Obieg azotu

Zadanie maturalne

Zdjęcie użytkownika Biochemnalek Matura z biologii i chemii.

 

prawidłowe odpowiedzi to:

A.Nitryfikacja
B.Amonifikacja
C.Denitryfikacja
D.wiązanie wolnego azotu

 

Nitryfikacja

proces utleniania amoniaku i soli amonowych do azotynów i azotanów prowadzony przez bakterie nitryfikacyjne.

Azotany powstałe w tym procesie mogą zostać przyswojone przez rośliny lub ulegać akumulacji, czego efektem może być powstanie złóż saletry. Proces ten zachodzi w warunkach tlenowych i jest dwufazowy. W fazie pierwszej bakterie z rodzaju np. Nitrosomonas i Nitrosospira utleniają jony amonowe do azotynów:

2 NH+4 + 3 O2 → 2 NO−2 + 4 H+ + 2 H2O | ΔG°’ = −274 kJ/mol

Reakcja ta przebiega dwuetapowo, z pośrednim wytworzeniem hydroksyloaminy[1]. Jony azotynowe następnie są utleniane przez bakterie z rodzaju np. Nitrobacter do azotanów:

2 NO−2 + O2 → 2 NO−3 | ΔG°’ = −76 kJ/mol

Warunki nitryfikacji autotroficznej:

  • pH od 5,5 do 9 (optymalnie 7,5)
  • zawartość tlenu rozpuszczonego minimum 2 mg O2/dm3 oraz teoretycznie 4 mg O2/mg NH+4
  • obecność mikroelementów Ca, Fe, Cu, Mg, P
  • gazowy amoniak o stężeniu poniżej 1 mg/dm3 (jest toksyczny dla nitryfikatorów)
  • brak innych toksycznych związków (fenoli, antybiotyków itp.)
  • obecność dwutlenku węgla lub węglanów jako źródła węgla dla autotrofów
  • neutralizacja (np. przez dodatek kredy) powstającego kwasu azotawego, który hamuje obie fazy nitryfikacji

Nitryfikacja nie jest procesem odwrotnym do denitryfikacji.

Znalezione obrazy dla zapytania nitryfikacja

 

Amonifikacja

proces przemiany azotu zawartego w związkach organicznych (głównie w białkach, kwasach nukleinowych, moczniku i kwasie moczowym), pochodzącego ze szczątków roślinnych i zwierzęcych, do amoniaku, zachodzący przy udziale mikroorganizmów (zwłaszcza bakterii amonifikacyjnych).

Jest jednym z ogniw cyklu azotowego (obiegu azotu w przyrodzie), dzięki niemu organiczny azot staje się przyswajalny dla roślin. Fakt ten wykorzystywany jest w rolnictwie (stosowanie nawozów organicznych).

Amonifikacja zachodzi zarówno w warunkach tlenowych jak i beztlenowych – nie wymaga udziału tlenu.

 

Denitryfikacja

Redukcja azotanów do azotynów to denitryfikacja częściowa a denitryfikacja do azotu atmosferycznego to denitryfikacja całkowita. Proces ten jest przeprowadzany przez różne bakterie (określane jako bakterie denitryfikacyjne), jako jedna z postaci oddychania beztlenowego, np. heterotroficzną bakterię (Pseudomonas fluorescens). Zarówno denitryfikacja jak i nitryfikacja są częściami obiegu azotu w przyrodzie. Istnieją organizmy zdolne jednocześnie do denitryfikacji całkowitej, jak i procesu (częściowo) odwrotnego, tj. wiązania azotu cząsteczkowego i przekształcania go do postaci użytecznych biologicznie (diazotrofia), np. niektóre bakterie z rodzaju Azospirillum[1].

W rolnictwie zabiegi agrotechniczne zwiększające przewietrzanie gleby sprzyjają zatrzymywaniu azotu w postaci przyswajalnej dla roślin, co oznacza że wzbogacenie gleby w tlen hamuje proces denitryfikacji, a roślina może przetrwać nawet przy małej ilości bakterii symbiotycznych, które będą dla niej syntetyzować przyswajalne związki azotu. Rolę bakterii przejmie bowiem dostarczony do gleby tlen.

Proces denitryfikacji nie jest procesem odwrotnym do procesu nitryfikacji (w którym substratem jest amoniak i jego pochodne).

Znaczenie denitryfikacji:

  • zmniejszenie ilości przyswajalnego azotu,
  • usuwa nadmiar NO2 i NO3 ze środowiska,
  • zamyka obieg azotu.

 

Wiązanie wolnego azotu

Azot cząsteczkowy jest stosunkowo słabo reaktywną jego postacią i jako gaz stanowi większość ziemskiej atmosfery. Nawet w wodzie większość azotu to rozpuszczony azot cząsteczkowy. Z drugiej strony, ma istotne znaczenie biologiczne, gdyż jako makroelement wchodzi w skład aminokwasów i nukleozydów oraz ich pochodnych, takich jak polipeptydy, białka, kwasy nukleinowe, ATP, NAD+ i in., a także chityny i innych związków (oraz metabolitów tych związków). Wiązanie azotu jest niezbędnym etapem biogeochemicznego cyklu azotu, dzięki któremu może on przejść z atmosfery do hydrosfery i litosfery, a przede wszystkim biosfery.

Zdecydowana większość azotu wiązana jest jednak przez bakterie azotowe. Zdolność włączania azotu pochodzenia cząsteczkowego do własnego metabolizmu to diazotrofia. Diazotroficzne organizmy (wydatkując energię) wiążą azot do amoniaku w reakcji:

8H+ + N2 + 8e- + 16 MgATP → 2NH3 + H2 + 16MgADP + 16Pi

Amonowa postać azotu jest łatwo przyswajalna przez autotrofy. Bakterie azotowe (w tym sinice) często ponadto żyją w symbiozie z roślinami lub grzybami (jako porosty), dzięki czemu związany przez nie azot szybko trafia do biosfery. Żyjące w symbiozie z bakteriami brodawkowymi rośliny motylkowe produkują duże ilości białka i są stosowane jako nawozy zielone. Podobnie do użyźniania pól ryżowych wykorzystywane są wodne paprocie Azolla współżyjące z sinicą z rodzaju anabena (Anabaena azollae).

 

/źródło: Wikipedia/

 

Znalezione obrazy dla zapytania obieg azotu

Print Friendly

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *