos vestibulandos, compreender o ciclo do nitrogênio é de extrema relevância para quem está se preparando para o Enem e outros vestibulares. Na disciplina de Biologia, os alunos da plataforma Aprova Total podem encontrar aulas e resumos que facilitam o seu entendimento, bem como sua conexão com outros ciclos biogeoquímicos.

Como os ciclos biogeoquímicos caem no Enem e nos vestibulares?

Conhecer os principais ciclos, suas etapas, a importância para o equilíbrio ecológico e o impacto humano, além de suas consequências é essencial. Portanto, estude conceitos básicos, problemas ambientais, assim como interações entre seres vivos e ambiente. Veja alguns exemplos de exercícios!

Exemplo 1

(Enem 2017) Uma grande virada na moderna história da agricultura ocorreu depois da Segunda Guerra Mundial. Após a guerra, os governos haviam se deparado com um enorme excedente de nitrato de amônio, ingrediente usado na fabricação de explosivos. A partir daí as fábricas de munição foram adaptadas para começar a produzir fertilizantes tendo como componente principal os nitratos.

SOUZA, F.A. Agricultura natural/orgânica como instrumento de fixação biológica e manutenção do nitrogênio no solo: um modelo sustentável de MDL. Disponível em: www.planetaorganico.com.br Acesso em: 29  de junho de 2023.

No ciclo natural do nitrogênio, o equivalente ao principal componente desses fertilizantes industriais é produzido na etapa de

a) Nitratação
b) Nitrosação
c) Amonificação
d) Desnitrificação
e) Fixação biológica de N2

Resposta: [A]
O nitrato utilizado como fertilizante é produzido biologicamente na nitratação, última etapa da nitrificação, que é uma reação de oxidação do nitrito.

Exemplo 2

(Enem 2015) O nitrogênio é essencial para a vida, e o maior reservatório global desse elemento, na forma de N₂, é a atmosfera. Os principais responsáveis por sua incorporação na matéria orgânica são micro-organismos fixadores de N₂, que ocorrem de forma livre ou simbiontes com plantas.

ADUAN, R. E. et al. Os grandes ciclos biogeoquímicos do planeta. Planaltina: Embrapa, 2004 (adaptado).

Animais garantem suas necessidades metabólicas desse elemento pela

a) absorção do gás nitrogênio pela respiração.

b) ingestão de moléculas de carboidratos vegetais.

c) incorporação de nitritos dissolvidos na água consumida.

d) transferência da matéria orgânica pelas cadeias.

e) protocooperação com micro-organismos fixadores de nitrogênio.

Resposta: [D]
Como o nitrogênio gasoso não pode ser absorvido pelos animais diretamente da atmosfera, eles conseguem esse importante nutriente por meio da alimentação.

👉 Leia também:
Ciências da Natureza: conheça 10 estratégias de estudo

Fungo zumbi? Como tema de série The Last of Us pode aparecer no vestibular