Ciclo do nitróxeno

O ciclo do nitróxeno é cada un dos procesos biolóxicos e abióticos no que se basea a subministración deste elemento aos seres vivos.
É un dos ciclos bioxeoquímicos importantes no que se basea o equilibrio dinámico de composición da biosfera. Efectos
Os seres vivos precisan do nitróxeno xa que é un elemento constituínte dos aminoácidos que compoñen as proteínas. Porén, na biosfera tan só contan cunha proporción de nitróxeno na súa composición do 1%.
Este atópase no aire en cantidades moito maiores (78% en volume). A pesar desta abundancia, a maior parte do nitróxeno atmosférico atópase en forma de gas nitróxeno (N2), que é inerte, polo que nesta forma só é accesible a un conxunto moi restrinxido de formas de vida, como as cianobacterias e as azotobacteráceas. Os organismos fotoautótrofos (plantas ou algas) requiren polo xeral nitrato (NO−3), como forma de ingresar o seu nitróxeno.
Os heterótrofos (por exemplo, os animais) necesitan o nitróxeno xa reducido, en forma de radicais amino (-NH2), para poder formar proteínas e tómano formando parte da composición de distintas biomoléculas nos seus alimentos.
Os autótrofos reducen o nitróxeno oxidado que reciben como nitrato (NO−3), a grupos amino, reducidos (asimilación). Para volver contar con nitrato fai falta que os descompoñedores o extraian da biomasa deixándoo na forma reducida de ión amonio (NH+4), proceso que se chama amonificación; e que logo o amonio sexa oxidado a nitrato, proceso chamado nitrificación e desenvolvido polas bacterias nitrificantes.
Así parece que se pecha o ciclo biolóxico esencial. Pero o amonio (NH+4), e o nitrato son substancias extremadamente solubles, que son arrastradas facilmente pola escorrentía e a infiltración, o que tende a levalas ao mar ou lagos.
Existen tamén outros dous procesos, mutuamente simétricos, nos que está implicado o nitróxeno atmosférico (N2). Trátase da fixación de nitróxeno, que orixina compostos solubles a partir do N2 inorgánico atmosférico e a desnitrificación, unha forma de respiración anaerobia que devolve N2 á atmosfera.
Fixación do nitróxeno
A fixación do nitróxeno é a conversión do nitróxeno do aire (N2) a formas distintas susceptibles de incorporarse á composición do chan ou dos seres vivos, como o ión amonio (NH4+) ou os ións nitrito (NO2–). ) ou nitrato (NO3–); e tamén a conversión a substancias atmosféricas quimicamente activas, como o dióxido de nitróxeno (NO2), que reaccionan facilmente para orixinar algunha das anteriores. Fixación abiótica A fixación natural pode ocorrer por procesos químicos espontáneos, como a oxidación que se produce pola acción dos raios durante as tormentas, que forma óxidos de nitróxeno a partir do nitróxeno atmosférico. Fixación biolóxica É un fenómeno fundamental que depende da habilidade metabólica duns poucos organismos para tomar N2 e reducilo a nitróxeno orgánico: a fixación biolóxica realízana tres grupos de microorganismos:
1-Bacterias gramnegativas de vida libre no chan, de xéneros como Azotobacter ou Klebsiella ou o fotosintetizador Rhodospirillum, unha bacteria púrpura. 2-Bacterias simbióticas dalgunhas plantas, nas que viven xeralmente de maneira endosimbiótica en nódulos, principalmente localizados nas raíces. Hai multitude de especies encadradas no xénero Rhizobium, que gardan unha relación moi específica co hospedador, de xeito que cada especie alberga á súa.
3-Cianobacterias de vida libre ou simbiótica. As cianobacterias de vida libre son moi abundantes no plancto mariño e son os principais fixadores no mar. Ademais hai casos de simbiose, como o da cianobacteria Anabaena en cavidades subestomáticas de fentos acuáticos do xénero Azolla, ou dalgunhas especies de Nostoc que crecen dentro de antoceros e plantas.
A fixación biolóxica depende do complexo enzimático da nitroxenase.
Amonificación
A amonificación é a conversión a ión amonio do nitróxeno, presente nos seres vivos en forma principalmente de (NH2) ou (NH-). Os animais, que non oxidan o nitróxeno, desfanse do que teñen en exceso en forma de distintos compostos: Os acuáticos producen directamente amoníaco (NH3), que en disolución se converte en ión amonio (NH+4).
Os terrestres producen urea, que é moi soluble e concéntrase facilmente nos ouriños; ou compostos nitroxenados insolubles como a guanina e o ácido úrico, que son purinas, e esta é a forma común en aves ou en insectos e, en xeralmente en animais que non dispoñen dunha subministración garantida de auga.
O nitróxeno biolóxico que non chega xa como amonio ao substrato, a maior parte en ecosistemas continentais, convértese a esa forma pola acción de microorganismos descompoñedores.
Nitrificación
A nitrificación é a oxidación biolóxica do amonio a nitrato por microorganismos aerobios, que usan osíxeno molecular (O2) como aceptor de electróns, é dicir, como oxidante. Estes organismos empregan o proceso para obter enerxía, no mesmo modo que os heterótrofos a conseguen oxidando alimentos orgánicos a través da respiración celular. O C obtéñeno do CO2 atmosférico, así que son organismos autótrofos. O proceso descubriuse por Sergi Vinogradski e en realidade consiste en dous procesos diferentes, separados e consecutivos, realizados por organismos diferentes: Nitrosación: partindo de amonio NH+4 obtense nitrito (NO−2). Realízano bacterias de, entre outros, os xéneros Nitrosomonas e Nitrosococcus.
Nitrotratación: logo partindo de nitrito (NO−2) prodúcese nitrato (NO−3). Realízano bacterias do xénero Nitrobacter.
A combinación de amonificación e nitrificación devolve a unha forma asimilable polas plantas, o nitróxeno que elas tomaron do chan e puxeron en circulación pola cadea trófica.
Desnitrificación
A desnitrificación é a redución do ión nitrato (NO−3), presente no chan ou na auga, a nitróxeno molecular ou diatómico (N2) a substancia máis abundante na composición do aire. Este proceso é o oposto á fixación do nitróxeno e empobrece os solos.
Realízano certas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens, para obter enerxía. O proceso é parte dun metabolismo degradativo da clase chamada respiración anaerobia, na que distintas substancias, neste caso o nitrato, toman o papel de oxidante (aceptor de electróns) que na respiración celular normal ou aerobia corresponde ao osíxeno (O2). O proceso prodúcese en condicións anaerobias por bacterias que normalmente prefiren utilizar o osíxeno se está dispoñible.
O proceso segue uns pasos nos que o átomo de nitróxeno atópase sucesivamente baixo as seguintes formas:
nitrato → nitrito → óxido nítrico → óxido nitroso → nitróxeno molecular
Expresado como reacción redox:
2NO3- + 10e- + 12H+ → N2 + 6H2O
A desnitrificación é fundamental para que o nitróxeno volva á atmosfera, o único xeito de que non termine disolto integramente nos mares, deixando sen nutrientes á vida continental, xa que a fixación de nitróxeno, abiótica e biótica, terminaría por provocar a eliminación do N2 atmosférico.
A desnitrificación empregase en procesos técnicos de depuración controlada de augas residuais, para eliminar o nitrato, cuxa presenza favorece á eutrofización e reduce a potabilidade da auga, porque redúcese a nitrito pola flora intestinal, e este é canceríxeno.