CICLO BIOGEOQUÍMI

CO DEL NITRÓGENO

CICLO DEL NITRÓGENO Consiste en una serie de procesos químicos en los que el

nitrógeno es tomado del aire y el modificado para finalmente ser devuelto a la atmosfera.El nitrógeno (N2) es el elemento que se encuentran en mayor abundancia en la atmosfera (78%) y se encuentra entre uno de los principales elementos biogeoquímicos.También podemos encontrarlo en pequeñas cantidades como amoniaco (NH3) y los denominados NOx (NO, NO2, N2O).Sin embargo el nitrógeno (N2) es tan estable que es difícil que un organismo lo asimile por lo que es necesario que sufra una serie de procesos que originan compuestos asimilables por la materia celular y esto es lo que conocemos como ciclo del nitrógeno.

El ciclo del nitrógeno se divide en 6 etapas (de las cuales solo una de ellas no es realizada por bacterias):I. Fijación.II. Nitrificación o mineralización.III.Asimilación.IV.Amonificacion.V. Inmovilización.VI.Desnitrificacion.

I. ASIMILACIÓN Podemos resumir este etapa con las siguientes reacciones:

ORGANISMOS QUE FIJAN NITRÓGENO MOLECULAR

FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LA NITROGENASA

EL complejo de la nitrogenasa es inactivado por el oxígeno de forma irreversible. Los microorganismos que fijan nitrógeno en ambientes aeróbicos han desarrollado diferentes adaptaciones metabólicas y estructurales para poder llevar a cabo la fijación de nitrógeno en un ambiente oxidante. Estos microorganismos aeróbicos protegen la nitrogenasa mediante: (1) la remoción de oxígeno por el proceso de respiración.(2) la producción de capas limosas ("slime layers") que retardan la difusión de oxígeno a través de la membrana plasmática. (3) la localización de la nitrogenasa en células especializadas (ej. desarrollo de heteroquistes en cianobacterias).

La actividad del complejo de la nitrogenasa es también inhibida por la presencia de formas reducidas de nitrógeno en el ambiente. La presencia de altas concentraciones de amoniaco, nitrato, urea y ciertos aminoácidos inhiben la actividad de la nitrogenasa. El grado de inhibición que causan los últimos tres depende de la facilidad con que un organismo en particular pueda convertirlos a amoniaco.

FIJACIÓN ABIÓTICA DEL NITRÓGENO GASEOSO

La mayor parte de la fijación del nitrógeno molecular es de naturaleza biológica. No obstante, en la atmósfera terrestre también se lleva a cabo la fijación abiótica del nitrógeno molecular mediante electrificación y reducción fotoquímica. A diferencia de la fijación de origen biológico, donde el amoniaco es el producto principal, en la fijación fotoquímica el nitrato es el producto principal.

En este tipo de fijación de alta energía el nitrógeno y el oxígeno se combinan en la atmósfera para formar nitrato. Este último es arrastrado por la lluvia a la superficie terrestre y a los cuerpos acuáticos en forma de ácido nítrico (H2NO3). El aporte de la fijación abiótica de nitrógeno gaseoso a los depósitos de nitrógeno en agua y suelos, se ha estimado en 8.9 Kg N/año, comparado con los 100 a 200 Kg N/año que se derivan de la fijación biológica de nitrógeno.

II. NITRIFICACIÓN O MINERALIZACIÓN

Solamente existen dos formas de nitrógeno que son asimilables por las plantas, el nitrato (NO3-) y el amonio (NH4+). Las raíces pueden absorber ambas formas, aunque pocas especies prefieren absorber nitratos que amoniaco. El amonio es convertido a nitrato gracias a los microorganismos por medio de la nitrificación. La modificación de NH4+ a NO3- depende de la temperatura del suelo.

La transformación, es decir, la conversión se da más rápida cuando la temperatura esta arriba de los 10° C y el pH está entre los 5.5-6.5; asimismo, este proceso se ve completado entre dos a cuatro semanas. Esta fase es realizada en dos pasos por diferentes bacterias: primero, las bacterias del suelo Nitrosomonas y Nitrococcus convierten el amonio en nitrito (NO2-), luego otra bacteria del suelo, Nitrobacter, oxida el nitrito en nitrato. La nitrificación les entrega energía a las bacterias.

PROCESO DE NITRIFICACIÓN

EXPLICACIÓN DE ESTA ETAPALas bacterias que llevan a cabo esta reacción obtienen energía de sí misma.

