Enzimas no solo

By: Wilk Sampaio de Almeida

UFRRJ

As moléculas orgânicas de modo geral existem em estado metaestável e necessitam de energia de ativação antes que passem para uma configuração mais estável. Tal energia de ativação é fornecida por fonte externa ou reduzida através de um catalisador da reação. Nas células vivas, as reações químicas, como aquelas que causam a quebra de moléculas orgânicas, são catalisadas por um grupo especial de proteínas com alta especificidade funcional, denominadas enzimas Moreira e Siqueira (2006).

Os autores afirmam que estas se ligam fortemente ao substrato, de maneira específica e tridimensional, causando mudanças na configuração eletrônica nas ligações mais facilmente modificáveis, reduzindo a energia de ativação, permitindo ou regulando a velocidade da reação química. Esse aumento de velocidade se dá até 1020 vezes e o número de moléculas de substrato transformadas por molécula de enzima por minuto pode ser superiora 106, graças à reversibilidade e à ciclagem da enzima.

A uréia, por exemplo, tem a 25ºC meia vida em torno de 32 anos, mas, na presença de urease, sua decomposição é instantânea, meia vida de apenas 10-4 segundos de acordo com Ruggerio et al. (1996).

A interação da enzima como substrato depende da solubilidade deste e de outros fatores, tais como concentração e propriedade da enzima, natureza do substrato, presença de outros constituintes e fatores ambientais.

Todas as transformações bioquímicas do planeta são dependentes ou relacionadas à presença das enzimas, e o solo, como entidade biológica, é um sistema altamente regulado por catálises, onde as principais reações de transformação são mediadas, principalmente, pelas hidrolases e oxirredutases que controlam os processos de decomposição dos materiais orgânicos e transformações inorgânicas.

As principais classes e subclasses de enzimas que são conhecidas são apresentadas na tabela abaixo, e dentre elas quase todas são encontradas no solo.

As principais catálises que encontradas no solo são hidrolases, oxirredutases, transferases e liases. Nestas classes destacam-se as enzimas que promovem o rompimento de ligações químicas, reações de oxirredução, transferências de constituintes e adição ou remoção de grupos químicos, representando a base das transformações químicas biocatalisadas no solo.

No solo as enzimas são relacionadas à decomposição de resíduos, fertilidade do solo, eficiência de uso dos fertilizantes, interações entre plantas e estado de oxirredução, além de servir como estratificador ecológico e indicador da presença de poluentes.

São classificadas de acordo com algumas características funcionais. Em relação à posição de ataque podem ser exo e endoenzimas. As primeiras, tipicamente extracelulares, que catalisam a remoção terminal de monômero de polímero. Por sua vez, as endoenzimas também tipicamente extracelulares, degradam polímeros por meio de ligações internas e produzem oligômeros que são atacados por exoenzimas. Quanto ao local de ação podem ser extracelulares ou intracelulares. Como exemplo desta última cita-se a desidrogenase, que é muito utilizada como indicadora da atividade biológica do solo. Esta enzima tem destaque, pois ela correlaciona com a atividade oxidativa total dos microrganismos do solo.

Portanto, o estudo das enzimas do solo é de grande importância para compreensão da taxa de degradação da matéria orgânica do solo, para indicação da atividade biológica dos microrganismos do solo, para estudos de diversidade microbiana etc.

Dentre as enzimas, as extracelulares fazem parte de um sistema heterogêneo, no qual as reações ocorrem nas interfaces sólido/ líquido. Nestas condições, não são todas as moléculas de substrato que se encontram disponíveis, pelo menos de imediato, para a formação do complexo enzima-substrato. Por outro lado, há que se levar em consideração o fato de, durante as determinações das constantes de reação, ter ou não havido proliferação de microrganismos. As cargas existentes na superfície dos colóides do solo e na própria molécula do substrato também devem ser levadas em consideração.

As enzimas podem sofrer influência de diversos fatores como agroquímicos aplicados no solo, pH, temperatura do solo, características do local de amostragem do solo; obtenção, preparo e armazenamento das amostras; inibição da atividade microbiana; concentração do substrato, pH do meio; tempo de incubação das amostras.

