Денитрификација

мини|230п|Нитрификација и денитрификација во лабораториски услови.
Денитрификација ― микробиолошко олеснето дејство каде нитратот (NO3−) се намалува и на крајот произведува молекуларен азот (N2) преку низа на средно гасовити производи од азот оксид. Факултативните анаеробни бактерии вршат денитрификација како вид на дишење што ги намалува оксидираните облици на азот како одговор на оксидацијата на дарител на електрони како што е органската материја. Претпочитаните азотни акцептори на електрони со редослед најмногу до најмалку термодинамички поволни вклучуваат нитрат (NO3−), нитрит (NO2−), азотен оксид (NO), диазотен оксид (N2O) конечно резултира со производство на диазот (N2) завршување на азотниот циклус. Денитрифициските микроби бараат многу ниска концентрација на кислород помала од 10%, како и органски соединенија за енергија. Бидејќи денитрификацијата може да го отстрани NO3−, намалувајќи го неговото истекување до подземните води, може стратешки да се користи за третман на отпадни води или животински остатоци со висока содржина на азот. Денитрификацијата може да истече N2O, која е супстанца што го осиромашува озонот и гас на стаклена градина што може да има значително влијание врз глобалното затоплување.

Дејството се изведува првенствено од хетеротрофни бактерии (како што се Paracoccus denitrificans и разни псевдомонади), иако се идентификувани и автотрофни денитрификатори (на пример, Thiobacillus denitrificans). Денитрификаторите се застапени во сите главни филогенетски групи. Општо земено, неколку видови бактерии се вклучени во целосното редуцирање на нитратот до N2, и повеќе од еден ензимски пат е идентификуван во дејството на редукција.Atlas, R.M., Barthas, R. Microbial Ecology: Fundamentals and Applications. 3rd Ed. Benjamin-Cummings Publishing.  Дејството на денитрификација не само што обезбедува енергија на организмот кој врши редукција на нитрати во диазотен гас, туку и некои анаеробни цилијати можат да користат денитрификациони ендосимбионти за да добијат енергија слична на употребата на митохондриите во организмите што дишат кислород.

Директна редукција од нитрат во амониум, дејство познато како дисимилаторно нитратска редукција во амониум или ДНРА, е исто така можно за организмите кои го имаат генот nrf. Ова е поретко од денитрификацијата во повеќето екосистеми како средство за намалување на нитратите. Други гени познати кај микроорганизмите кои денитрификуваат вклучуваат нир (нитритна редуктаза) и nos (диазотна оксидна редуктаза) меѓу другото; организмите идентификувани дека ги имаат овие гени вклучуваат Alcaligenes faecalis, Alcaligenes xylosoxidans, многу од родот Pseudomonas, Bradyrhizobium japonicum и Blastobacter denitrificans.

 Преглед 

 Полуреакции 
Денитрификацијата главно се одвива преку некоја комбинација од следните полуреакции, при што ензимот ја катализира реакцијата во загради:

 NO3− + 2H+ + 2 e− → - + H2O (нитратна редуктаза)
 − + 2 H+ + e− → NO + H2O (нитритна редуктаза)
 2 NO + 2 H+ + 2 e− →  + H2O (азотнооксидна редуктаза)
  + 2 H+ + 2 e− →  + H2O (диазотно оксидна редуктаза)

Целосното дејство може да се изрази како нето избалансирана редоксирана реакција, каде што нитратот (NO3-) целосно се редуцира до диазот (N2):

 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O

 Услови за денитрификација 
Во природата, денитрификацијата може да се случи и во копнените и во морските екосистеми. Вообичаено, денитрификацијата се случува во аноксични средини, каде што концентрацијата на растворениот и слободно достапен кислород е исцрпена. Во овие области, нитрат (NO3- ) или нитрит () може да се користи како замена терминален примател на електрони наместо кислород (O2), енергетски поповолен примател на електрони. Терминалниот примател на електрони е соединение кое се намалува во реакцијата со примање електрони. Примери за аноксични средини може да вклучуваат почви, подземни води, моклишта, нафтени резервоари, слабо проветрени агли на океаните и седименти на морското дно.

Понатаму, денитрификацијата може да се случи и во оксични средини. Висока активност на денитрификаторите може да се забележи во меѓуплимните зони, каде што плимните циклуси предизвикуваат флуктуации на концентрацијата на кислород во песочните крајбрежни седименти. На пример, бактерискиот вид Paracoccus denitrificans се вклучува во денитрификација и под оксични и аноксични услови истовремено. По изложување на кислород, бактериите можат да користат диазотно оксидна редуктаза, ензим кој го катализира последниот чекор на денитрификација. Аеробните денитрификатори се главно Грам-негативни бактерии во родот Proteobacteria. Ензимите NapAB, NirS, NirK и NosZ се наоѓаат во периплазмата, широк простор граничи со цитоплазматската и надворешната мембрана кај Грам-негативните бактерии.

Денитрификацијата може да доведе до состојба наречена изотопска фракционирање во почвената средина. Двата стабилни изотопи на азот, 14N и 15N се наоѓаат во профилите на седиментот. За време на денитрификацијата се претпочита полесниот изотоп на азот, 14N, оставајќи го потешкиот изотоп на азот, 15N, во резидуалната материја. Оваа селективност доведува до збогатување на 14N во биомасата во споредба со 15N. Покрај тоа, релативното изобилство на 14N може да се анализира за да се разликува денитрификацијата за разлика од другите дејствија во природата.

 Употреба во третманот на отпадни води 
Денитрификацијата најчесто се користи за отстранување на азот од канализацијата и комуналните отпадни води. Тоа е исто така инструментално дејство во изградените моклишта и крајбрежните зони за спречување на загадувањето на подземните води со нитрати што произлегува од прекумерната употреба на ѓубрива во земјоделството или во станбените простории. Биореакторите за дрвни деланки се проучувани од 2000-тите и се ефикасни во отстранувањето на нитратите од земјоделските отпадоци , па дури и од ѓубривото. 

Намалувањето под аноксични услови може да се случи и преку дејство наречен анаеробна оксидација на амониум (анамокс):

 NH4 + + NO2− → N2 + 2 H2O

Во некои места за обработка на отпадни води, соединенијата како што се метанол, етанол, ацетат, глицерин или други производи се додаваат во отпадната вода за да се обезбеди извор на јаглерод и електрони за денитрификација на бактериите. Микробката екологија на таквите инженерски дејствија на денитрификација се одредува според природата на дарителот на електрони и условите за работа на дејството. Дејствијата на денитрификација се користат и во пречистувањето на индустриските отпадни води. Многу видови и дизајни на биореактори за денитрификација се комерцијално достапни за индустриски примени, вклучително и електро-биохемиски реактори, мембрански биореактори и биореактори со подвижни легла.

Аеробната денитрификација, спроведена од аеробни денитрификатори, може да понуди потенцијал за елиминирање на потребата од посебни резервоари и намалување на приносот на тињата. Постојат помалку строги барања за алкалност бидејќи алкалноста створена за време на денитрификација може делумно да ја надоканди потрошувачката на алкалност при нитрификација.

 Поврзано 

 Аеробна денитрификација
 Анаеробно дишење
 Биоремедијација
 Глобално затоплување
 Гушење (животна средина)
 Врзување на азотот
 Истовремена нитрификација-денитрификација

 Наводи 

Категорија:Микробиологија на животна средина
Категорија:Азотен циклус
Категорија:Кружење на азотот