Στερέωση Αζώτου Μεταβολισμός Αζώτου

Υπάρχουν διάφορα στοιχεία που υπάρχουν στον πλανήτη μας, όπως το οξυγόνο, ο άνθρακας, το υδρογόνο και άλλα στοιχεία, τα οποία είναι απαραίτητα για την επιβίωση πολλών ζωντανών οργανισμών. Ένα από αυτά τα στοιχεία είναι το άζωτο. Αυτά μπορούν να βρεθούν σε μια ποικιλία θρεπτικών συστατικών όπως βιταμίνες, πρωτεΐνες, αμινοξέα και ορμόνες. Ως αποτέλεσμα, είναι απαραίτητο να διερευνηθούν αυτοί οι παράγοντες και οι επιπτώσεις τους επίσης. Σύμφωνα με τη NASA, η συνολική σύνθεση του αέρα στην ατμόσφαιρα της γης αποτελείται κυρίως από αέριο άζωτο, με το 21% του αέρα να είναι οξυγόνο, το 0,93% του αέρα είναι αργό, το 0,04% του αέρα είναι διοξείδιο του άνθρακα και ελάχιστες ποσότητες άλλων αερίων. Πολλά βιολογικά συστατικά επίσης αποτελούνται κυρίως από άζωτο. Ωστόσο, ακόμη και με όλα αυτά, η συγκέντρωση μιας χρησιμοποιήσιμης μορφής αζώτου είναι αρκετά χαμηλή. Το αέριο άζωτο είναι απαραίτητο, αλλά είναι επίσης ένα περιοριστικό συστατικό. Το άζωτο απαιτείται από όλα τα είδη, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, των φυτών και άλλων ζώων, προκειμένου να εκτελούν τις καθημερινές βιολογικές τους λειτουργίες.

Το αέριο άζωτο είναι σε μεγάλη ζήτηση λόγω πολλών παραγόντων. Η ποσότητα του χρησιμοποιήσιμου αερίου αζώτου που είναι διαθέσιμη για τα ζωντανά όντα είναι σημαντικά μικρότερη παρά την τεράστια συγκέντρωση αερίου αζώτου. Ως αποτέλεσμα, η εκμάθηση του ορισμού της δέσμευσης αζώτου είναι ζωτικής σημασίας προκειμένου να κατανοήσουμε τα διάφορα μέρη της διαδικασίας.

Διαφορετικοί τρόποι δέσμευσης αζώτου

Τα φυτά είναι η κύρια πηγή διατροφής. Τα φυτά συνθέτουν τα θρεπτικά συστατικά που αποκτούν από το έδαφος και την ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας μια ποικιλία στοιχείων που λαμβάνουν τόσο από την ατμόσφαιρα όσο και από το έδαφος. Το στοιχείο άζωτο περιλαμβάνεται σε αυτή την ομάδα στοιχείων. Τα φυτά προσλαμβάνουν άζωτο από το έδαφος και το χρησιμοποιούν στη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης, η οποία είναι απαραίτητη για την επιβίωση. Το διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο μπορούν να ληφθούν από την ατμόσφαιρα μέσω των πόρων των φύλλων, αλλά το ατμοσφαιρικό άζωτο δεν μπορεί. Ο λόγος για αυτό είναι ότι τα φυτά δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν το αέριο άζωτο που υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Η δέσμευση του αζώτου υποβοηθάται από την παρουσία συγκεκριμένων μικροβίων και την εμφάνιση φυσικών φαινομένων.

Βιολογική δέσμευση αζώτου

Η μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου σε αμμωνία είναι δυνατή λόγω της παρουσίας ορισμένων βακτηρίων ή προκαρυωτών. Η βιολογική δέσμευση αζώτου είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτή τη διαδικασία. Η νιτρογενάση είναι ένα πεπτικό ένζυμο που μετατρέπει το διάζωτο σε αμμωνία. Τα βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο μπορούν να υπάρχουν ως ελεύθερα ζωντανοί οργανισμοί ή ως μέρος μιας συμβιωτικής σχέσης. Το Azotobacter, το Beijernickia, το Rhodospirillum, τα κυανοβακτήρια και άλλα βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο είναι παραδείγματα ελεύθερων υλικών σταθεροποίησης αζώτου. Το ριζόβιο (που βρίσκεται στους όζους της ρίζας των οσπρίων) και το Frankia (που βρίσκεται στους όζους της ρίζας των μη οσπρίων), μεταξύ άλλων οργανισμών, είναι παραδείγματα συμβιωτικών αζωτομονάδων.

