ciclo do nitrogênio

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Ciclo do Nitrogênio
Prof.a. Lílian Amaral de Carvalho
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Objetivos
Após esta aula, espera-se 
que o aluno saiba:
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Compreender o ciclo do 
Nitrogênio e a sua importância 
para a vida na Terra.
Estudar os bioprocessos nesses 
ciclos.
Analisar a atuação enzimática 
no bioprocesso.
Ciclos biogeoquímicos
Os ciclos biogeoquímicos são circuitos fechados que compreendem o percurso e as 
transformações dos diversos elementos constituintes da matéria viva ao atravessar as 
camadas da Terra
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Ciclo do Nitrogênio
Elemento fundamental para a vida, encontrado nas proteínas, no DNA/RNA, nas
enzimas e em algumas vitaminas e hormônios.
O gás nitrogênio é o principal constituinte da atmosfera (~78%) e o ciclo do nitrogênio 
é contínuo na biosfera!
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Ciclo do Nitrogênio
A molécula de N2 é extremamente estável e quase não desempenha papel químico importante,
exceto na termosfera (altitude maior que 90 km) onde pode ser fotolizada ou ionizada.
Os constituintes minoritários, tais como óxido nitroso (N2O), óxido nítrico (NO), dióxido de
nitrogênio (NO2), ácido nítrico (HNO3) e amônia (NH3) são quimicamente reativos e têm
importantes papéis nos problemas ambientais contemporâneos, incluindo a formação e
precipitação ácida (chuva ácida), poluição atmosférica, aerossóis atmosféricos e a depleção da
camada de ozônio.
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Ciclo do Nitrogênio
A atmosfera é o principal reservatório de N, mas na forma como ele se encontra (N2), não
pode ser utilizado nem por plantas, nem por animais.
Os animais necessitam do nitrogênio incorporado em compostos orgânicos (aminoácidos e
proteínas), enquanto que plantas e algas necessitam do nitrogênio sob a forma de íons nitrato
(NO3
-) ou íons amônio (NH4
+).
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Ciclo do Nitrogênio
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Ciclo do Nitrogênio
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Ciclo do Nitrogênio
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Enzima nitrogenase
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A enzima que catalisa o processo de redução do nitrogênio atmosférico a NH4
+ é denominada
nitrogenase e esta reação é acoplada à produção de H2 . Atualmente, são conhecidos três tipos
de nitrogenase: um que possui molibdênio (Mo, nitrogenase-1) e ferro (Fe); outro em que o
vanádio (V) substitui o Mo (nitrogenase-2); e um terceiro, que só tem ferro (nitrogenase-3).
A nitrogenase é uma enzima relativamente lenta e para produzir níveis adequados de
nitrogênio fixado o conteúdo enzimático em bactérias diazotróficas é de aproximadamente
10% da proteína celular total.
Enzima nitrogenase
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A enzima, ou o complexo enzimático, é composta de duas unidades: a dinitrogenase redutase
(também chamada de componente II ou Fe-proteína) e a dinitrogenase (ou componente I ou
MoFe-proteína). Nesse complexo enzimático, essas unidades interagem cooperativamente
durante o processo de FBN. A dinitrogenase redutase, ou Ferro proteína, é responsável pela
transferência de elétrons para que ocorra a redução do N2, e, em virtude de sua atividade
redox, geralmente é mais sensível ao oxigênio que a dinitrogenase propriamente dita, ou
MoFe proteína. A dinitrogenase, por sua vez, é a enzima que apresenta o sítio ativo da reação,
onde são encontradas condições adequadas para a redução do N2:
Enzima nitrogenase
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A enzima, ou o complexo enzimático, é composta de duas unidades: a dinitrogenase redutase
(também chamada de componente II ou Fe-proteína) e a dinitrogenase (ou componente I ou
MoFe-proteína). Nesse complexo enzimático, essas unidades interagem cooperativamente
durante o processo de FBN. A dinitrogenase redutase, ou Ferro proteína, é responsável pela
transferência de elétrons para que ocorra a redução do N2, e, em virtude de sua atividade
redox, geralmente é mais sensível ao oxigênio que a dinitrogenase propriamente dita, ou
MoFe proteína. A dinitrogenase, por sua vez, é a enzima que apresenta o sítio ativo da reação,
onde são encontradas condições adequadas para a redução do N2:
Enzima nitrogenase
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O oxigênio inibe a atividade de nitrogenase em três níveis diversos:
• Nível genético, agindo na repressão da síntese.
