Bactérias Nitrificantes e Desnitrificantes
O Ciclo Do Nitrogênio
Responsável por compor aproximadamente 80% da atmosfera o nitrogênio (N) de número atômico sete é indispensável à vida, pois, participa diretamente da constituição das proteínas e ácidos nucléicos, mas não consegue ser absorvido na forma gasosa do N2 por plantas e animais. Desta forma, certas bactérias do solo e as algas azuis dos oceanos convertem o nitrogênio do ar em amônia, sendo que algumas plantas absorvem diretamente a amônia.
Conhecidas como inoculante agrícola as bactérias do gênero Rhizobium que vivem no solo, chegam ao sistema radicular das leguminosas jovens, tecido corticais das raízes, onde se desenvolvem e fixam o N2 atmosférico, transformando em sais de nitrogênio que são utilizados pelas plantas (NH4+, NO2, NO3); atuando como adubo.
O nitrogênio está presente nos aminoácidos das proteínas, nas bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos. No ciclo do nitrogênio participam bactérias, algas azuis (cianofíceas) e fungos.
O ciclo do nitrogênio é um ciclo biogeoquímico que garante a circulação do nitrogênio no ambiente físico e nos seres vivos. O nitrogênio é um nutriente utilizado por vários organismos, sendo essencial para formar proteínas, ácidos nucleicos e outros componentes das células.
Resumo Do Ciclo Do Nitrogênio
O ciclo do nitrogênio garante a disponibilidade de nitrogênio para os seres vivos e depois novamente para o meio. Desta forma, o nitrogênio pode ser reutilizado por outros organismos. Os principais processos deste ciclo, são:
- Fixação do nitrogênio atmosférico por bactérias, como as do gênero Rhizobium;
- Decomposição da matéria orgânica e formação do íon amônio;
- Processo de nitrificação, com a nitrosação e nitração.
- Desnitrificação, na qual as bactérias desnitrificantes garantem a transformação de nitratos em gás nitrogênio.
Fixação
Dentre as primeiras etapas está a fixação do nitrogênio atmosférico com o auxílio de bactérias. As bactérias mais conhecidas para esta etapa são as do gênero Rhizobium, as quais vivem em associação simbiótica (mutualismo) com raízes vegetais leguminosas (ervilha, soja, feijão, etc.). Essas bactérias formam nódulos na região cortical das raízes dessas plantas, onde agem captando o nitrogênio atmosférico e transformando-o em amônia (NH3), que será utilizada pela planta. Essas bactérias estabelecem uma relação mutualística com o vegetal, fornecendo às plantas os sais de nitrogênio de que elas precisam, enquanto recebem delas a matéria orgânica que foi produzida no processo de fotossíntese.
Também pode ocorrer a fixação física do nitrogênio. Nesse processo, o gás nitrogênio transforma-se em amônia em decorrência de fenômenos físicos, como relâmpagos e faíscas elétricas. Produzindo quantidades pequenas de amônia.
A fixação do nitrato por via biológica é a mais importante. O nitrogênio fixado é rapidamente dissolvido na água do solo e fica disponível para as plantas na forma de nitrato. Inicia-se, assim, o processo de amonificação.
Amonização
O nitrogênio encontrado no solo é, muitas vezes, proveniente de materiais orgânicos mortos. Na decomposição, os decompositores atuam na matéria orgânica nitrogenada, e liberam diversos resíduos e amônia (NH3) no ambiente. A amônia juntamente com a água do solo forma hidróxido de amônio que ionizado produz NH4+ (íon amônio) e OH- (hidroxila). Esse processo é conhecido como amonização ou amonificação. As bactérias quimiossintetizantes oxidam os íons e, com a energia liberada, fabricam compostos orgânicos a partir do CO2 e água, definindo a quimiossíntese.
Nitrificação
Neste processo, ocorre a oxidação da amônia em nitrito e, na sequência, em nitrato. O processo de nitrificação é realizado por bactérias que fazem quimiossíntese (utilizam a energia liberada na nitrificação para sintetizar suas substâncias orgânicas), estas bactérias são chamadas de bactérias nitrificantes. Dentre elas, as mais conhecidas são dos gêneros Nitrosomonas e Nitrosococus que convertem a amônia (NH3) em nitrito (NO2-), e as Nitrobacter convertem nitrito (NO2-) em nitrato (NO3-). Existem duas etapas importantes no processo de nitrificação, que são:
Nitrosação: À oxidação dos íons amônio em nitritos, que são liberados para o meio ambiente.
2 NH3 + 3O2 → 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O
Nitração: À conversão do nitrito (ou ácido nitroso) em nitrato (ou ácido nítrico).
