Ciclo do nitrogênio

O ciclo do nitrogênio é um processo biogeoquímico fundamental para a fertilidade do solo. Ele representa o movimento e a transformação do nitrogênio entre a atmosfera, a biosfera, a hidrosfera e a litosfera. Durante o ciclo do nitrogênio, esse elemento abundante na atmosfera em forma de gás nitrogênio (N₂) é convertido em formas assimiláveis pelos vegetais.

As quatro etapas principais do ciclo do nitrogênio incluem a fixação de nitrogênio, na qual bactérias como Rhizobium e Azotobacter convertem N₂ em amônia (NH₃); a nitrificação, que envolve bactérias Nitrosomonas, que realizam a oxidação da amônia a nitrito (NO₂^-), e Nitrobacter, que transformam o nitrito em nitrato (NO₃^-); a assimilação, em que plantas absorvem nitrato e amônio do solo; e a desnitrificação, na qual as bactérias Pseudomonas retornam o nitrato de volta à atmosfera em forma de N​₂, completando o ciclo.

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Resumo sobre o ciclo do nitrogênio

• O ciclo do nitrogênio é um processo biogeoquímico de transformação e movimento do nitrogênio entre atmosfera, biosfera, hidrosfera e litosfera.
• O nitrogênio é um elemento essencial para a vida, compondo moléculas orgânicas como proteínas, ácidos nucleicos e ATP.
• Quatro etapas principais descrevem o ciclo do nitrogênio: fixação, nitrificação, assimilação e desnitrificação.
• A fixação pode ser biótica ou abiótica e converte nitrogênio atmosférico em amônia e amônio​.
• A nitrificação é realizada por bactérias nitrificantes e converte amônia/amônio em nitrato e nitrato em nitrito.
• Na assimilação, as plantas absorvem nitrito e amônio e incorporam o nitrogênio a moléculas orgânicas transferidas a outros organismos via cadeia alimentar.
• Na desnitrificação, bactérias desnitrificantes, em condições anaeróbicas, convertem o nitrito em nitrogênio atmosférico novamente.
• As bactérias desnitrificantes também produzem óxido nitroso, um gás que contribui para o efeito estufa.
• O ciclo do nitrogênio mantém a fertilidade do solo e regula a disponibilidade desse nutriente essencial para os ecossistemas.

Videoaula sobre o ciclo do nitrogênio

O que é o ciclo do nitrogênio?

O ciclo do nitrogênio é um processo biogeoquímico que descreve a transformação e o movimento do nitrogênio entre a atmosfera, a biosfera, a hidrosfera e a litosfera. O nitrogênio predominante na atmosfera (em forma de N₂) não é diretamente assimilável pela maioria dos organismos. Nesse sentido, esse ciclo biogeoquímico envolve uma série de reações que convertem o nitrogênio em diferentes formas químicas que são assimiláveis.

O nitrogênio é um elemento essencial nos processos biológicos e faz parte da composição de moléculas orgânicas (como proteínas e ácidos nucleicos). O ciclo do nitrogênio é essencial para a manutenção da vida e regula a disponibilidade desse nutriente nas cadeias alimentares.

As 4 etapas do ciclo do nitrogênio

O ciclo do nitrogênio compreende quatro etapas principais: fixação, nitrificação, assimilação e desnitrificação.

• Fixação: esse processo converte o nitrogênio atmosférico (N₂) em amônia (NH₃) e amônio (NH₄⁺). A fixação por ação biótica ocorre pelas ações de microrganismos, como bactérias do gênero Rhizobium (comumente associadas a raízes de plantas leguminosas) e bactérias Azotobacter, de vida livre no solo. Processos abióticos que fixam o nitrogênio envolvem descargas elétricas na atmosfera (raios) e alguns processos industriais utilizados, por exemplo, na produção de fertilizantes.

• Nitrificação: é um processo em duas fases mediado por bactérias quimioautotróficas.
  • Oxidação de amônia/amônio (NH₃/NH₄⁺) a nitrito (NO₂^-): feita por bactérias nitrificantes como as Nitrosomonas​. Essa etapa da nitrificação é chamada de nitratação.
  • Oxidação de nitrito (NO₂^-) a nitrato (NO₃^-): feita por bactérias nitrificantes como as Nitrobacter. O nitrato é a forma de nitrogênio mais facilmente assimilável pelas plantas.

