O Ciclo do Nitrogénio (Azoto)

O Ciclo do Nitrogénio 

O crescimento de todos os organismos depende da disponibilidade de nutrientes minerais no meio ambiente. O nitrogénio é um elemento particularmente importante da biosfera visto que, em grandes quantidades, é um componente essencial das proteínas, ácidos nucleicos e outros constituintes celulares. 

O azoto ou nitrogénio é um elemento químico com símbolo N, número atómico 7 e de massa atómica 14,00674 u, representado no grupo 15 da tabela periódica. Pertence à família dos pnicogénios. O nitrogénio foi descoberto pelo médico escocês Daniel Rutherford em 1772, como componente separável do ar. 

Esse elemento é o mais abundante no ar atmosférico, compondo cerca de 78% do seu volume em massa. Cerca de 20% do ar é constituído de gás oxigénio e 1% de outros gases, tais como árgon, dióxido de carbono e vapor de água.

As moléculas de azoto presentes no ar são formadas cada uma por dois átomos de nitrogénio unidos por uma ligação tripla, uma ligação química muito forte, na qual se compartilham três pares de electrões.

Apesar de estar presente em grande quantidade na atmosfera, o teor de azoto na crosta terrestre é relativamente escasso, na ordem de 19 ppm, o que significa que em cada tonelada há só 19 gramas, sendo o 33º elemento em ordem de abundância.

Por isso, apesar de abundante na forma de gás, o azoto não está disponível para uso pela maioria dos organismos, porque tem uma ligação entre os dois átomos de nitrogénio que faz com que a molécula seja quase inerte. 

O azoto só pode ser utilizado para o crescimento se ele for um combinado fixo sob a forma de amónio (NH4) ou de nitrato (NO3), o que ocorre através de um processo de transformação do N2 da atmosfera naqueles compostos a que se dá o nome de fixação do nitrogénio.

As rochas libertam ao longo do tempo pequenas quantidades destes íons, mas o processo ocorre tão lentamente que ele tem um efeito desprezível sobre a disponibilidade do nitrogénio combinado.

Assim, o azoto mais disponível deriva assim de outros meios.

Por exemplo, certas plantas, como o feijão, e os organismos marinhos, como as algas, e um grande número de bactérias possuem enzimas que são capazes de induzir o azoto do ar a reagir, “fixando-se” na forma de amónia (NH3) ou íons de amónio (NH4+) por meio de redução. Esse processo de redução catalisado por enzimas através da acção das bactérias, representa 90% de toda a fixação de origem natural.

O azoto da atmosfera pode reagir com o oxigénio do ar formando óxidos de nitrogénio, principalmente o NO2. Mas essa reacção envolve uma grande quantidade de energia, por isso ela acontece na atmosfera por meio de descargas de relâmpagos, vulcões, etc. Por meio das tempestades, esses compostos e outros que contêm azoto descem para a terra e são absorvidos pelas raízes das plantas.

Abaixo temos uma ilustração do ciclo do nitrogénio, que é um dos ciclos mais importantes e complexos, pois envolve um intercâmbio de nitrogénio entre a atmosfera, a matéria orgânica e compostos inorgânicos.

Os óxidos de azoto mencionados podem reagir com a água da chuva, dando origem aos ácidos nitroso e nítrico, ou seja, originam uma espécie de chuva ácida que apesar de não ser considerada nociva, no longo prazo, pode causar algum impacto ambiental.

NO2(g) + H2O(l)→ HNO2(aq) + HNO3(aq)

O Processo de Fixação de Nitrogénio

A fixação de nitrogénio ocorre de duas maneiras principais. 

A primeira é através de grandes quantidades de energia produzidas por fenómenos como a radiação cósmica, meteoritos, relâmpagos, que podem conduzir à combinação do nitrogénio com o hidrogénio e o oxigénio encontrados na água. No entanto, estima-se que menos de 8.9 kg é gerado anualmente dessa maneira. 

A segunda fonte, a maior, de nitrogénio "fixo" é através de conversão biológica. O nitrogénio atmosférico pode ser fixado biologicamente numa forma disponível, tais como a amónia e o nitrato, por:

1) Bactérias simbióticas comummente associadas aos legumes e a outras plantas com nódulos radiculares, 

2) Bactérias aeróbicas de vida livre, e 

3) Algas verde-azuladas. 

Através de caminhos bioquímicos, essas bactérias quebram a ligação da molécula de N2 em dois átomos de nitrogénio, que, em seguida, combinam com o hidrogénio para formar amónia (NH3). 

Por isso, em ambientes naturais, o nitrogénio é frequentemente armazenado através da decomposição de materiais orgânicos. Ele também está constantemente a ser removido e adicionado ao meio ambiente biótico e abiótico num ciclo bioquímico. 

O nitrogénio "Fixo" entra no meio biótico através do deterioração de materiais orgânicos (libertando aminoácidos, etc), ou a partir de fixação por bactérias especializadas.

Desta forma, a "fixação" biológica gera aproximadamente 90% do nitrogénio fixo e contribui para o ambiente biótico todos os anos. 

No entanto, a fixação biológica de nitrogénio não é fácil. São necessárias cerca de 10 gramas de glicose para obter apenas 1 grama de nitrogénio. 

Dada a limitada disponibilidade de nitrogénio útil, não é de estranhar que este nutriente constitui muitas vezes um factor limitante para o crescimento e produção de biomassa em muitos ambientes onde a disponibilidade de clima e da água não constituem limitações.

A desnitrificação

Geralmente, o nitrogénio está sob a forma de amónio (NH4+). Neste ponto é submetido a uma modificação adicional para ser mais prontamente utilizável pelas plantas. 

O processo pelo qual a amónia é convertida para nitritos e nitratos é chamado desnitrificação. Dois grupos de microrganismos, Nitrossomas e Nitrobactérias, conduzem esta parte do ciclo do nitrogénio. 

Primeiro, as bactérias Nitrossomas utilizam o amoníaco disponível nos solos como uma fonte de energia. Eles metabolizam a amónia e promovem a sua oxidação em íons de nitrito e água. O nitrito é um resíduo metabólico dessas bactérias e está, então, disponível como uma fonte de alimento para as nitrobactérias, capazes de oxidar os íons de nitrito em nitrato. 

As plantas, de seguida, utilizam nitratos para o crescimento e a respiração. O nitrogénio absorvido pelas plantas é libertado como aminoácidos quando o tecido da planta é comido ou a planta morre e começa a decair. 

O nitrogénio também é perdido a partir de parte do ciclo biótico de duas maneiras, desnitrificação e mineralização de materiais orgânicos. Mineralização da matéria orgânica em decomposição liga o nitrogénio ao ambiente abiótico até que com o tempo seja libertado. 

Desnitrificação, ou redução do nitrato em nitrogénio atmosférico, é catalisada em condições anaeróbicas por parte de bactérias desnitrificantes, tais como as Pseudomonas.

Em termos gerais, o ciclo do nitrogénio é típico do ciclo de muitos nutrientes que são importantes para todas as formas de vida. É multifacetado e bastante complexo, incorporando numerosos caminhos e escalas de tempo.