Resumo do ciclo do nitrogênio
Por Nara Siqueira 7 min de leitura
Em 30 segundos
O nitrogênio é essencial para formar proteínas e ácidos nucleicos, e quase 80% do ar é gás nitrogênio, mas plantas e animais não conseguem usá-lo nessa forma. Quem resolve isso são bactérias. Na fixação, bactérias como o Rhizobium, nas raízes de leguminosas, transformam o N₂ em amônia; raios e a indústria de fertilizantes também fixam nitrogênio. Na amonificação, decompositores transformam restos e excretas em amônia. Na nitrificação, bactérias quimiossintetizantes oxidam a amônia a nitrito (Nitrosomonas) e o nitrito a nitrato (Nitrobacter). As plantas absorvem o nitrato e fazem suas proteínas; os animais o recebem comendo. Na desnitrificação, bactérias de solos sem oxigênio devolvem o nitrogênio ao ar como N₂, fechando o ciclo.
Muito nitrogênio, pouco aproveitável
O nitrogênio entra na composição dos aminoácidos, e portanto das proteínas, dos ácidos nucleicos (DNA e RNA) e do ATP. Nenhum ser vivo vive sem ele. E ele sobra: cerca de 78% do ar é gás nitrogênio, N₂.
O problema está na molécula. Os dois átomos do N₂ estão presos por uma ligação tripla, muito forte e difícil de quebrar. Plantas e animais não têm como fazê-lo. Respiramos nitrogênio o tempo todo e o devolvemos ao ar sem usá-lo.
O ciclo do nitrogênio é o conjunto de transformações que leva esse elemento do ar aos seres vivos e de volta ao ar. Quase todas as etapas dependem de bactérias.
Etapa 1: fixação
Fixar o nitrogênio é transformar o N₂ do ar numa forma que os seres vivos aproveitam, a amônia (NH₃). Há três caminhos.
Fixação biológica. É a mais importante na natureza. Algumas bactérias têm uma enzima, a nitrogenase, capaz de quebrar a ligação tripla. A mais famosa é o Rhizobium, que vive em nódulos nas raízes de leguminosas, como feijão, soja, ervilha e amendoim. A relação é de mutualismo: a bactéria fornece nitrogênio à planta e recebe dela açúcares produzidos na fotossíntese. Também fixam nitrogênio bactérias de vida livre no solo e cianobactérias na água.
Fixação atmosférica. A energia dos raios combina nitrogênio e oxigênio em óxidos, que a chuva leva ao solo como nitratos. A contribuição é pequena.
Fixação industrial. Desde o começo do século XX, o processo de Haber-Bosch produz amônia a partir do N₂ do ar, sob alta pressão e temperatura. É a base dos fertilizantes nitrogenados, que sustentam boa parte da produção mundial de alimentos.
No Brasil, a fixação biológica na soja, com bactérias aplicadas às sementes, reduz a necessidade de adubo nitrogenado. A pesquisadora Johanna Döbereiner foi pioneira nesses estudos.
Etapa 2: amonificação
Quando plantas e animais morrem, ou quando os animais excretam ureia e outros resíduos, o nitrogênio fica preso na matéria orgânica. Os decompositores, bactérias e fungos, quebram essa matéria e liberam amônia, que no solo úmido vira íon amônio (NH₄⁺). É a amonificação.
Etapa 3: nitrificação
A amônia ainda não é a forma preferida pela maioria das plantas. A nitrificação a transforma em nitrato (NO₃⁻), em duas etapas feitas por bactérias diferentes:
| Etapa | Transformação | Bactéria |
|---|---|---|
| Nitrosação | Amônia (NH₃) → nitrito (NO₂⁻) | Nitrosomonas |
| Nitratação | Nitrito (NO₂⁻) → nitrato (NO₃⁻) | Nitrobacter |
O nitrito é tóxico para as plantas em quantidade, e por isso a segunda etapa costuma vir logo depois da primeira: no solo arejado, quase todo nitrito vira nitrato rapidamente.
Essas bactérias são quimiossintetizantes: obtêm energia oxidando a amônia e o nitrito, e com essa energia produzem a própria matéria orgânica, sem luz. Precisam de oxigênio, por isso trabalham em solos arejados.
Etapa 4: assimilação
As plantas absorvem o nitrato, e também o amônio, pelas raízes e usam o nitrogênio para fabricar aminoácidos e ácidos nucleicos. Os animais recebem o nitrogênio comendo plantas ou outros animais. É assim que o nitrogênio fixado por uma bactéria acaba nas proteínas do seu corpo.
Etapa 5: desnitrificação
Para o ciclo fechar, o nitrogênio precisa voltar ao ar. Isso é feito pelas bactérias desnitrificantes, que transformam o nitrato em N₂. Elas vivem em ambientes pobres em oxigênio, como solos encharcados e fundos de lagos, e usam o nitrato no lugar do oxigênio na respiração.
