O ferro forma naturalmente diversos compostos, como óxidos, hidróxidos, carbonatos, sulfetos e outros. Em todos esses compostos, o ferro ocorre no segundo ou terceiro estado de oxidação. Ele também tende a formar compostos complexos. Devido à sua excepcional importância econômica, é considerado o elemento metálico mais importante. As primeiras menções à essencialidade do ferro para as plantas datam do século XIX. Especificamente, em 1844, Eusebe Gris descobriu que a falta de ferro na solução nutritiva levava à clorose das plantas, e a aplicação de uma solução de sal de ferro inorgânico nas folhas fazia com que elas ficassem verdes em 2 a 3 dias. Estudos clássicos de Sachs e Knop sobre a nutrição mineral das plantas, realizados na segunda metade do século XIX, confirmaram essas conclusões. O ferro foi incluído na lista dos 10 elementos essenciais para as plantas (juntamente com C, O, H, N, S, P, K, Mg e Ca), posteriormente denominados "macroelementos". A inclusão do ferro nesse grupo de elementos foi, no entanto, um tanto acidental, visto que o teor de ferro nos tecidos vegetais é muito menor do que, por exemplo, o de potássio, fósforo ou mesmo enxofre ou magnésio. Portanto, o ferro está sendo cada vez mais classificado como um oligoelemento, especialmente porque, devido às suas funções fisiológicas, compartilha muitas características com outros metais pesados, como cobre, manganês e molibdênio — oligoelementos típicos.
Absorção de Ferro:
O ferro é um dos elementos mais comuns nos solos (depois do oxigênio, silício e argila). Ocorre na forma de silicatos, fosfatos, óxidos, hidróxidos e outros compostos minerais com diferentes graus de solubilidade, bem como em combinação com matéria orgânica. Também está fortemente ligado na forma iônica pelo complexo de sorção do solo. As plantas podem absorver ferro na forma de íons ferrosos (Fe²⁺) ou férricos (Fe³⁺), bem como na forma de compostos quelatos (como íons ou mesmo partículas inteiras). A absorção de ferro é significativamente influenciada pelo pH e pelas condições atmosféricas do solo. Quanto menor o pH do solo, maior a quantidade de ferro disponível para as plantas, enquanto um pH superior a 6 inibe a absorção de ferro. Isso está associado à precipitação de hidróxidos de ferro no solo, que são pouco absorvidos pelas plantas. Foi constatado que o ferro no estado trivalente (Fe³⁺) precipita em um pH muito mais baixo do que o ferro no estado de oxidação secundário (Fe²⁺). A presença de ferro no estado secundário depende em grande parte da disponibilidade de oxigênio. Quanto menor a disponibilidade de oxigênio, mais o equilíbrio Fe²⁺ → Fe³⁺ se desloca em favor do ferro no estado divalente. Em condições de anaerobiose severa, o excesso de ferro reduzido (Fe²⁺) pode se acumular no substrato, o que tem um efeito prejudicial sobre o sistema radicular das plantas. O fósforo também tem um impacto significativo na absorção de ferro. Altas concentrações de fosfato inibem significativamente a absorção de ferro pelas plantas. Ocorre clorose, que resulta da precipitação de fosfato de ferro insolúvel na superfície da raiz ou nos feixes vasculares. A absorção de ferro também depende das propriedades individuais da própria planta. Observou-se que diferentes espécies de plantas que crescem no mesmo substrato absorvem quantidades diferentes de ferro. Demonstrou-se que plantas menos sensíveis à deficiência de ferro são capazes de acidificar o substrato mais fortemente, o que provavelmente promove a disponibilidade