Συμβιωτική Στερέωση Αζώτου

Υπάρχουν βακτήρια Rhizobium, ένας τύπος βακτηρίων που βοηθά στη σταθεροποίηση του αζώτου. Είναι βακτήρια που αναπτύσσονται στις ρίζες των ψυχανθών φυτών (όπως τα φυτά μπιζελιού και φασολιών) και, μέσω της χρήσης συγκεκριμένων τύπων ενζύμων, συμβάλλουν στη δέσμευση του αζώτου στο έδαφος. Κατά τη διάρκεια αυτής της βιολογικής διαδικασίας, μετατρέπουν τη μη απορροφήσιμη μορφή αζώτου σε μια χρησιμοποιήσιμη μορφή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον οργανισμό. Αυτή η μορφή αζώτου διαλύεται στο έδαφος και το μετασχηματισμένο άζωτο απορροφάται από τα φυτά μέσω των ριζών των φυτών. Η αμειψισπορά, στην οποία τα ψυχανθή φυτά βοηθούν στην αντικατάσταση των επιπέδων αζώτου στο έδαφος χωρίς την ανάγκη λιπασμάτων, είναι ο λόγος για τον οποίο οι αγρότες εφαρμόζουν την αμειψισπορά.

Στερέωση αζώτου με κεραυνό

Ο κεραυνός είναι μια ακόμη δραστηριότητα που συμβάλλει στη δέσμευση του αζώτου. Σε αυτό το φυσικό φαινόμενο, η ενέργεια του κεραυνού διασπάται και μετατρέπει τη μη απορροφήσιμη μορφή του αζώτου σε μια χρησιμοποιήσιμη μορφή. Παρά το γεγονός ότι ο κεραυνός έχει μικρό ρόλο στη δέσμευση του αζώτου, είναι ωστόσο σημαντικός, επειδή εμποδίζει τα φυτά να στερηθούν ζωτικής σημασίας θρεπτικά συστατικά.

Οξείδια του αζώτου, όπως NO, N2O και NO2, απελευθερώνονται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα βιομηχανικών δραστηριοτήτων, καυσαερίων αυτοκινήτων, σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και δασικών πυρκαγιών, μεταξύ άλλων πηγών.

Μεταβολισμός αζώτου

Ο μεταβολισμός είναι μια συλλογή χημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται προκειμένου να μετατραπούν οι χημικές ουσίες σε μορφές ενέργειας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Προκειμένου να ανακυκλωθεί η αμμωνία (NH3) στην ουδέτερη ή φορτισμένη μορφή ιόντων αμμωνίου (NH4+), ο μεταβολισμός του αζώτου πρέπει να διεξάγεται σε κλειστό σύστημα. Ο κύκλος του αζώτου είναι το πιο σημαντικό συστατικό του μεταβολισμού του αζώτου.

Κύκλος αζώτου

Ο κύκλος του αζώτου είναι το πιο σημαντικό συστατικό του μεταβολισμού του αζώτου. Για να σχηματιστεί ένα μόριο αζώτου, δύο άτομα αζώτου πρέπει να ενωθούν μεταξύ τους με έναν πολύ ισχυρό τριπλό ομοιοπολικό δεσμό (N N). Υπάρχουν τρεις κύριες πηγές αζώτου στο περιβάλλον:η ατμόσφαιρα, το έδαφος και η βιομάζα. Είναι δυνατός ο κύκλος του αζώτου μεταξύ αυτών των δύο δεξαμενών με τους ακόλουθους τρόπους.

Ατμοσφαιρική πισίνα

«Στερέωση αζώτου είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη διαδικασία μετατροπής του ατμοσφαιρικού αζώτου (N2) σε αμμωνία (NH3). Η δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου γίνεται με τρεις τρόπους:βιολογικά, βιομηχανικά και ηλεκτρικά.

