Азотфиксация молекулярного азота

Процесс денитрификации.

Процесс нитрификации.

Это окисление образующегося при аммонификации аммиака до азотистой и азотной кислоты. Осуществляют этот процесс бактерии-хемоавтотрофы. Нитрификация протекает в 2 этапа. На первом этапе аммиак окисляется до азотистой кислоты:

2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + Q

Образующаяся азотистая кислота на втором этапе окисляется до азотной кислоты:

2HNO2+ O2 = 2HNO3 + Q

Высвобождающаяся при окислении аммиака и нитритов энергия идет на хемосинтез – образование из углекислоты органического вещества. Из азотной кислоты образуются нитраты – азотное питание растений. Нитрификации мы обязаны залежам селитры в Средней Азии, на Памире. В Индии, Чили, в Африке. Нитрификация может проходить только при хорошей аэрации и слабощелочной реакции почвы – она хорошо осуществляется на черноземах, плохо – на лесных почвах.

Это процесс, обратные нитрификации, при котором происходит восстановление нитратов до молекулярного азота. Процесс денитрификации осуществляется с помощью ферментов-редуктаз и м/о из рода псеудомонас и микрококкус. Общее уравнение денитрификации:

C6H12O6 + 4NO3- = 6CO2 + 6H2O + 2N2 + Q

Она проходит в условиях плотных и затопленных почв с плохой аэрацией, является вредным процессом, так как образующийся молекулярный азот уходит в атмосферу. Поэтому не желательно уплотнять почву вокруг растений, необходимо осушение возделываемых земель.

Особо важное значение в биологическом круговороте веществ в природе занимает фиксация (связывание) м/о атмосферного газообразного азота – процесс азотфиксации. Значение азотфиксации – вовлечение инертного молекулярного азота в биологический круговорот, обогащение им почвы с помощью микробов азотфиксаторов. Среди них различают две группы:

1.Свободно живущие в почве азотфиксаторы – микробы из группы клостридиум, азотобактер, многие фототрофные бактерии, цианобактерии. Они могут быть аэробами и анаэробами. Анаэробная палочка из рода клостридиум высвобождает в процессе масляно-кислого брожения энергию, которая идет на фиксацию молекулярного азота и переводе его в органическую форму. Аэробный фиксатор азотобактер энергию для азотфиксации черпает за счет дыхательного распада окисляемых веществ. Чистые культуры азотобактера широко используют под названием бактериального удобрения азотобактерин.

2.Бактерии-симбионты, осуществляющие азотфиксацию в симбиозе с растениями. К ним относятся клубеньковые бактерии из рода ризобиум, которые живут в симбиозе с бобовыми. Они находятся в почве, но самостоятельно фиксировать атмосферный азот не способны, а осуществляют его только в симбиозе с растениями, так как для фиксации азота нужна энергия, поставляемая растением. Растения, высаженные в почву, заражаются этими растениями сразу, как только корешок прорастает в почву. Корневые волоски бобовых растений вещества лектины белковой природы. А бактерии - полисахариды. Под влиянием этих веществ между растениями и бактериями происходит тесное взаимодействие. Корневой волосок принимает форму ручки зонтика и выделяет фермент полигалактоуроназу, под влиянием которой разрушается клеточная стенка растительной клетки и бактерии проникают в нее. Бактерии в клетке активно размножаются. Превращаются в бактероиды. Образуется клубенек, а в нем – бактериальный комплекс с растением. Клубеньковые бактерии обеспечивают азотом себя и до 70% азотфиксированного азота отдают растению-хозяину.

Механизм азотфиксации достаточно сложен. Очень много энергии требуется для разрыва тройной связи в молекуле азота -991 кДж на моль. Связывание атмосферного азота осуществляется с помощью фермента нитрогенеазы, пировиноградной кислоты (источник протонов и электронов), энергия АТФ. Общее уравнение азотфиксации:

+2Н+ +2Н+ +2Н+

N = N ------- HN = NH ------- H2N – NH2 ------- 2NH3

Азот диимид гидразин аммиак

На фиксацию одной молекулы азота расходуется 12 молекул АТФ, источником которой является окислительное фосфорилирование. Такой механизм фиксации азота характерен для симбионтов и свободно живущих микробов. Образующийся аммиак служит затем основным компонентом для синтеза аминокислот.

Дата добавления: 2013-12-13