de formas pouco solúveis de ferro no solo. Complexos de Ferro. Muita atenção tem sido dedicada à pesquisa sobre a absorção de ferro a partir de quelatos. Jacobson (1951) foi o primeiro a publicar sobre a utilidade de um composto complexo de ferro com EDTA (ácido etilenodiaminotetracético), conhecido como Fe-EDTA, para plantas. Numerosos pesquisadores apontaram que, enquanto a absorção de ferro a partir de sais inorgânicos é fortemente influenciada pelo pH e pelo potencial redox, a absorção de ferro a partir de compostos complexos é em grande parte independente dessas influências. Por outro lado, estudos mostraram que a absorção de ferro a partir de compostos complexos e seu transporte dentro das plantas foram inibidos por vários metais pesados, particularmente aqueles que formam quelatos facilmente, principalmente cobre, níquel, cobalto e zinco, e menos significativamente pelo manganês. Esse fenômeno é mais pronunciado quanto mais estável for o quelato, por exemplo, DTPA ou HBED. A questão de se o ferro dos quelatos é absorvido na forma de íons ou moléculas inteiras também é debatida. Experimentos mostraram que, em condições de deficiência de ferro, as plantas absorveram mais do componente metálico do que do componente quelado. Contudo, quando o teor de ferro na solução nutritiva era suficiente, o ferro e o quelato eram absorvidos em quantidades equivalentes. Também se hipotetiza que os quelatos de ferro sofrem fotorredução nas folhas, e o ferro ativo liberado permanece disponível para a planta. Entretanto, em alguns casos, os quelatos podem impactar negativamente a absorção de ferro. Se uma planta absorve ativamente o ferro do quelato, o agente quelante é liberado na superfície da raiz, podendo então reagir com outros cátions no substrato, formando quelatos secundários. Por outro lado, se esses cátions não estiverem presentes, o agente quelante se acumula excessivamente próximo à raiz e, como resultado da ação competitiva, contribui para limitar a absorção de ferro pela planta.
Transporte de ferro em plantas.
Tradicionalmente, acreditava-se que o transporte (assim como o próprio processo de absorção) ocorria na forma de um íon divalente (Fe²⁺), considerado por muitos pesquisadores a única forma de ferro ativo. Observou-se que o manganês e o cobre desempenham um papel significativo na regulação do teor de ferro ativo em plantas, catalisando os processos redox associados ao ferro (Fe²⁺ ⇌ Fe³⁺). Entre outras funções, ambos os elementos causam a oxidação de quantidades excessivas de ferro divalente para a forma trivalente, inativa. Além do manganês e do cobre, o fósforo também influencia a atividade do ferro em plantas. Especificamente, altas concentrações de fósforo em plantas podem levar à precipitação de fosfato de ferro nos feixes vasculares, impedindo o transporte subsequente. Outros estudos sugerem a possibilidade de um outro mecanismo para o transporte de ferro em plantas, na forma de quelatos de ferro naturais, que simultaneamente protegem o ferro da inativação. Geralmente se assume que a transferência de ferro das folhas mais velhas para as folhas mais jovens ou para os tecidos meristemáticos (tecidos reprodutivos) não é muito significativa, como demonstrado por estudos com o isótopo 55Fe, entre outros. Constatou-se que o ferro contido nas folhas inferiores é pouco disponível para os tecidos jovens em desenvolvimento, resultando na deficiência de ferro nos tecidos meristemáticos.
Deficiências e Excessos de Ferro – Sintomas.