• Είναι δυνατό να επιτευχθεί "βιολογική δέσμευση αζώτου" χρησιμοποιώντας ζωντανούς οργανισμούς που μετατρέπουν το άζωτο σε αμμωνία.

• Ο όρος "βιομηχανική δέσμευση αζώτου" αναφέρεται στη χρήση αζώτου από πηγές όπως η βιομηχανική καύση, οι εκπομπές αυτοκινήτων, οι δασικές πυρκαγιές και οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας.

• Όταν φυσικοί παράγοντες όπως ο κεραυνός και η υπεριώδης ακτινοβολία παρέχουν αρκετή ενέργεια για τη μετατροπή του αζώτου σε οξείδια του αζώτου, αυτό αναφέρεται ως "ηλεκτρική δέσμευση αζώτου".

Πισίνα εδάφους

Οι μέθοδοι που περιγράφονται παραπάνω στερεώνουν το άζωτο από την ατμόσφαιρα στο έδαφος. Ως αποτέλεσμα, το άζωτο προσλαμβάνεται από τα φυτά και τα ζώα και ο κύκλος συνεχίζεται.

Πισίνα βιομάζας

Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως «Αμμωνοποίηση» και είναι υπεύθυνη για την επιστροφή αζώτου στο έδαφος. Μέρος αυτής της αμμωνίας εξατμίζεται και εισέρχεται ξανά στην ατμόσφαιρα, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της μετατρέπεται σε νιτρικό άλας από βακτήρια του εδάφους, το οποίο συμβαίνει με τους ακόλουθους τρόπους:

i) Αρχικά, τα βακτήρια Nitrosomonas και/ή Nitrococcus οξειδώνουν την αμμωνία σε νιτρώδη, τα οποία στη συνέχεια οξειδώνονται περαιτέρω σε νιτρικά.

2NH3 + 3O2 → 2NO2– + 2H+ + 2H2O

(ii) Στη συνέχεια, το Nitrobacter συνεχίζει να οξειδώνει περαιτέρω τα νιτρώδη, με αποτέλεσμα τα νιτρικά.

2NO2– + O2 → 2NO3–

Αυτές οι αντιδράσεις αναφέρονται ως «Νιτροποίηση» και τα βακτήρια που τις προκαλούν αναφέρονται ως «Χημειοαυτοτροφικά». Τα φυτά απορροφούν τα νιτρικά που παράγονται με αυτόν τον τρόπο και τα μεταφέρουν στα φύλλα, όπου μετατρέπεται σε αμμωνία με φωτοσύνθεση. Αυτή η αμμωνία είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό της ομάδας αμίνης των αμινοξέων. Η Pseudomonas και ο Thiobacillus είναι υπεύθυνοι για τη μείωση των νιτρικών αλάτων στο έδαφος σε άζωτο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας που είναι γνωστή ως "Απονιτροποίηση". 

Συμπέρασμα

Στη βιολογία, η δέσμευση αζώτου είναι η διαδικασία μετατροπής του ελεύθερου αερίου αζώτου από την ατμόσφαιρα σε μόρια που περιέχουν άζωτο στο έδαφος. Αυτά τα οξείδια διαλύονται στο νερό της βροχής, δημιουργώντας αραιό νιτρικό οξύ ως αποτέλεσμα της αντίδρασης. Αυτό το νιτρικό οξύ συνδυάζεται με τα αλκάλια του εδάφους (όπως ο ασβεστόλιθος) και σχηματίζει νιτρικά άλατα ως αποτέλεσμα της αντίδρασης. Ο μεταβολισμός είναι μια συλλογή χημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται προκειμένου να μετατραπούν οι χημικές ουσίες σε μορφές ενέργειας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν.

Ο μεταβολισμός του αζώτου δεν είναι μόνο μια από τις πιο θεμελιώδεις διαδικασίες στη φυσιολογία των φυτών, αλλά είναι επίσης ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά του παγκόσμιου χημικού κύκλου.