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Universidade Federal do Rio Grande do Norte 
Centro de Biociências 
Departamento de Botânica, Ecologia e Zoologia 
Disciplina: Fisiologia Vegetal 
 
FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO 
 
Importância do N 
• O nitrogênio é um elemento 
de extrema importância, pois 
é componente obrigatório dos 
aminoácidos (formadores de 
proteínas) e outros 
componentes importantes 
tais como ácidos nucléicos, 
DNA e RNA, ATP, NADP, 
vitaminas, clorofila e outros. 
 
Nucleotídeos 
ATP- Adenosina 5’-trifosfato 
Importância do N 
 
 
 
 
 
 
Clorofila NAD+ e NADH Vitamina B12 
Importância do N 
• Salienta-se que a disponibilidade biológica do 
nitrogênio (N) no solo, juntamente com o 
fósforo (P), enxofre (S) e potássio (K) tem 
relação direta com a produtividade agrícola. 
 
 
 
Disponibilidade do nitrogênio 
• A atmosfera contém uma vasta quantidade 
(cerca de 78% por volume) de nitrogênio 
molecular (N2). 
 
 
 
 
 
Disponibilidade 
78% N na atmosfera terrestre 
 
59% encontra-se na forma orgânica 
 
4% nos seres vivos 
 
 
94% nos vegetais 
4% biomassa microbiana 
2% animais 
Disponibilidade 
• Apesar de existir em abundância na atmosfera 
(78%), os organismos vivos são incapazes de 
utilizá-lo na forma molecular (N2). 
• Reservatório Indisponível  
• Depende de compostos mais reativos 
Nitrato (NO3-) Amônia (NH3) 
Microrganismos 
• Os únicos seres que fixam o nitrogênio são bactérias, 
cianobactérias e fungos por apresentarem enzimas 
apropriadas para essa função. 
• Esses microrganismos podem ser de vida livre ou 
viver em associações com organismos eucariontes de 
diversas categorias taxônomicas, geralmente vegetais 
superiores, estabelecendo relações simbióticas (ou 
mutualísticas). 
 
 
Mutualismo 
• Mutualismo trófico: Envolve parceiros 
especializados em formas complementares 
para obter energia e nutrientes, daí o termo 
trófico, que pertence as relações de 
alimentação. 
• A Rhizobium assimila N2 do solo, mas precisa 
dos carboidratos fornecidos pela planta. 
Organismos que podem realizar fixação do 
N2 
Principais estágios do ciclo do N: 
• Fixação de nitrogênio: Assimilação do nitrogênio em 
sua forma molecular. 
• Amonificação: Liberação de NH4
+ para o meio 
ambiente. 
• Nitrificação: Formação de NO3
- por ação de bactérias. 
• Denitrificação: Devolução do nitrogênio em sua 
forma molecular para atmofera. 
• Assimilação: Absorção pelas plantas na forma de 
nitrato. 
 
SOLO 
Bactérias Rhizobium 
Ciclo do nitrogênio 
N2 
Fixação Biológica 
ou Simbiótica 
Fixação Não Simbiótica 
N2 
NH3/NH4
+ NO2
- NO3
- 
Amonificação 
Oxidação 
Nitrosomonas 
Oxidação 
Nitrobacter 
Nitrificação 
Absorção 
Lixiviação 
Lençol Freático 
Ureídeos 
N2, NO2,N2O 
Desnitrificação 
Fixação do N2 
• Considera-se a fixação de nitrogênio como 
sendo sua redução para a formação de 
amônia (NH3) ou nitrato (NO3
-). 
• As plantas geralmente absorvem o nitrogênio 
na forma de compostos altamente oxidados, 
dos quais o nitrato é o principal deles. 
 
 
 
 
Tolerância aos compostos nitrogenados 
• As plantas podem acumular altos niveis de nitrato ou podem 
translocá-lo através dos tecidos sem efeitos prejudiciais. 
• Os animais se consumirem altos níveis de nitrato, o fígado 
converte em nitrito, e este se combina com a hemoglobina, 
resultando em uma hemoglobina incapaz de transportar 
oxigênio. Pode ainda o nitrito ser convertido em nitrosaminas, 
os quais são potentes carcinogênicos. 
• Em comparação com o nitrato, altos níveis de amônio são 
tóxicos para as plantas e para os animais. O amônio é capaz de 
dissipar os gradientes de protóns transmenbranas necessários 
ao transporte de eletróns na fotossíntese e na respiração 
 
 
Formas de Fixação do N2 : 
 
• A fixação do 
nitrogênio 
pode ser 
obtida por 
processo 
industrial e 
natural. 
 