• Causa dano irreversível à proteína-Fe existente.
• Causa dano reversível (switch off) da enzima. Nesse caso, a atividade retorna ao nível inicial
quando a pressão parcial de O2 em equilíbrio com a fase gasosa (pO2) volta aos níveis
adequados (switch on) sem que haja síntese de novo da enzima.
Enzima nitrogenase
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Dessa forma, esses microrganismos desenvolveram várias estratégias para limitar o acesso do
oxigênio à nitrogenase, desde o crescimento microaerofílico até modificações morfológicas,
tais como os nódulos nas leguminosas, os heterocistos nas cianobactérias, vesículas em não
leguminosas e a barreira de difusão ao oxigênio nos nódulos.
Enzima nitrogenase
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A enzima, ou o complexo enzimático, é composta de duas unidades: a dinitrogenase redutase
(também chamada de componente II ou Fe-proteína) e a dinitrogenase (ou componente I ou
MoFe-proteína). Nesse complexo enzimático, essas unidades interagem cooperativamente
durante o processo de FBN. A dinitrogenase redutase, ou Ferro proteína, é responsável pela
transferência de elétrons para que ocorra a redução do N2, e, em virtude de sua atividade
redox, geralmente é mais sensível ao oxigênio que a dinitrogenase propriamente dita, ou
MoFe proteína. A dinitrogenase, por sua vez, é a enzima que apresenta o sítio ativo da reação,
onde são encontradas condições adequadas para a redução do N2:
Enzima nitrogenase
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Ciclo do Nitrogênio
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Ciclo do Nitrogênio
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A ureia pode ser convertida em
amônia por organismos
decompositores. Esta pode ser
utilizada diretamente por plantas e
organismos ou convertida a nitrato
por outros microorganismos. O
nitrato pode ser utilizado pelas
plantas ou transformado a N2 por
microorganismos desnitrificantes.
Enzima nitrogenase
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Publicações demonstram que a incorporação de
bactérias fixadoras de N2 e consórcios de
leguminosas com as demais plantações podem
ser viáveis para a substituição do adubo químico.
Enzima nitrogenase
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Publicações da EMBRAPA demonstram que a incorporação de bactérias fixadoras de N2 e
consórcios de leguminosas com as demais plantações podem ser viáveis para a substituição do
adubo químico.
Exercícios - Ciclo do Nitrogênio
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Onde se encontra a maior parte do nitrogênio do nosso planeta? Esse nitrogênio pode ser diretamente
absorvido por plantas e animais?
Os animais necessitam do nitrogênio sob quais formas?
As plantas necessitam do nitrogênio sob quais formas?
O que é a fixação de nitrogênio? Em quais formas ela pode ocorrer? Quais organismos são capazes de
fazerem essa fixação em ambientes terrestres? E nos oceanos? Qual a enzima responsável por essa
fixação?
Quando uma planta ou um animal morre, o que acontece com os compostos de nitrogênio que estavam
em seus organismos?
Explique a simbiose existente entre as bactérias fixadoras de nitrogênio e as leguminosas.
Bibliografia
REIS, V. M.; TEIXEIRA, K. R. S. Fixação Biológica de Nitrogênio – Estado da Arte. Embrapa Agrobiologia. 2005. In:
AQUINO, A. M. de; ASSIS, R. L. de (Ed.). Processos biológicos no sistema solo-planta: ferramentas para uma
agricultura sustentável. Brasília, DF: Embrapa Informação Tecnológica; Seropédica: Embrapa Agrobiologia, 2005.
DÖBEREINER, J. A importância da fixação biológica de nitrogênio para a agricultura sustentável. CNPAB/EMBRAPA:
Seropédica – RJ.
Brito, M. M. P.; Muraoka, T.; Silva, E. C. Contribuição da fixação biológica de nitrogênio, fertilizante nitrogenado e
nitrogênio do solo no desenvolvimento de feijão e caupi. Bragantia, Campinas, v. 70, n. 1, p.206-215, 2011.
Martins, C. R. et al. Ciclos Globais de Carbono, Nitrogênio e Enxofre: a importância na Química da atmosfera.Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. N 5. 2003.
Material sem autor e data:
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4132773/mod_resource/content/1/Ciclo%20e%20Fixa%C3%A7%C3%A3o%2
0do%20N2.pdf. Acessado em 10/09/2019.
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