Fixação Biológica do Nitrogênio

Fixação Biológica do Nitrogênio: Importância e Processos

O nitrogênio é essencial para os organismos vivos, desempenhando um papel crucial em diversas moléculas, como proteínas, aminoácidos, bases nitrogenadas, ácidos nucleicos e clorofila. Sua presença é fundamental para o crescimento e a produção vegetal. Quando o nitrogênio está ausente ou em doses inadequadas, ele limita o desenvolvimento das plantas (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006).

Indisponibilidade do Nitrogênio

Embora o nitrogênio seja o nutriente mais abundante na atmosfera terrestre e o quarto mais presente nos tecidos dos organismos vivos, cerca de 80% desse nitrogênio está na forma atmosférica, que é indisponível para a maioria dos eucariotos, como as plantas. A estrutura química do nitrogênio, caracterizada por triplas ligações, impede sua assimilação. Apenas alguns organismos procariotos conseguem utilizar o nitrogênio atmosférico em seus processos bioquímicos (VITOUSEK, 2002).

Para a assimilação do nitrogênio atmosférico, ele precisa ser convertido em formas que os organismos possam utilizar. Esse processo de fixação do nitrogênio pode ocorrer de três maneiras principais: espontânea, industrial e biológica (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006).

Fixação Espontânea

A fixação espontânea ocorre quando descargas elétricas dos raios reagem com o nitrogênio atmosférico, formando óxidos de nitrogênio. Esses óxidos, ao serem hidratados, geram nitritos e, posteriormente, nitratos (CARDOSO e ANDREOTE, 2016).

Fixação Industrial

A fixação industrial, também conhecida como processo Haber-Bosch, envolve o uso de altas temperaturas e pressões para romper as ligações do nitrogênio. Esse método é utilizado na produção de fertilizantes nitrogenados (SMIL, 1999).

Fixação Biológica

A fixação biológica reduz o nitrogênio atmosférico a amônia por meio de microrganismos fixadores de nitrogênio, conhecidos como diazotróficos. Esses microrganismos utilizam o complexo enzimático nitrogenase para realizar a fixação (SARITA et al., 2008).

De acordo com Moreira e Siqueira (2006), os microrganismos diazotróficos incluem uma ampla variedade de procariotos, como arqueobactérias, cianobactérias, e bactérias gram-positivas e gram-negativas. Essa diversidade permite sua presença em diversos habitats terrestres.

A fixação de nitrogênio por microrganismos diazotróficos é crucial para os ecossistemas. A fixação biológica contribui com cerca de 170 milhões de toneladas de nitrogênio anualmente, enquanto a fixação industrial adiciona pouco mais de 80 milhões de toneladas (SCHLESINGER, 1998; REICH et al., 2021). Estudos sobre esses microrganismos são importantes, pois eles fornecem nitrogênio essencial para ecossistemas naturais e manejados. Esses microrganismos podem viver livremente, associar-se a plantas ou estabelecer simbiose com leguminosas (MOREIRA, 2010).

Potencial de fixação de nitrogênio

O potencial de fixação de nitrogênio pode variar com a espécie vegetal que se associa ao microrganismo diazotrófico. Esse potencial pode ser baixo, médio ou alto, dependendo do genótipo e da idade da planta (SANGINGA, 1992). Além disso, a temperatura influencia a eficiência da nodulação. Temperaturas muito altas, por exemplo, podem afetar a formação de nódulos eficientes, enquanto temperaturas baixas, por outro lado, podem retardar a infecção e a formação dos nódulos. Portanto, para leguminosas tropicais, temperaturas diurnas de 25ºC a 32ºC são ideais para a nodulação (CARDOSO e ANDREOTE, 2016).

Ademais, a fixação biológica do nitrogênio só ocorre em situações de deficiência deste elemento. No entanto, para que haja infecção, formação e crescimento do nódulo, o rizóbio necessita do nitrogênio mineral. De fato, altas concentrações reduzem o estímulo de produção de nódulos (CARDOSO e ANDREOTE, 2016).

Por fim, do ponto de vista evolutivo, a fixação biológica do nitrogênio é considerada a forma de simbiose mais eficiente, sendo o grupo de bactérias com capacidade de fixação o grande responsável pelo aporte de nitrogênio fixado de forma biológica no planeta. Consequentemente, as bactérias diazotróficas simbióticas possuem a capacidade de formar os nódulos quando se associam a leguminosas. Esse tipo de associação, comumente conhecida como rizóbios, é fundamental para a fixação biológica do nitrogênio (CARDOSO e ANDREOTE, 2016).

A simbiose entre rizóbios e leguminosas é caracterizada pela formação de nódulos. Esses nódulos constituem estruturas especializadas onde as bactérias se alojam  durante a simbiose. O processo de nodulação envolve  mecanismo de sinalização e transdução de sinais moleculares.