2 NO2- + O2 → 2 NO3-
O nitrogênio entra na cadeia alimentar devido ao nitrato liberado, que pode ser absorvido, utilizado pelas plantas e convertido em compostos orgânicos. Assim, os animais conseguem adquirir nitrogênio por meio da alimentação. O nitrogênio entra constantemente na atmosfera pela ação das bactérias desnitrificantes, e continuamente retorna ao ciclo pela ação das bactérias ou algas fixadoras de nitrogênio. A degradação do nitrogênio presente na célula (formas orgânicas ou inorgânicas) ocorre por ações de espécies bacterianas especializadas presentes no solo, as quais disponibilizam amônia e nitrato. Os nitritos liberados pelas bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) são absorvidos e utilizados como fonte de energia por bactérias quimiossintetizantes do gênero Nitrobacter. Da oxidação dos nitritos formam-se os nitratos que, liberados para o solo, podem ser absorvidos e metabolizados pelas plantas
Desnitrificação
As bactérias desnitrificantes, transformam os nitratos em gás nitrogênio, por meio de um processo conhecido como desnitrificação. Garantido assim, a devolução do nitrogênio para a atmosfera.
Bactérias do ciclo do nitrogênio
As bactérias do gênero Rhizobium, são importantes nesse ciclo, pois auxiliam na fixação do nitrogênio em plantas leguminosas. Além destas, as bactérias dos gêneros Azotobacter e Clostridium e certas cianobactérias também são capazes de fazer a fixação.
No processo de amonização, as principais responsáveis são bactérias decompositoras que atuam sobre a matéria orgânica e liberam amônia para o ambiente.
Já no processo de nitrificação, bactérias como as Nitrosomonas e Nitrosococus, convertem amônia (NH3) em nitrito (NO2-), e as Nitrobacter convertem nitrito (NO2-) em nitrato (NO3-).
Por fim, no processo de desnitrificação. As bactérias desnitrificantes garantem a devolução do nitrogênio para a atmosfera.
Desta forma, o ciclo do nitrogênio apresenta as seguintes bactérias:
- Bactérias do gênero Rhizobium; com função de fixação.
- Decompositoras, que garantem o processo de amonização;
- Bactérias do gênero Nitrosomonas e Nitrosococus, que realizam o processo de nitrosação, e as Nitrobacter, que realizam o processo de nitração;
- E as bactérias desnitrificantes, que garantem a liberação de nitrogênio para a atmosfera.
Importância do ciclo do nitrogênio
O ciclo do nitrogênio garante a circulação do nitrogênio. Esse elemento químico é essencial para a formação de proteínas e de ácidos nucleicos, sendo de extrema importância para a sobrevivência dos seres vivos.
Bactérias Nitrificantes E Desnitrificantes
Na água, ocorre a hidrolise, cujo, um dos processos é a transformação do nitrogênio orgânico em amônia. As bactérias nitrificantes chamadas de quimiossintetizantes transformam a amônia em nitritos e depois em nitratos. Desta forma, ocorre uma reação que produz energia química que é utilizada no mecanismo da bactéria.
A nitrificação é um processo químico-biológico em que o nitrogênio amoniacal é oxidado para nitrito e, na sequência, para nitrato pela ação conjunta das bactérias quimiossintetizantes nitrificantes. As principais bactérias quimiossintetizantes nitrificantes são: Nitrosomonas, Nitrosococcus e Nitrobacter.
Diversos fatores podem influenciar no processo de nitrificação, sendo os mais importantes: temperatura, pH, ausência de oxigênio dissolvido, variação da carga e concentração de nitrogênio e a presença de substâncias tóxicas ou inibidoras, inclusive o próprio substrato e alguns intermediários do processo. Águas com grande concentração de nitrogênio podem ocasionar a inibição ou redução da atividade das bactérias nitrificantes devido à alta concentração de amônia livre (NH3), pelo aumento do nitrogênio amoniacal, do pH e da temperatura, portanto é importante manter as condições operacionais do sistema para que o nível de amônia livre seja mantido baixo.
Já a desnitrificação é o fenômeno de transformação de nitratos e outras substâncias em gás nitrogênio (N2) pela ação de bactérias desnitrificantes, nela bactérias quimioheterotrófica utilizam nitrito e/ou nitrato como receptores finais de elétrons na cadeia respiratória, na ausência de oxigênio molecular, transformando-os em nitrogênio molecular (N2), com formação de produtos intermediários como HNO2, NO e N2O, mediante um doador de elétrons, que podem ser compostos orgânicos ou inorgânicos reduzidos. Pode ocorrer alterações no processo de desnitrificação devido à: concentração e tipo da fonte de carbono, temperatura, pH, concentração de oxigênio dissolvido e de substâncias tóxicas.
Na desnitrificação, realizada por organismos heterotróficos e na ausência de oxigênio atmosférico, essas bactérias utilizam o carbono orgânico, como fonte de carbono e de energia pelas bactérias que realizam a redução do nitrogênio oxidado a N2. O carbono orgânico poderá ser proveniente de fonte interna, ou seja, da própria água residuária, ou externa como o etanol. Por esse processo, uma parte dos nitratos do solo é remetida novamente à atmosfera na forma de gás nitrogênio, fechando assim o ciclo e equilibrando a taxa de nitrato no solo.
A desnitrificação pode ser representada pela reação:
(glicose) (gás nitrogênio)
5C6H12O6 + 24NO-3 + 24H+ → 30CO2 + 42H2O + 12N2 + energia