 
Fixação Industrial 
• Na fixação Industrial, em 
temperaturas de 300 a 400oC, a 
queima do petróleo fornece a 
energia necessária para a reação 
do hidrogênio com o nitrogênio 
para formar a amônia (Processo 
Haber-Bosh), que pode ser 
utilizada diretamente como 
fertilizante ou na produção de 
outros compostos nitrogenados, 
como a uréia. 
 
Fixação Industrial 
• Contribuição – 50 milhões de toneladas por 
ano 
 
Alto custo energético 
 
 Dependente da queima de combustíveis 
fosséis 
 
 
 
Fixação Natural 
• Atmosférica: Ocorre através de descargas 
elétricas, atividades vulcânicas, reações 
fotoquímicas. São responsáveis por cerca de 
10% do N fixado. 
 
Fixação Natural 
• Fixação Biológica: Responsável por 90% do 
nitrogênio fixado, nos quais as bactérias ou 
algas azuis fixam o N2 em amônio (NH4
+). 
 
 
Rhizobium e Bradyrhizobium 
 
• 150 a 200 milhões de toneladas métricas de 
nitrogênio fixado são adicionadas a superfície 
da terra a cada ano por esses sistemas 
biológicos. 
 
 
Fixação Biológica 
• O tipo mais comum de simbiose ocorre entre as espécies 
da familia Leguminosae e as bactérias de solo dos 
gêneros Azorhizobium, Bradyrhizobium, Photorhizobium, 
Rhizobium e Sinorhizobium (coletivamente chamada de 
rizóbios). 
• Os efeitos benéficos das leguminosas sobre o solo são 
tão óbvios que foram reconhecidos a centenas de anos. 
Teofrasto que viveu no terceiro século antes de cristo 
escreveu que os gregos já utilizavam culturas de feijão 
para enriquecer os solos. 
• Uma boa colheita de alfafa, que é recolocada no solo, 
pode fornecer 450 kg de nitrogênio por hectare. 
 
Nódulos 
• A evolução da relação simbiótica entre 
microrganismos e as raízes de leguminosas 
levou ao desenvolvimento de estruturas 
altamente eficiente na proteção do sistema: 
os nódulos. 
Formação dos nódulos 
1- Crescimento dos pêlos radiculares. As raízes liberam 
compostos orgânicos, tais como, açúcares, 
aminoácidos, etc. que irão atrair as bactérias 
rhizóbia, formando uma “rhizosfera microbiana”. 
 
 
 
Formação dos nódulos 
2- Os pêlos radiculares eliminam substâncias específicas 
(flavanóides-antocianinas) para atrair as bactérias 
para as raízes e induzir especificidade através do gene 
nod da bactéria (nodulação). 
 
3 – A bactéria Rhizóbia atraca na superfície do pêlo 
radicular (provavelmente pela proteína específica - 
LECTINA-glicoproteína). 
 
4 – Em resposta ao sinal da Rhizóbia, o pêlo radicular 
curva com a mesma grudada. 
 
 
 
Formação do nódulo 
 
Formação do nódulo 
• 5 – A bactéria Rhizóbia digere a parede celular e 
forma uma corrente de infecção para dentro do 
córtex da raiz, onde penetram e se multiplicam 
intensamente, ocorrendo também intensa divisão 
celular das células corticais que se exteriorizam, 
formando o nódulo. 
 
Bacterióides 
• Após serem liberadas da corrente de infecção 
e pararem de se dividir, as bactérias sofrem 
transformações morfológicas e fisiológicas, 
passando a ser chamadas de bacterióides, 
responsavéis pelo processo de fixação. 
Tipos de infecção radicular 
• a) Via pêlo radicular 
(correntes de infecção); 
• b) Via emergência de raízes 
laterais: A penetração se dá 
por rupturas da epiderme e 
do cortéx provocadas pela 
emergência das raízes 
laterais ou ferimentos. 
• c) Via epiderme intacta: 
Penetram entre as células 
epidérmicas. 
Nódulo ao microscópio 
Rhizobium sp 
Rhizobium sp/raiz de feijão 
Nódulos 
Nódulos de raízes de soja Nódulos em raízes de ervilha 
Planta inoculada com 
Frankia 
Planta não inoculada 
Nódulos 
• A fixação biológica do nitrogênio é considerada como 
o principal processo de adição de nitrogênio exógeno 
aos diferentes ecossistemas agrícolas. 
• No entanto, em ecossistemas naturais equilibrados, 
onde ocorre o processo da decomposição da matéria 
orgânica com fluxo de nutrientes em intensidade 
suficiente para manutenção, há menor necessidade 
de nitrogênio exógeno. Sob essas condições as 
leguminosas não apresentam nódulos ou quando 
estão presentes não são funcionais. 
Nódulos 
• Algumas espéciesapresentam nódulos até a fase 
adulta, enquanto outras apenas no estágio inicial de 
desenvolvimento. 
• Fatores como luz, temperatura, aeração, umidade, 
nutrientes minerais e pH podem afetar a nodulação. 
• Microrganismos presentes no solo, como fungos, 
bactérias e actinomicetos antagônicos ao rizóbio, 
podem dificultar a sobrevivência da população 
rizobiana no solo. 
Complexo enzima nitrogenase 
1. A reação de fixação do nitrogênio caracteriza-
se pela redução do N2 à NH3 (NH4
+). 
 