• Assimilação: as plantas absorvem o nitrato (NO₃^-) e o amônio (NH₄⁺) do solo por meio de suas raízes. Esses compostos nitrogenados podem então ser incorporados em moléculas orgânicas (como aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos). A fonte de nitrogênio para os animais e outros organismos ocorre via cadeia alimentar pelo consumo das plantas.
• Amonificação: esse processo ocorre quando matéria orgânica nitrogenada de organismos mortos e resíduos excretados por seres vivos é quebrada por decompositores (bactérias e fungos). Esse processo libera amônia (NH₃) e íons amônio (NH₄⁺) de volta ao solo e está intimamente ligado à assimilação e à cadeia alimentar.
• Desnitrificação: é o processo pelo qual bactérias desnitrificantes (como as Pseudomonas) realizam (em condições anaeróbicas) a conversão do nitrato (NO₃^-) de volta a gás nitrogênio atmosférico (N₂). Essa transformação completa o ciclo e devolve o nitrogênio à atmosfera, permitindo a regulação das concentrações de nitrogênio nos ecossistemas. A desnitrificação também pode produzir óxido nitroso (N₂O), um gás que contribui para o efeito estufa.

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Qual a importância do ciclo do nitrogênio?

O ciclo do nitrogênio é fundamental para a manutenção da vida devido ao papel essencial do nitrogênio na constituição dos seres vivos.

• Componente biológico essencial: a disponibilidade adequada de nitrogênio é um fator limitante para o crescimento e desenvolvimento de todos os organismos, pois o nitrogênio é um componente fundamental de moléculas orgânicas. São exemplos:
  • Proteínas: são constituintes estruturais e funcionais de células e tecidos essenciais para o desenvolvimento das funções metabólicas.
  • Ácidos nucleicos (DNA/RNA): são responsáveis pela informação genética que determina as características e regula as funções dos organismos.
  • Adenosina trifosfato (ATP): são moléculas responsáveis pelo fornecimento e transferência de energia nas células.
  • Produtividade dos ecossistemas: a disponibilidade de nitrogênio em formas assimiláveis (como nitrato e amônio) é fundamental para a produtividade primária dos ecossistemas. Organismos autotróficos (como plantas, algas e cianobactérias) dependem diretamente desses compostos para a fotossíntese e para a síntese de suas estruturas. Esses organismos são a base da cadeia alimentar e fornecem energia e nutrientes aos níveis tróficos. Ecossistemas com deficiência de nitrogênio apresentam crescimento limitado da biomassa.
  • Regulação climática indireta: o óxido nitroso (N₂O) é um subproduto da desnitrificação e um potente gás de efeito estufa. As interações e o equilíbrio do ciclo do nitrogênio influenciam as emissões de N₂O para a atmosfera e contribuem para os impactos das mudanças climáticas globais.
  • Fertilidade do solo: a fixação biótica e a nitrificação são processos fundamentais para o enriquecimento do solo com formas de nitrogênio utilizáveis pelas plantas. A fertilidade natural do solo nos ecossistemas é diretamente influenciada pelo ciclo do nitrogênio. As produções agrícolas também dependem do ciclo do nitrogênio. O manejo adequado com rotação de culturas e o uso racional de fertilizantes nitrogenados contribui para a eficiência e sustentabilidade das práticas agrícolas.

Mapa mental do ciclo do nitrogênio

Exercícios sobre ciclo do nitrogênio

1. (Enem 2023) No ciclo biogeoquímico do nitrogênio participam vários organismos vivos. Um dos efeitos desse ciclo é aumentar a disponibilidade dos compostos nitrogenados no solo.

As minhocas participam desse ciclo quando

a) oxidam o nitrito a nitrato.

b) reduzem o nitrito a amônia.

c) oxidam a amônia liberada da matéria orgânica.

d) transformam a matéria orgânica, liberando amônia.

e) fixam o nitrogênio molecular presente no ar atmosférico.

Resposta: D).

As minhocas são organismo detritívoros decompositores que contribuem para o ciclo do nitrogênio ao processar a matéria orgânica no solo (como folhas e restos de animais). A digestão e decomposição da matéria orgânica pelas minhocas excreta amônia (NH₃) em seus dejetos, contribuindo para a amonificação do solo. A amônia liberada nesse processo se torna disponível para as bactérias nitrificantes, que a converterão em nitrito e, posteriormente, em nitrato, formas assimiláveis pelas plantas. Os processos de fixação, nitrificação e desnitrificação não contam com a participação direta das minhocas. Dessa forma, a única alternativa que contempla a ação das minhocas no ciclo do nitrogênio é a letra D.

2. (Enem  2023) O ciclo do nitrogênio é composto por várias etapas, conforme a figura, sendo cada uma desempenhada por um grupo específico de microrganismos.

Se o grupo dos microrganismos decompositores fosse exterminado, qual etapa não ocorreria?

a) 1

b) 2

c) 3

d) 4

e) 5

Resposta: B).

Os microrganismos decompositores são detritívoros e realizam a decomposição da matéria orgânica no solo, liberando amônia. Nesse sentido, a eliminação desses organismos faria com que a etapa representada pelo número 2 não ocorresse.

Fontes

ADUAN, RE et al. Os grandes ciclos biogeoquímicos do planeta. Planaltina - DF: Embrapa Cerrados, 2004.

ODUM, E.; BARRET, GW. Fundamentos de ecologia. 5 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008.

RICKLEFS, RE. A economia da natureza. 5 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003.