Um sintoma característico da deficiência de ferro em plantas é a clorose, que inicialmente aparece nas folhas mais jovens. As folhas cloróticas adquirem uma coloração amarelada ou mesmo esbranquiçada, indicando a ausência completa de clorofila nos tecidos. O ponto de crescimento não morre, mas seu desenvolvimento é atrofiado. As folhas mais velhas geralmente permanecem verdes ou apenas parcialmente descoloridas: ao longo dos feixes vasculares principais, o tecido permanece verde, enquanto o restante da lâmina foliar torna-se quase verde-claro. Também foi constatado que a deficiência de ferro resultou em uma redução na assimilação de CO2 em mais da metade, uma redução na clorofila a em mais de 80%, na clorofila total em mais de 85%, no caroteno em mais de 70% e na xantofila em quase 60%. Após a adição de ferro ao meio de cultura, o esverdeamento retornou ao normal após aproximadamente três semanas, sendo as folhas mais jovens as primeiras a ficarem verdes. Os resultados citados indicam que a deficiência de ferro causa um subdesenvolvimento generalizado dos cloroplastos e uma redução no teor de clorofila. Especula-se que a ação do ferro esteja relacionada à síntese de proteínas, que, por sua vez, determina os níveis de clorofilas, carotenoides e xantofilas. Diversos pesquisadores relataram o efeito do ferro na síntese proteica; observou-se que a deficiência de ferro reduz o teor de proteínas nas plantas em favor de compostos orgânicos nitrogenados solúveis. Além disso, constatou-se que a deficiência de ferro inibe especificamente processos enzimáticos catalisados por metaloenzimas que contêm ferro, como catalase, peroxidase, citocromo oxidase e outras. Sintomas de
excesso de ferro em plantas também são conhecidos. Uma característica do excesso de ferro é a coloração escura e intensa das folhas, combinada com crescimento atrofiado e escurecimento das raízes. A assimilação de CO₂ é, então, significativamente reduzida.
Funções Fisiológicas e Bioquímicas do Ferro em Plantas.
As funções bioquímicas do ferro em plantas estão intimamente ligadas a duas características desse metal: sua tendência a formar compostos quelatos e sua capacidade de alterar seu estado de oxidação. Graças a essas propriedades, o ferro participa de maneira muito versátil nos processos metabólicos redox das plantas: atua como transportador de elétrons em reações catalíticas específicas relacionadas tanto à respiração quanto à fotossíntese, bem como na fixação de nitrogênio livre, redução de nitrato e outros processos. Dentre os sistemas que contêm ferro, o sistema do citocromo desempenha um papel ativo na oxidação dos tecidos, atuando em conjunto com a citocromo oxidase para transferir elétrons do substrato oxidado para o oxigênio molecular ativado. Independente dos citocromos, o sistema da peroxidase, sob certas condições, assume a função de uma oxidase terminal. Além disso, a peroxidase, juntamente com a catalase, desempenha um papel importante na proteção dos tecidos vegetais contra o excesso de peróxido. Certas flavoproteínas de ferro e outros compostos também atuam como transportadores de elétrons
em processos respiratórios. A ferredoxina, o componente mais eletronegativo do aparato fotossintético das plantas verdes, desempenha um papel ativo como transportadora de elétrons na fotossíntese. O citocromo phi e o citocromo b6, que participam do processo de fosforilação cíclica juntamente com a ferredoxina, também são fatores oxidorredutivos na fotossíntese. Além disso, um complexo contendo ferro e coenzima A foi isolado das folhas de diversas plantas; há relatos de que esse complexo pode ser o principal aceptor de CO2. O ferro também influencia indiretamente o processo fotossintético; especificamente, ele afeta a síntese de protoporfirina, a partir da qual a clorofila é posteriormente formada (na ausência de ferro, as plantas são completamente cloróticas). No entanto, o efeito do ferro sobre a clorofila também pode ser indireto. No processo de fixação de nitrogênio livre, a nitrogenase, uma enzima que ativa o nitrogênio molecular, apresenta dois complexos contendo ferro, cuja forma química não foi totalmente identificada, mas está diretamente relacionada à atividade da nitrogenase. A ferredoxina também participa da fixação de N2. A leghemoglobina, descoberta nos nódulos radiculares de leguminosas (e também em não leguminosas), provavelmente não participa diretamente da fixação de N2, mas apenas regula o acesso do oxigênio ao tecido bacteroide. A ferredoxina também demonstrou estar envolvida na redução de nitrato. No entanto, o sistema do citocromo provavelmente atua na sorção de íons, no crescimento e na absorção de água. A ferritina, um composto de ferro de reserva, foi detectada em plantas, sendo prevalente principalmente no reino animal. Nas plantas, ocorre principalmente nos plastídeos — os cotilédones de sementes não germinadas.
-Anna Nowotna-Mieczyńska "Fisiologia da nutrição mineral das plantas". PWRiL 1965,
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Autor: Marcin Kołodziejczyk