Ciclo do Nitrogênio para o ENEM

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Importância biológica do nitrogênio

Elemento essencial na composição de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos (DNA e RNA), ATP e clorofila em seres vivos.

Gás nitrogênio atmosférico (N2)

Forma mais abundante na atmosfera (cerca de 78%), mas inacessível de forma direta para a maioria dos seres vivos devido à tripla ligação estável.

Fixação biológica de nitrogênio

Conversão do gás nitrogênio atmosférico (N2) em amônia (NH3) ou íons amônio (NH4+) por meio de microrganismos específicos.

Enzima nitrogenase

Complexo enzimático bacteriano responsável por catalisar a quebra da tripla ligação do N2 na fixação, sendo inibido na presença de oxigênio (O2).

Bactérias do gênero Rhizobium

Bactérias fixadoras de nitrogênio que formam nódulos simbióticos mutualísticos nas raízes de plantas leguminosas.

Bactérias do gênero Azotobacter

Bactérias de vida livre no solo capazes de realizar a fixação biológica de nitrogênio sem associação direta com plantas.

Cianobactérias na fixação de nitrogênio

Organismos fotossintetizantes aquáticos (como Anabaena e Nostoc) que fixam N2 em células especializadas chamadas heterocistos.

Fixação física ou atmosférica

Transformação do N2 em óxidos de nitrogênio (NO e NO2) pela energia de relâmpagos e descargas elétricas, dissolvendo-se na chuva.

Fixação industrial (Processo Haber-Bosch)

Síntese artificial de amônia (NH3) a partir de N2 e H2 sob alta pressão e temperatura, usada na produção de fertilizantes químicos.

Leguminosas

Família vegetal (ex.: soja, feijão, ervilha) cujas raízes associam-se ao Rhizobium, enriquecendo o solo com nitrogênio.

Nódulos radiculares

Estruturas formadas nas raízes de leguminosas infectadas por Rhizobium onde ocorre a fixação biológica protegida do excesso de O2.

Leg-hemoglobina

Proteína nos nódulos de leguminosas que sequestra o oxigênio livre, protegendo a enzima nitrogenase da oxidação inativadora.

Amonificação (ou Decomposição)

Degradação de resíduos orgânicos nitrogenados (ureia, ácido úrico e cadáveres) em amônia (NH3) ou amônio (NH4+) por decompositores.

Agentes da amonificação

Bactérias e fungos decompositores sapróbios presentes no solo e na água que quebram proteínas e ácidos nucleicos.

Excretas nitrogenadas no ciclo

Amônia, ureia e ácido úrico liberados por animais que servem de substrato para a decomposição e amonificação.

Nitrificação (Visão Geral)

Processo aeróbio no qual a amônia (NH3) é oxidada a nitrito (NO2-) e posteriormente a nitrato (NO3-) por bactérias quimiossintetizantes.

Nitrosação

Primeira etapa da nitrificação: oxidação da amônia (NH3) a nitrito (NO2-) realizada principalmente por bactérias Nitrosomonas.

Bactérias Nitrosomonas e Nitrosococcus

Bactérias quimiossintetizantes autotróficas que realizam a nitrosação (NH3 para NO2-) para obter energia metabólica.

Equação básica da nitrosação

2 NH3 + 3 O2 -> 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O + energia utilizada pelas bactérias nitrosantes.

Nitração

Segunda etapa da nitrificação: oxidação do nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-) realizada por bactérias Nitrobacter.

Bactérias Nitrobacter

Bactérias quimiossintetizantes do solo que realizam a nitração convertendo o nitrito tóxico (NO2-) em nitrato (NO3-).

Equação básica da nitração

2 NO2- + O2 -> 2 NO3- + energia utilizada pelas bactérias nitratantes.

Toxicidade do nitrito (NO2-)

Íon intermediário da nitrificação que é tóxico para a maioria das plantas, devendo ser rapidamente convertido em nitrato.

Assimilação vegetal do nitrogênio

Absorção de nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) pelas raízes e incorporação do nitrogênio em moléculas orgânicas vegetais.

