Ciclo-do-nitrogenio1.ppt

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1. Prof. Paulo Duarte Filho
BAGÉ –SETEMBRO/2010
CICLO DO NITROGÊNIO

2. 1. INTRODUÇÃO
•Aspectoagronômico,ecológicoebiológico:tão
importantequantooprocessofotossintético;
•Estabeleceumarelaçãodedependência:compostos
nitrogenados(orgânicoseinorgânicos)–biosfera;
•78%deN
2naformamolecularnaatmosfera–
reservatórioinesgotável;
•Paradoxo:carênciadeproteínasparahumanose
animais,bemcomoafaltadenitrogênioemmuitos
soloscultivados;

3. 1. INTRODUÇÃO
•Solos:quantidadepequena–predominânciadaforma
(NO
3
-
)sobrea(NH
3);
•Rochassedimentares(NH
4
+
)–conectadoàrede
cristalinadosmineraissilicatadosenquantoquenas
rochasígneasémaisescassoainda;
•IníciodoséculoXIX–aratmosféricocontinhaamônia
–exigênciasdosvegetais;

4. 1. INTRODUÇÃO
•Liebig:atmosferaeraaprincipalfontedenitrogênio
paraasplantas(NPK);
•Aatmosferacontribuicomalgumasformas
nitrogenadas:
quantidadeprecipitadaéproporcionalàqueda
pluviométrica;
NO
3
-
éformadopelasdescargaselétricas;
NH
3–atividadevulcânica,queimadecarvãoe
deoutrosmateriaisorgânicos.

5. 1. INTRODUÇÃO
•Traçosdenitrogêniotambémpodemserlevadosdo
litoralparaointerior–atomizaçãodaságuasoceânicas
comarrastepelosventos–nãoéumafonteimportante
paraasculturas;
•Encontradoemformasquímicascomgrande
variabilidadenonúmerodeoxidação.

6. 2. FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO
•Conversãodenitrogêniomolecularnumadasformas
inorgânicas;
•Rompimentodeumaligaçãobastanteestável–dois
átomosdenitrogênio:
N
2+3H
2 2NH
3
Reaçãofundamental–finsindustriaisoumicrorganismos
quenecessitemdestaformaparamanutençãodoseumetabolismo.
450 °C
200 atm

7. 2.1. FIXAÇÃO NÃO BIOLÓGICA
•Efetuadasemaparticipaçãodeorganismosvivos;
•Podeocorreratravésdedoisprocessos:
Naturais:ocorreduranteastempestadesde
relâmpagos–descargaselétricasnaatmosfera,
porintermédiodasradiaçõesultravioleta.
N
2+O
2 óxidosdeN NO
2
-
+NO
3
-
hv H
2O

8. 2.1. FIXAÇÃO NÃO BIOLÓGICA
•Efetuadasemaparticipaçãodeorganismosvivos;
•Podeocorreratravésdedoisprocessos:
Industriais:TambémdenominadoHaber–
desenvolvidonaAlemanha–obtençãode
explosivos.Aindaéutilizadoparaaproduçãode
fertilizantes.
N
2+3H
2 2NH
3

9. 2.2. FIXAÇÃO BIOLÓGICA
•Conduzidopordiversosorganismos–vidalivreou
associadosaoutros(nãosimbióticosesimbióticos);
N
2+6H+6e
-
2NH
3
•Nitrogêniomolecularreduzidoaamônia
1 atm
25 °C

10. 2.2. FIXAÇÃO BIOLÓGICA
•Fixaçãobiológicanãosimbiótica:
organismosautótrofos–Rhodospirillumrubrum
organismosheterótrofos–Clostridiume
Azotobacter
Azotobacter

11. 2.2. FIXAÇÃO BIOLÓGICA
•Fixaçãobiológicasimbiótica:
líquenscomalgasdogêneroNostoc;
líquenscomfungos;
bactériasdogêneroRhizobiumcom
leguminosas–interessanteparaaáreada
agronomia.
•ClostridiumeAzotobacter:necessitamdefontede
carbono(heterótrofos);

12. 2.2. FIXAÇÃO BIOLÓGICA
•Nostoc–principalfornecedordenitrogênioparaos
camposirrigadosdearroznaÁsia.Pigmentos
fotossintéticos.Podemformarassociaçãocomcertos
fungos(líquens);
•Rhizobium:infectaasraízesdasleguminosas–
formaçãodenódulos.Aleguminosafornece
carboidratosparaomicrorganismos–oxidação–
elétronsserãoutilizadosparareduçãodoN
2aNH
3.

13. 2.2. FIXAÇÃO BIOLÓGICA
•Independentementedotipodefixaçãobiológicasão
necessáriasasseguintescondiçõesquepodemestar
presentesnumúnicoindivíduooumaisdeum:
doadordeelétrons(agenteredutor);
aceptordeelétrons(seráoreduzido–fontede
nitrogênio);
ATPempresençademagnésio(fontede
carbonoorgânico);

14. 2.2. FIXAÇÃO BIOLÓGICA
•Independentementedotipodefixaçãobiológicasão
necessáriasasseguintescondiçõesquepodemestar
presentesnumúnicoindivíduooumaisdeum:
doiscomponentesprotéicosassociadosa
molibidênioeferroformandoocomplexo
nitrogenase(catalisadordareaçãodereduçãode
N
2)somentealgunsgruposdemicrorganismos
procarióticospossuem osdeterminantes
genéticosdesuaprodução.

15. 2.2. FIXAÇÃO BIOLÓGICA
Fixação biológica de nitrogênio pelo sistema nitrogenase.