 
 NH3 (NH4+) N2 
NITROGENASE 
Complexo enzima nitrogenase 
2. Para que a reação ocorra, é necessário que haja um 
transporte de elétrons, mediado por moléculas aptas 
a realizá-lo. 
3. A enzima nitrogenase é formada por duas unidades 
protéicas, a Ferro-proteína (Fe-proteína) e a 
Molibdênio-Ferro-proteína (MoFe-proteína), ambas 
capazes de transportar elétrons. Durante a reação de 
redução do N2, a nitrogenase é auxiliada por uma 
terceira molécula transportadora de elétrons, a 
ferridoxina. 
4. O modelo proposto para a evolução da reação pode 
ser entendido do seguinte modo: 
 
 
Complexo enzima nitrogenase 
• A ferridoxina, na sua forma reduzida, transfere um 
elétron para a unidade Fe-proteína da nitrogenase. 
• A Fe-proteína, então reduzida, doa o elétron 
recebido para a MoFe-proteína. 
• A MoFe-proteína acumula os elétrons. Após 8 
transferências, essa unidade terá acumulado 8 
elétrons e, então, fará a redução do N2 à NH3. 
• Para cada elétron transferido da Fe-proteína para a 
MoFe-proteína são consumidos 2 ATPs. Para reduzir 
uma molécula de N2 são necessários 8 (oito) elétrons 
e, portanto, 16 ATPs. 
 
 
Atividade nitrogenase 
Leg-Hemoglobina 
• As células das raízes da planta, bem como os 
próprios bacterióides, precisam de O2 para a 
respiração celular. Mas o oxigênio (O2) é 
altamente inibitório para a atividade da 
nitrogenase. 
 
• O QUE FAZER??? 
• As estratégias desenvolvidas para evitar o excesso de O2 
nos nódulos radiculares, prevenindo contra a conseqüente 
inibição da nitrogenase, foram duas: 
• Estratégia anatômica: o parênquima do nódulo 
funciona como uma barreira de difusão do O2. Os espaços 
intercelulares são pequenos e pouco numerosos, podendo 
ser preenchidos com água. Logo, a entrada de O2 no 
interior do nódulo é muito dificultada. 
• Estratégia bioquímica: as células vegetais da região 
central do nódulo produzem a leghemoglobina 
(hemoglobina das leguminosas). Essa molécula é um 
carregador de O2, que garante que os bacterióides 
recebam o O2 necessário para sua respiração, evitando 
que o gás circule livremente no nódulo. 
 
 
Heterocistos 
• No caso dos organismos 
fixadores de vida livre, as 
cianobactérias, possuem 
heterocisto, apresentando 
a parede celular 
modificada, o que restringe 
a difusão do oxigênio. 
Considerações finais 
Fixação biológica 
• O estágio de crescimento também influi na 
fixação. Algumas plantas, tais como soja e 
amendoim, apresentam atividade máxima de 
fixação após o florescimento, quando há 
maior demanda para produção de frutos e 
sementes. 
• A fixação do nitrogênio contribui com cerca de 
25 a 50% do nitrogênio total das sementes de 
leguminosas desenvolvidas em solo fértil. 
Considerações finais 
Fixação biológica 
• A taxa de fixação geralmente é maior no início da 
tarde, quando a translocação de açúcar das folhas 
para os nódulos ocorre mais rapidamente. 
• A fixação do nitrogênio não é aumentada com a 
adição de fertilizantes nitrogenados, principalmente 
na forma de nitrato, uma vez que pode provocar a 
redução na taxa de fixação. No entanto, solos pobres 
em oxigênio, a adubação nitrogenada pode favorecer 
o início do desenvolvimento da planta, até que os 
nódulos estejam aptos a iniciar o processo.