La nitrificación requiere la presencia del oxígeno. Por consiguiente, la nitrificación puede suceder solamente en ambientes ricos de oxígeno, como las aguas que circulan o que fluyen y las capas de la superficie de los suelos y sedimentos. El proceso de nitrificación tiene algunas importantes consecuencias. Los iones de amonio tienen carga positiva y por consiguiente se pegan a partículas y materias orgánicas del suelo que tienen carga negativa. La carga positiva previene que el nitrógeno de amonio sea barrido (o lixiviado) del suelo por las lluvias. Por otro lado, el ión de nitrato con carga negativa no se mantiene en las partículas del suelo y puede ser barrido del perfil de suelo. Esto lleva a una disminución de la fertilidad del suelo y a un enriquecimiento de nitrato de las aguas corrientes de la superficie y del subsuelo.

III.ASIMILACIÓN La asimilación del amoniaco al protoplasma celular es mediada por varias enzimas

IV.AMONIFICACION * Proteólisis

La realizan los microorganismos proteolíticos, que son poco específicos y degradanproteínas y oligopeptidos por medio de enzimas extracelulares.El proceso se realiza en dos partes: primero se hidrolizan las proteínas hasta poli péptidos y luego estos se hidrolizan hasta una mezcla de aminoácidos.Algunos de los microorganismos degradadores de proteínas y péptidos: hongos comoAspergillus, Penicillium y Rhizopus y bacterias aerobias estrictas , facultativas y anaerobias como especie de bacillus. Al finalizar el proceso proteolítico queda en el suelo una mezcla de aminoácidoslibres del orden de 2-390 mg g-1 de tierra entre los que se encuentran: acido Aspartico, serina, treonina, ácido glutámico, prolina, glicina, alanina, ácido Aminobutirico, valina, leucina, isoleucina, tirosina, lisina, histidina, arginina, Fenilalanina, cisteina y metioina.Los vegetales absorben nitrógeno del suelo, en forma de iones NO3

- y NH4+

preferentemente , y lo incorporan al material celular. Los animales sintetizan los compuestos nitrogenados a partir de la ingesta, y los vertebrados superiores no pueden utilizar otro nitrógeno inorgánico que no sea el NH4

+.

Amonificación

Por la amonificacion los aminoácidos formados en la fase precedente se transforman en amonio mediante un proceso lento, pues la mayoría de los aminoácidos del suelo son degradados en 48 horas, y los mas resistentes como lisina y tirosina tardan en desaparecer en 96 horas.El N- NH4

+ aparece en los suelos porque muchos microorganismos heterotroficos producen mas amonio del que necesitan. Si la amonificación se produce en presencia de oxigeno, se formaran NH4

+ Y CO2, mientras que si tiene lugar en anaerobiosis, con el NH4

+ aparecen ácidos grasos volátiles.Los animales edáficos regulan las tasas de mineralización, ya que se alimentan de microorganismos, inician la descomposición de la materia orgánica y excretan compuestos nitrogenados sencillos como acido úrico, urea y amonio.

V. INMOVILIZACIÓN

Es el proceso contrario a la mineralización, por medio del cual las formas inorgánicas (NH4+ y NO3-) son convertidas a nitrógeno orgánico y, por tanto, no asimilables.

Es el proceso que realizan algunas bacterias ante la ausencia de oxígeno, degradan nitratos (NO3

-) liberando nitrógeno (N2) a la atmósfera a fin de utilizar el oxígeno para su propia respiración.

VI.DENITRIFICACION

Los siguientes géneros bacterianos contienen especies que demuestran la habilidad de llevar a cabo el proceso de denitrificación: Bacillus, Chromobacterium, Micrococcus,Pseudomonas, Spirillum, Hypomicrobium, Achromobacter, Moraxella, Paracoccus,

Alcaligenes y Aquifex.

El retorno del nitrógeno a la atmósfera mediante el proceso de denitrificación completa el ciclo biogeoquímico del nitrógeno.Por otro lado, el proceso de denitrificación es utilizado bajo condiciones controladas en sistemas de tratamiento terciario de aguas usadas, para reducir la concentración de nitrógeno en los efluentes.

El pH del ambiente aparentemente afecta la naturaleza y concentración del producto finalen el proceso de denitrificación. En estudios realizados con una flora bacteriana mixtase encontró que la reducción de nitrato a oxido nitroso es más abundante a valores depH < 7