Valores de pH muito altos ou muito baixos tendem a diminuir a atividade enzimática ou mesmo inibir a enzima de maneira total. Algumas enzimas requerem um valor de pH bem definido para a expressão de sua atividade máxima, enquanto que outras a expressam em uma determinada faixa de pH. O pH do meio deve ser controlado por meio de solução tampão na melhor faixa de pH para a enzima. No caso da amilase, por exemplo,

o pH pode ser tamponado com solução de acetato-fosfato 0,5M, pH 5,5 (0,5M ácido acético, 0,5M Na2HPO4).

O efeito da temperatura sobre a atividade enzimática sugere que os ensaios enzimáticos sejam conduzidos sob temperatura adequada para a enzima em estudo. No caso de amilases de solo, a temperatura indicada é de 37oC.

O tempo de incubação deve ser também adequado à sensibilidade do método, uma vez que a quantidade de substrato transformado é, dentro de certos limites, proporcional ao tempo de incubação.

Assim, por exemplo, a urease poderá fornecer informações sobre a disponibilidade de nitrogênio para as plantas, enquanto que a atividade de celulase ou carboidrases poderá fornecer informações sobre a decomposição do material orgânico adicionado ao solo.

Na literatura se dispõe de informações da ação de enzimas do solo sobre alguns fertilizantes. Por exemplo, a uréia, no solo, sofre um processo de hidrólise corn produção de amônia a dióxido de carbono, sendo que a enzima que catalisa tal reação é a urease. Há muitas evidências de que tal enzima se encontra acumulada no solo e diversos autores conseguiram extrair uma fração com atividade de urease.

Muito importante, com relação à nutrição nitrogenada das plantas, são os processos de nitrificação e desnitrificação, os quais são considerados por demais complexos para dependerem apenas de enzimas acumuladas no solo. Cawse (1968) observou, em solo esterilizado por radiação gama, rápida oxidação da amônia a nitrato, o que atribuiu principalmente a microrganismos que não estavam em processo de proliferação.

Logo, as enzimas que participam da nitrificação permanecem ativas em células que perderam sua viabilidade após um processo de irradiação. Cawse & Cornfield (1969, 1972) não observaram aumento no teor de nitrito, quando a irradiação foi precedida de autoclavagem, o que se explicaria pelo fato de o calor destruir a nitrato redutase. Todavia, se o tratamento com radiação gama fosse muito intenso, ocorria a produção de nitrito, o que se atribuiu a uma gama radiólise do nitrato.

Dos metafosfatos a pirofosfatos, sabe-se que os mesmos são transformados a fosfatos, que. por catálise enzimática, quer pela inorgânica, a qual contribui com cerca de dois terços do total. Hossner & Philips (1971) realizaram estudos para estimar o valor da

energia de ativação da hidr6lise do pirofosfato em solos inundados, encontrando um valor de 18.900 J mol-1 para a pirofosfatase e 105.000 para a catálise química.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BURNS, R.G. Soil enzymes. New York: Academic Press, 1978. 379p.

CAWSE, P.A. Effects of gamma radiation on accumulation of mineral nitrogen in fresh soils. J. Sci. Food Agric., London, 19:395-398, 1968.

CAWSE, P.A. & CORNFIELD, A.H. The reduction of 1 sN_labelled nitrate to nitrite by fresh soils following treatment with gamma radiation. Soil Biol. Biochem., Oxford, 1:287-274, 1969.

CAWSE, P.A. & CORNFIELD, A.H. Biological and chemical reduction of nitrate to nitrite in gammairradiated soils and factors leading to eventual loss of nitrite. Soil Biol. Biochem., Oxford, 4:497-511, 1972.

HOSSNER, L.R. & PHILIPS, D.P. Pyrophosphatase hydrolysis in flooded soil. Proc. Soil Sci. Soc. Am., Madison, 35:379-383, 1971.

MOREIRA, F. M. S.; SIQUEIRA, J. O. Microbiologia e Bioquímica do Solo. 1. ed. Lavras: Editora UFLA, 2006. v. 1. 625p.

RUGGIERO, C.; SÃO JOSÉ, A. R.; VOLPE, C. A. et al. Maracujá para exportação: aspectos técnicos da produção. Brasília: EMBRAPA-SPI, 1996, 64p. Publicações Técnicas FRUPEX, 19.