A assimilação do nitrogênio consiste na transformação de compostos nitrogenados em minerais presentes no meio circundante, compostos nitrogenados orgânicos , como os aminoácidos . Organismos autotróficos, como plantas , fungos e algumas bactérias não têm a capacidade de fixar o gás nitrogênio (N 2 ) presente no ar em grandes quantidades, mas podem assimilar nitrogênio mineral, na forma de íons nitrato ou amônia , para atender suas necessidades de nitrogênio . Outros organismos heterotróficos, como os animais , dependem inteiramente do nitrogênio orgânico que encontram em seus alimentos.
O dinitrogênio é armazenado principalmente na atmosfera (99%) e apenas menos de 1% no solo . Na atmosfera, o nitrogênio é inerte e não pode ser absorvido diretamente pela maioria dos organismos vivos. É assimilado por fixação biológica. É o processo de fixação do nitrogênio atmosférico, que ocorre apenas em plantas como as da família das leguminosas . Estes vivem em simbiose com as bactérias fixadoras de N 2 e absorvem o nitrogênio molecular diretamente do ar contido no solo. Bactérias simbióticas fixadoras de N 2 são organismos que pertencem ao grupo dos procariotos. A simbiose mais importante para a assimilação do nitrogênio atmosférico é a simbiose rizóbio- leguminosa.
Esse processo se origina da redução do nitrogênio gasoso em amônio e é realizado por microrganismos específicos (bactérias fixadoras de N 2 como os rizóbios), cujo modo de operação é por simbiose com um hospedeiro capaz de fornecer-lhes a energia necessária para a transformação.
O nitrogênio é reduzido por essas bactérias a uma temperatura de, de acordo com a seguinte reação:
N 2 + 3H 2 → 2NH 3 G ° '= −33,5 kJ / molA redução do gás nitrogênio a amônio é obtida pela intervenção do trifosfato de adenosina (ATP, que fornece a energia de ativação para a reação de ligação ao N 2 ), um poderoso agente redutor. A fonte redutora é uma ferredoxina na maioria dos microrganismos fixadores de nitrogênio. A reação ocorre por meio de dois catalisadores de proteínas: a redutase , também chamada de nitrogenase 1 , que fornece elétrons, e a nitrogenase 2, que os utiliza para reduzir o nitrogênio atmosférico.
A reação geral é a seguinte:
N 2 + 8 e - + 8H + + 16 ATP → 2 NH 3 + H 2 + 16 ADP + 16 P iO nitrogênio mineral pode ser assimilado por organismos autotróficos na forma de íon amônio, por um lado, ou na forma de íon nitrato (NO 3 - ) e nitrito (NO 2 - ) por outro lado. Essas duas últimas formas de nitrogênio inorgânico são convertidas em amônio antes de serem incorporadas pelos organismos.
Essa assimilação é um processo específico das plantas. A redução de nitratos requer energia, que vem principalmente da fotossíntese . A redução do número de oxidação durante a transformação do nitrato (grau de oxidação V ) em amônio (grau de oxidação III ) é efetuada por duas reações sucessivas catalisadas por duas enzimas:
O nitrato atinge rapidamente as raízes e é facilmente assimilado pelas plantas, através da redução assimilativa.
O amônio deriva da fixação biológica do nitrogênio atmosférico, nitratos (ou sua redução) ou absorção direta do íon amônio. É tóxico para a maioria dos organismos, mas é mais favorável no cultivo de milho , tomate amarelo, arroz , por exemplo. Para ser assimilado, deve ser transformado em aminas ou amidas atóxicas. A assimilação de amônio pelos organismos envolve sucessivamente três enzimas:
A assimilação do nitrogênio se resume à biossíntese de proteínas, estruturas e reservas enzimáticas.
O amônio é muito pouco assimilado pelas plantas devido à sua carga positiva, que favorece sua fixação nos minerais do solo. Para absorvê-lo, as raízes da planta devem estar bem próximas a ele. Para sua assimilação pelas plantas, a maior parte do amônio é transformado em nitrato pelos microrganismos do solo antes de sua absorção pelo sistema radicular, processo denominado nitrificação. A nitrificação tem longa duração de uma ou mais semanas e depende da temperatura. Outra parte do amônio é armazenada no solo na forma de matéria orgânica e biomassa microbiana e será mineralizada de acordo com a necessidade das plantas.
Assimilação de nitrogênio orgânico (uréia)A uréia é hidrolisada em amônio e dióxido de carbono antes de ser incorporada à matéria orgânica. Esta reação de hidrólise é catalisada pela ureia amidolase (UAL) nas algas verdes, enquanto a urease está presente na maioria das outras algas.
Nas plantas, o nitrogênio da ureia é absorvido diretamente pelas raízes em quantidades muito pequenas. Para serem assimiladas, as enzimas do solo hidrolisam o nitrogênio da uréia em amônio, um processo que pode durar entre um dia e uma semana, dependendo da temperatura e da umidade do solo.