Ciclo del nitrógeno
Ciclo
del nitrógeno.
El ciclo
del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos yabióticos en que se basa el suministro de
este elemento de losseres vivos. Es uno
de los ciclos biogeoquímicos importantes
en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la biosferaterrestre.
Efectos.
Los seres vivos
cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química. El
nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3–) es
transformado a grupos aminoácidos (asimilación). Para volver a
contar con nitrato hacen falta que losdescomponedores 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 nitrógenoatmosférico habría
terminado, tras su conversión, disuelto en el mar. Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero loscontinentes 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 del nitrógeno de la atmósfera (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 usarse por la mayoría de los seres 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 fotosintetizadorRhodospirillum,
una bacteria purpúrea.
·
Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera generalmente endosimbiótica 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.
La amonificación es
la conversión a ion amonio del nitrógeno, que en la materia viva aparece
principalmente como gruposamino (-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.
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