Lämmastikusidumine

Lämmastikusidumine (ka lämmastiku sidumine, lämmastiku fikseerimine, lämmastiku seondamine) on keemiline protsess, mille tagajärjel atmosfääri suhteliselt inertne molekulaarne lämmastik (N2) muundatakse redutseeritud (näiteks ammoniaagiks) või oksüdeeritud vormiks (näiteks nitraadiks).

Lämmastikusidumine toimub looduses peamiselt mikroorganismide (näiteks tsüano- ja asotobakterite), UV-kiirguse ja välgu kaasabil. Bioloogilise dilämmastiku muundamise saadus on ammoniaak, abioloogilisel teel tekivad lämmastikuoksiidid. Samuti seotakse õhu lämmastikku inimtegevuse tagajärjel (Haber-Boschi protsessi abil ammoniaaki tööstuslik tootmine) ja tahtmatult mitmesugustes põlemisprotsessides (sealhulgas autode mootoris).

Lämmastikusidumine on praegu ja kogu evolutsiooni jooksul olnud äärmiselt oluliseks, hädavajalikuks tingimuseks elu kestmise eeldusena. Sest kõik bioloogilised organismid kogu biosfääris vajavad oma elutegevuseks lämmastikku, kuna väga paljud asendamatult olulised biomolekulid sisaldavad oma koostises lämmastikku. Lämmastik on üks neljast tähtsamast keemilisest elemendist, millest moodustub elu, koosnevad elus rakkude molekulid. Olgugi et enamus atmosfäärist koosneb lämmastikumolekulidest, pole need oma väga tugevast kolmiksidemest põhjustatud keemilise inertsuse tõttu enamikule elusorganismidele kättesaadavad. Ja kuigi lämmastikoksiide tekib ka eluta looduse protsessides välgu ja UV-kiirguse energia kaasabil, on bioloogiline lämmastikusidumine siiski väga oluline, hädavajalik protsess. Suurem osa biosfääris vajaminevast lämmastikust seotakse bioloogilisel moel.

Biokeemiline olemus 

Tüüpiline lämmastikusidumise keemiline reaktsioon, mida viivad läbi mikroorganismid ensüüm nitrogenaasi vahendusel, on järgmine:

N2 + 6H + energia → 2NH3

Kui tööstuslik lämmastikusidumine Haberi protsess, nõuab küllalt kõrget temperatuuri ja rõhku, see tähendab eritingimusi, mille loomise jaoks kulub ka küllalt palju energiat, siis bioloogilise lämmastikusidumise puhul töötab ensüüm nitrogenaas sedavõrd efektiivselt katalüüsi teostades, et protsessi toimumiseks pole tarvis kõrget temperatuuri ja rõhku - reaktsioon toimub hariliku temperatuuri ja rõhuga, üksnes ATP molekulide energiat kasutades mitmete vaheetappide kaupa. Ühe lämmastikumolekuli katalüüsireaktsiooniks kulub samuti rohkelt energiat - 16 ATP molekuli, samuti 16 veemolekuli, 8 elektroni ja 8 prootonit. Reaktsiooni saadusteks on 2 ammoniaagimolekuli, vesinikumolekul, 16 ADP molekuli ja 16 fosfaatiooni. Teadaolevalt on kõikidel bioloogilistel lämmastiku sidujatel samasuguse ehitusega ensüüm - nitrogenaas. 

Nitrogenaasikompleks on tundlik hapnikumolekuli (O2) inaktiveerivale mõjule. Näiteks kaunviljad, mille juurtes olevate mügarbakterite abil lämmastiku sidumine toimub, hoiavad oma juuremügarikes O2 väga madalat kontsentratsiooni, sidudes hapnikumolekulid leghemoglobiinile, mis on hemoglobiiniga sarnane hapnikku siduv valk.

Kirjandus 
 Biokeemia lühikursus. Õpik kõrgkoolidele. John L. Tymoczko, Jeremy M. Berg, Lubert Stryer. (lk 506-508) 2016, TTÜ Kirjastus ISBN: 9789949239313

Välislingid 
  Ingliskeelne video "Nitrogenase - Nitrogen fixation Enzyme"

Ökoloogia
Mikrobioloogia
Lämmastik