16. 3. NITRIFICAÇÃO
•NH
3:
formacomoonitrogênioéadicionadoaosolo–
baixoteor;
rapidamentetransformadaemnitrato(NO
3
-
);
principalfontedenitrogênioparaosorganismos
nãofixadores.

17. 3. NITRIFICAÇÃO
•SchloesingeMuntz(1797)–Primeiraevidênciade
quesetratavadeumprocessobiológico:
•Pasteur(1870)–Processomicrobiológicoanálogoà
conversãodoálcoolemvinagre;
•Warrington(1878)–Processoqueenvolviadois
gruposdemicrorganismos;
•Winogradsky(1890)–responsávelpeloisolamento
dosmicrorganismosnitrificantes;

18. 3. NITRIFICAÇÃO
•Sendoassim,aoxidaçãodaamôniaaténitratoé
efetuadapordoistiposdebactérias–nitrificantes
Bactériasdogêneronitrosomonas–transformam
amôniaemnitrito(NO
2
-
)
NH
3+3/2O
2 NO
2
-
+H
2O
Bactériasdogêneronitrobacter–transformamo
nitritoemnitrato(NO
3
-
)
NO
2
-
+1/2O
2 NO
3
-

19. 3. NITRIFICAÇÃO
GÊNERO ESPÉCIE HABITAT
Oxidantesdoamônio(NH
3
+
)anitrito(NO
2
-
)
Nitrosomonas* N.europeae Solo,água,esgoto
Nitrosospira N.biensis Solo
Nitrosococcus N.nitrosus Mar
N.oceanus Mar
N.mobilis Solo
Nitrosovibrio N.tenuis Solo
Oxidantesdonitrito(NO
2
-
)anitrato(NO
3
-
)
Nitrobacter* N.winogradskyi Solo
Nitrospira N.gracilis Mar
Nitrococcus N.mobilis Mar
Bactérias qumioautotróficas oxidantes do nitrogênio
* mais comumente encontradas
Osdoisgruposdebactériassãogeralmente
encontradosjuntosemseushabitat.NO
2
-
raramente
acumulananatureza–interaçãosinérgica.

20. 3. NITRIFICAÇÃO
•Fatoresambientais:
oAcidez
correlaçãoentreproduçãodeNO
3
-
eo
pH;
taxadenitrificaçãoemsolosagrícolas
diminuisensivelmenteempHabaixode
6,0;
calagem–aumentodanitrificação;
usodefungicida–podemeliminar
completamenteasnitrificadoras.

21. 3. NITRIFICAÇÃO
•Fatoresambientais:
oAeração:
requerimentoobrigatórioparatodasas
espéciesaeróbias.
oUmidade:
afetaoregimedeaeraçãodosoloe
assimaproduçãodenitrato.

22. 3. NITRIFICAÇÃO
•Fatoresambientais:
oTemperatura:
aatividademicrobianaémarcadamente
afetadapelatemperatura–5°Cmenore
em40°Cmaior.
oMatériaorgânica:
aculturapodeafetarotamanhoea
atividadenitrificante;
acúmulodemetabólitossecundáriosde
plantasnosolo–diminuiçãodaatividade
nitrificante.

23. 4. REDUÇÃO DO NITRATO
•NO
3
-
formanitrogenadamaisabundante;
•Plantasedemaisorganismos–habilidadeno
aproveitamentodoânioncomofontedenitrogêniopara
oseudesenvolvimento;
•transformaçãodonitratoemamônia
NO
3
-
NO
2
-
NH
3
Nitrato redutaseNitrito redutase
Equipamentoenzimáticocomnecessidadesde
coenzimas,deferro,molibdênio(metaisativadores).

24. 4. REDUÇÃO DO NITRATO
•Porqueaamôniadosoloérapidamentetransformada
emnitrato(nitrificação),eestenovamentereduzidoa
amôniaantesdonitrogêniointegrarasmoléculas
orgânicas????

25. 5. ASSIMILAÇÃO DA AMÔNIA
•NH
3–formautilizadanasíntesedosdiversos
constituintescelularesnitrogenados(proteínas,ácidos
nucléicos,aminoácidos,aminas,vitaminas,etc.);
•Suaassimilação,ouseja,transformaçãodeumaforma
nitrogenadainorgânica(NH
3)emumaforma
nitrogenadaorgânicaporduasrotasmetabólicas:

26. 5. ASSIMILAÇÃO DA AMÔNIA
•Glutamatodesidrogenase–catalizaaaminação
redutivadoα-cetoglutarato:
Incorporaçãodonitrogêniofixadonogrupoamidano
aminoácidoglutamato.Oácidoglutâmicoformado,doa
porreaçõesdetransaminação,ogrupoamino(-NH
2)para
asíntesedeoutrosaminoácidos.

27. 5. ASSIMILAÇÃO DA AMÔNIA
•Glutaminasintetase:
Aglutaminapodedaroseugrupoaminoparaoácidoaspártico
setransformaremasparagina.Aglutaminaeasparaginasão
amidasarmazenadorasdenitrogênioespecialmentenas
leguminosas.

28. 5. ASSIMILAÇÃO DA AMÔNIA
•Aglutaminacontribuicomonitrogênioamídicoparaa
síntesedeoutroscompostosnitrogenadoscomoas
basespúricasepirimídicasdosácidosnucléicos.

29. 6. DESNITRIFICAÇÃO
•Nitratoquenãoéabsorvidopelosvegetais:
Lixiviado:facilmentepercoladoeacumularem
lençóisfreáticos;
emregiõesmaisprofundas:metabolizadoem
parteporbactériasdogêneroPseudomonas
(bactériasdesnitrificantes).
NO
3
-
N
2+H
2O
ATMOSFERA