Nitrato (NO3-)

Principal forma inorgânica de nitrogênio absorvida pelas plantas a partir da solução aquosa do solo.

Desnitrificação

Redução do nitrato (NO3-) de volta a gás nitrogênio (N2), liberando-o para a atmosfera e completando o ciclo global.

Bactérias desnitrificantes (ex.: Pseudomonas)

Bactérias anaeróbias facultativas que utilizam o nitrato como aceptor final de elétrons na respiração anaeróbia.

Condições para desnitrificação no solo

Solos compactados, alagados ou mal aerados com baixo teor de O2, favorecendo a respiração anaeróbia de bactérias.

Equação simplificada da desnitrificação

2 NO3- -> 2 NO2- -> 2 NO -> N2O -> N2 (gás liberado para a atmosfera).

Óxido nitroso (N2O) no ciclo

Gás intermediário liberado na desnitrificação e nitrificação com alto potencial de efeito estufa e destruição do ozônio.

Rotação de culturas

Prática agrícola que alterna leguminosas com gramíneas para renovar a fertilidade nitrogenada natural do solo.

Adubação verde

Plantio e incorporação ao solo de leguminosas para enriquecê-lo biologicamente com biomassa rica em nitrogênio.

Plantio direto e o ciclo do nitrogênio

Técnica que reduz a compactação do solo e preserva a umidade e a microbiota fixadora e nitrificante.

Eutrofização por excesso de nitrato

Escoamento de fertilizantes ricos em nitrato para rios, gerando proliferação excessiva de algas e queda de oxigênio.

Lixiviação de nitratos

Perda de íons NO3- para camadas profundas do solo e lençol freático devido à sua alta solubilidade em água e carga negativa.

Por que o N2 não é absorvido pelas plantas?

As plantas não possuem a enzima nitrogenase necessária para romper a tripla ligação covalente entre os átomos de nitrogênio.

Papel dos herbívoros no ciclo do nitrogênio

Obtêm nitrogênio orgânico pela ingestão de vegetais e o transferem aos níveis tróficos superiores ou o excretam.

Amônio (NH4+) no solo

Cátion retido facilmente pelas partículas coloidais negativas de argila do solo, menos sujeito à lixiviação imediata.

Relação mutualística Rhizobium e raízes

A planta fornece carboidratos da fotossíntese à bactéria, e a bactéria fornece compostos nitrogenados à planta.

Frankia e actinorrizas

Bactérias actinomicetos que formam nódulos fixadores em plantas não-leguminosas, como o amieiro (Alnus).

Impacto da queima de biomassa no ciclo

Liberação rápida de compostos nitrogenados retidos na matéria orgânica sob a forma de óxidos de nitrogênio na atmosfera.

Chuva ácida associada ao nitrogênio

Reação de óxidos de nitrogênio (NOx da combustão) com vapor de água formando ácido nítrico (HNO3) precipitado.

Bactérias Anammox

Bactérias que realizam a oxidação anaeróbia da amônia combinando NH4+ e NO2- para formar diretamente gás N2.

Importância da aeração do solo para nitrificação

Por serem estritamente aeróbias, Nitrosomonas e Nitrobacter dependem de solos arados e oxigenados para atuar com eficiência.

Destino do nitrogênio após morte de organismos

Proteínas e ácidos nucleicos são desaminados por decompositores, gerando amônia para reiniciar etapas do ciclo.

Redução do nitrato na planta

Após absorvido, o nitrato (NO3-) é reduzido enzimaticamente a nitrito e depois a amônio para formar aminoácidos.

Micorrizas e nitrogênio

Fungos associados a raízes que auxiliam na absorção de água e nutrientes, incluindo amônio e compostos orgânicos de N.

Urease bacteriana

Enzima presente no solo que hidrolisa a ureia da urina animal em amônia e dióxido de carbono.

Diferença entre nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-)

Nitrito possui 2 oxigênios e é tóxico em excesso; nitrato possui 3 oxigênios e é prontamente assimilado pelas plantas.

Ciclo do nitrogênio e cadeia trófica no ENEM

O nitrogênio entra na cadeia via produtores (assimilação de nitrato) e flui para consumidores e decompositores.