Para a agricultura, a desnitrificação é uma perda: tira do solo o nitrogênio que as plantas usariam.
O ciclo inteiro em uma linha
N₂ do ar → fixação → amônia → nitrificação → nitrito → nitrato → plantas → animais → decomposição (amonificação) → amônia → … → desnitrificação → N₂ do ar
O ser humano no ciclo
Leguminosas na lavoura. Agricultores plantam leguminosas entre uma safra e outra (rotação de culturas) ou as enterram no solo como adubação verde, para que o nitrogênio fixado pelas bactérias enriqueça a terra para a próxima cultura.
Fertilizantes demais. A indústria hoje fixa uma quantidade de nitrogênio comparável à de todos os processos naturais juntos. O excesso escoa para rios e lagos e provoca eutrofização: as algas crescem sem controle, morrem e são decompostas por bactérias que consomem o oxigênio da água, e os peixes morrem asfixiados. Parte do nitrogênio vai para o ar como óxido nitroso (N₂O), um gás de efeito estufa.
Como cair bem numa questão
Guarde três pares: fixação pega o N₂ do ar; nitrificação vai de amônia a nitrito (Nitrosomonas) e de nitrito a nitrato (Nitrobacter); desnitrificação devolve o N₂ ao ar. E lembre que leguminosa sozinha não fixa nada: quem fixa é a bactéria do nódulo. O ciclo irmão, com outro elemento, está em ciclo do carbono, e os ambientes onde esses ciclos acontecem, em biomas brasileiros.
O que costuma cair
- Por que o N₂ atmosférico, abundante, não é aproveitado diretamente pela maioria dos seres vivos.
- A fixação biológica pelo Rhizobium em nódulos das raízes de leguminosas, numa relação de mutualismo.
- A ordem da nitrificação: amônia a nitrito por Nitrosomonas, nitrito a nitrato por Nitrobacter.
- A desnitrificação como única etapa que devolve o nitrogênio à atmosfera, feita por bactérias em ambiente sem oxigênio.
- O uso de leguminosas na rotação de culturas e na adubação verde para repor nitrogênio no solo.
- O excesso de fertilizantes nitrogenados e a eutrofização de rios e lagos.
Onde quase todo mundo erra
As plantas absorvem o nitrogênio do ar pelas folhas
As folhas trocam gás carbônico e oxigênio, não nitrogênio. As plantas absorvem nitrogênio pelas raízes, sobretudo na forma de nitrato e de amônio, já transformado por bactérias. Até a leguminosa depende da bactéria que vive nos seus nódulos para aproveitar o N₂.
A nitrificação transforma nitrogênio do ar em nitrato
Transformar N₂ do ar é a fixação. A nitrificação começa com a amônia já presente no solo e a oxida em duas etapas: primeiro a nitrito, por Nitrosomonas, depois a nitrato, por Nitrobacter. Trocar a ordem das bactérias ou das substâncias é o erro mais cobrado.
A desnitrificação é boa porque fertiliza o solo
É o contrário: a desnitrificação tira nitrogênio do solo e o devolve ao ar como N₂. Acontece em solos encharcados, pobres em oxigênio, e por isso a drenagem e a aeração do solo reduzem essa perda para a agricultura.
Quanto mais fertilizante nitrogenado, melhor para o ambiente
O excesso escoa com a chuva para rios e lagos e provoca eutrofização: algas se multiplicam, morrem, e sua decomposição consome o oxigênio da água, matando peixes. Parte do nitrogênio também vai para o ar como óxido nitroso, um gás de efeito estufa.
Cards de revisão
7 perguntas
- Por que os seres vivos precisam de nitrogênio?
- Para formar aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos como DNA e RNA, e o ATP.
- O que é fixação do nitrogênio?
- A transformação do N₂ do ar em amônia, feita por bactérias, por raios ou pela indústria.
- Que bactéria vive nas raízes das leguminosas?
- O Rhizobium, em nódulos, numa relação de mutualismo: fornece nitrogênio e recebe açúcares.
- O que é amonificação?
- A decomposição de restos de seres vivos e excretas por bactérias e fungos, que libera amônia.
- Qual a ordem da nitrificação?
- Amônia vira nitrito pela Nitrosomonas; nitrito vira nitrato pela Nitrobacter.
- O que é desnitrificação?
- A transformação do nitrato em N₂, que volta ao ar, feita por bactérias em ambiente sem oxigênio.
- Por que se plantam leguminosas entre safras?
- Porque as bactérias de seus nódulos fixam nitrogênio e enriquecem o solo para a próxima cultura.
Nara Siqueira
Resumos de ciências da natureza
Escreve os resumos de biologia, com foco nos mecanismos que a prova costuma cobrar. Testa cada resumo em uma pergunta única: se a pessoa só ler isto, ela consegue explicar o processo para outra pessoa? Enquanto a resposta for não, reescreve.