El ciclo
del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que se basa el suministro de este elemento a los
seres vivos. Es uno de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el
equilibrio dinámico de composición de la biosfera.
Efectos
Los seres
vivos cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química.
El nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3–) a grupos amino,
reducidos (asimilación). Para volver a contar con nitrato hace falta que los
descomponedores lo extraigan de la biomasa dejándolo en la forma reducida de
ion amonio (NH4+), proceso que se llama amonificación; y que luego
el amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación.
Así
parece que se cierra el ciclo biológico esencial. Pero el amonio y el nitrato
son sustancias extremadamente solubles, que son arrastradas fácilmente por la
escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al final todo
el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto en el
mar. Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían
prácticamente desprovistos de él, convertidos en desiertos biológicos, si no
existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado
el nitrógeno atmosférico (N2 ). Se trata de la fijación de nitrógeno, que
origina compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación , una forma
de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se
mantiene un importante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un
78% en volumen).
El primer
paso en el ciclo es la fijación (reducción) del nitrógeno atmosférico( N2) a formas distintas
susceptibles de incorporarse a la composición del suelo o de los seres vivos,
como el ion amonio (NH4+) o los iones nitrito (NO2–)
o nitrato (NO3 –) (aunque el amonio puede ser usado por la
mayoría de los organismos vivos, las bacterias del suelo derivan la energía de
la oxidación de dicho compuesto a nitrito y últimamente a
nitrato); y también su conversión a sustancias atmosféricas químicamente
activas, como el dióxido de nitrógeno (NO2), que reaccionan fácilmente para
originar alguna de las anteriores.
• Fijación abiótica. La fijación
natural puede ocurrir por procesos químicos espontáneos, como la oxidación que
se produce por la acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir
del nitrógeno atmosférico.
• Fijación biológica de
nitrógeno. Es un fenómeno fundamental que depende de la habilidad metabólica de
unos pocos organismos, llamados diazótrofos en relación a esta habilidad, para tomar N2 y reducirlo a nitrógeno orgánico:
N2 + 8H+ +
8e− + 16 ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
La
fijación biológica la realizan tres grupos de microorganismos diazotrofos:
• Bacterias gramnegativas de vida
libre en el suelo, de géneros como Azotobacter, Klebsiella o el fotosintetizador Rhodospirillum, una bacteria purpúrea.
• Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera
generalmente endo simbiótica en nódulos, principalmente
localizados en las raíces. Hay multitud de especies encuadradas en el
género Rhizobium, que guardan una relación muy específica con el
hospedador, de manera que cada especie alberga la suya, aunque hay excepciones.
• Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Las
cianobacterias de vida libre son muy abundantes en el plancton marino y son los principales fijadores en el mar.
Además hay casos de simbiosis, como el de la cianobacteria Anabaena en cavidades subestomáticas de helechos acuáticos del género Azolla, o el de algunas especies de Nostoc que crecen dentro de antoceros y otras plantas.
La
fijación biológica depende del complejo enzimático de la nitrogenasa.
Amonificación
La amonificación es la conversión a ion amonio del
nitrógeno que en la materia viva aparece principalmente como grupos amino (-NH2) o imino (-NH-). Los animales, que no
oxidan el nitrógeno, se deshacen del que tienen en exceso en forma de distintos
compuestos. Los acuáticos producen directamente amoníaco (NH3), que en
disolución se convierte en ion amonio. Los terrestres producen urea, (NH2) 2CO, que es muy soluble y se concentra
fácilmente en la orina; o compuestos nitrogenados insolubles como la guanina y el ácido úrico, que son purinas, y ésta es la forma común en aves o en insectos y, en general, en animales que no
disponen de un suministro garantizado de agua.
El
nitrógeno biológico que no llega ya como amonio al
sustrato, la mayor parte en ecosistemas continentales, es
convertido a esa forma por la acción de microorganismos descomponedores.
CICLO:
Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en
nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en
nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta
clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de los
suelos.
Donde
existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias,
hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos
de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la
atmósfera.
Nitrificación
La
nitrificación es la oxidación biológica del amonio al nitrato por
microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular (O2 ) como
receptor de electrones, es decir, como oxidante. A
estos organismos el proceso les sirve para obtener energía, al modo en que los heterótrofos la consiguen oxidando alimentos
orgánicos a través de la respiración celular. El C lo consiguen del CO2
atmosférico, así que son organismos autótrofos. El proceso fue descubierto por Sergéi Vinogradski y en realidad consiste en dos
procesos distintos, separados y consecutivos, realizados por organismos
diferentes:
• Nitritación. Partiendo de amonio
se obtiene nitrito (NO2–). Lo realizan bacterias de, entre otros,
los géneros Nitrosomonas y Nitrosococcus.
• Nitratación. Partiendo de nitrito
se produce nitrato (NO3–). Lo realizan bacterias del género Nitrobacter.
La
combinación de amonificación y nitrificación devuelve a una forma asimilable
por las plantas, el nitrógeno que ellas tomaron del suelo y pusieron en
circulación por la cadena trófica.
Desnitrificación
La
desnitrificación es la reducción del ion nitrato (NO3– ),
presente en el suelo o el agua, a nitrógeno molecular o diatómico (N2) la
sustancia más abundante en la composición del aire. Por su lugar en el ciclo
del nitrógeno este proceso es el opuesto a la fijación del nitrógeno.
Lo
realizan ciertas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens,
para obtener energía. El proceso es parte de un metabolismo degradativo de la
clase llamada respiración anaerobia, en la que distintas sustancias,
en este caso el nitrato, toman el papel de oxidante (aceptor
de electrones) que en la respiración celular normal o aerobia
corresponde al oxígeno (O2 ). El proceso se produce en
condiciones anaerobias por bacterias que normalmente prefieren utilizar el
oxígeno si está disponible
El
proceso sigue unos pasos en los que el átomo de nitrógeno se encuentra
sucesivamente bajo las siguientes formas:
Expresado
como reacción redox:
2NO3- +
10e- + 12H+ → N2 + 6H2O
Como se
ha dicho más arriba, la desnitrificación es fundamental para que el nitrógeno
vuelva a la atmósfera, la única manera de que no termine disuelto íntegramente
en los mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin él la fijación
de nitrógeno, abiótica y biótica, habría terminado por provocar la depleción
(eliminación) del N2 atmosférico.
La
desnitrificación es empleada, en los procesos técnicos de depuración controlada
de aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la
eutrofización y reduce la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por
la flora intestinal, y éste es cancerígeno.
Reducción
desasimilatoria
Es
la respiración anaerobia del nitrato y nitrito a
la forma gaseosa N2O y a la forma ion amonio. Se produce en
estercoleros y turberas donde residen bacterias del género Citrobacter sp.
Este género es típico de las coliformes enterofecales, por lo que
también forma parte de la flora
intestinal de mamíferos, ya que procesan parte de
la lactosa que ingieren. En principio se estudió esta bacteria en las
turberas debido a que son productoras de NO2, un gas de efecto
invernadero, en la actualidad se realizan estudios de las baterías
enzimáticas relacionadas con el retorno de amonio al suelo y su inhibición en
presencia de sulfatos
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me sirvio de nada gracias
ResponderEliminarDiablos, me siento trolleado
EliminarPOR QUE TROLLEADO
EliminarMe siento parado
ResponderEliminarQUE CHIDO BRO
ResponderEliminar