Azot çevrimi özellikleri, rezervuarlar, aşamaları, önemi

azot döngüsü atmosfer ve biyosfer arasındaki azotun hareket sürecidir. En alakalı biyojeokimyasal döngülerden biridir. Azot (N), tüm organizmalar tarafından büyümesi için gerekli olduğundan, büyük önem taşıyan bir unsurdur. Nükleik asitlerin (DNA ve RNA) ve proteinlerin kimyasal bileşiminin bir parçasıdır.

Gezegendeki en büyük azot miktarı atmosferde. Atmosferik azot (N₂) çoğu canlı tarafından doğrudan kullanılamaz. Diğer organizmalar tarafından kullanılabilecek şekilde onu düzeltip toprağa veya suya ekleyebilen bakteriler vardır..

Daha sonra, azot ototrofik organizmalar tarafından asimile edilir. Çoğu heterotrofik organizma besleyerek onu elde eder. Sonra fazlalıkları idrar (memeliler) veya dışkı (kuşlar) şeklinde serbest bırakırlar..

İşlemin bir başka aşamasında, amonyağın nitrit ve toprağa karışan nitratlara dönüşümüne katılan bakteri vardır. Ve döngünün sonunda, bir başka mikroorganizma grubu, solunumda azot bileşiklerinde mevcut olan oksijeni kullanır. Bu süreçte azotu atmosfere geri verirler..

Günümüzde tarımda kullanılan en büyük azot miktarı insanlar tarafından üretilmektedir. Bu, bu elementin topraklarda ve su kaynaklarında aşınmasına neden olarak bu biyojeokimyasal döngüde dengesizliğe neden oldu.

indeks

• 1 Genel özellikler
  • 1.1 Menşei
  • 1.2 Kimyasal formlar 
  • 1.3 Tarihçesi
  • 1.4 Organizmalar için gerekenler
• 2 Bileşen
  • 2.1 -Reservorios
  • 2.2-Katılan mikroorganizmalar
• 3 Aşama
  • 3.1 Fiksasyon
  • 3.2 Asimilasyon
  • 3.3 Amonizasyon
  • 3.4 Nitrifikasyon
  • 3.5 Denitrifikasyon
• 4 Önemi
• 5 Azot döngüsünün değişiklikleri
• 6 Kaynakça

Genel özellikler

kaynak

Azotun nükleosentezden kaynaklandığı (yeni atom çekirdeği oluşumu) olduğu düşünülmektedir. Büyük helyum kütleli yıldızlar, nitrojenin oluşması için gereken basınç ve sıcaklığa ulaşır.

Dünya geldiğinde azot katı halindeydi. Sonra, volkanik aktivite ile bu element gaz halini aldı ve gezegenin atmosferine dahil edildi..

Azot N biçimindeydi₂. Muhtemelen canlılar tarafından kullanılan kimyasal formlar (amonyak NH₃Deniz ve volkanlar arasında azot çevrimleri ortaya çıktı. Bu şekilde, NH₃ atmosfere dahil edilmiş olacaktı ve diğer elementlerle birlikte organik moleküllere yol açtı.

Kimyasal formlar

Azot, bu elementin farklı oksidasyon durumlarına (elektron kaybı) atıfta bulunulan çeşitli kimyasal formlarda ortaya çıkar. Bu farklı formlar hem özelliklerine hem de davranışlarına göre değişir. Azot gazı (N₂) paslı değil.

Oksitlenmiş formlar organik ve inorganik olarak sınıflandırılır. Organik formlar esas olarak amino asitlerde ve proteinlerde bulunur. İnorganik durumlar amonyaktır (NH₃), amonyum iyonu (NH₄), nitritler (NO₂) ve nitratlar (NO₃), diğerleri arasında.

tarih

Azot, 1770 yılında üç bilim insanı tarafından bağımsız olarak keşfedildi (Scheele, Rutherford ve Lavosier). 1790'da Fransız Chaptal azot gazı olarak adlandırdı..

On dokuzuncu yüzyılın ikinci yarısında, canlı organizmaların dokularının ve bitkilerin büyümesinin temel bir bileşeni olduğu bulundu. Benzer şekilde, organik ve inorganik formlar arasında sabit bir akımın varlığı kanıtlanmıştır..

Başlangıçta azot kaynaklarının yıldırım ve atmosferik birikim olduğu düşünülmüştür. 1838'de Boussingault, bu elementin biyolojik fiksasyonunu baklagillerde belirlemiştir. Daha sonra, 1888'de baklagillerin kökleriyle ilişkili mikroorganizmaların N'nin sabitlenmesinden sorumlu olduğu keşfedildi.₂.

Bir diğer önemli keşif, amonyağı nitritlere oksitleyebilen bakterilerin varlığıydı. Nitritleri nitratlara dönüştüren diğer grupların yanı sıra.

1885 gibi erken bir tarihte Gayon başka bir mikroorganizma grubunun nitratları N'ye dönüştürme kabiliyetine sahip olduğunu belirledi.₂. Bu şekilde, gezegendeki azot döngüsünün anlaşılabileceği şekilde.

Organizmaların gereksinimi

Tüm canlılar, yaşamsal süreçleri için azot ister, ancak hepsi aynı şekilde kullanmaz. Bazı bakteriler doğrudan atmosferik azot kullanabilirler. Diğerleri oksijen kaynağı olarak azotlu bileşikleri kullanır.

Ototrofik organizmalar nitrat formunda bir tedarik gerektirir. Kendileri için, birçok heterotrof, onu yalnızca, yiyeceklerinden elde ettikleri amino grupları formunda kullanabilir..

bileşenler

-rezervuarlar

En büyük doğal azot kaynağı, bu elementin% 78'inin gaz halinde bulunduğu atmosferdir (N₂), bazı azot oksit ve azot monoksit izleriyle.

Tortul kayaçlar çok yavaş salınan yaklaşık% 21 oranında bulunur. Kalan% 1 organik maddede ve okyanuslarda organik azot, nitrat ve amonyak şeklinde bulunur..

-Katılan mikroorganizmalar

Azot döngüsüne katılan üç tür mikroorganizma vardır. Bunlar fiksatörler, nitritleyiciler ve denitrifikerlerdir..

N-sabitleyici bakteri₂

Fiksasyon işleminde rol alan azotlu bir enzim kompleksi kodlarlar. Bu mikroorganizmaların çoğu bitkilerin rizosferini kolonize eder ve dokuları içinde gelişir.

En yaygın bakteri tespit türü Rhizobium, baklagillerin kökleri ile ilişkilidir. Gibi diğer türler var Frankia, nostoc ve Pasasponia diğer bitki gruplarının kökleriyle simbiyoz yapan.

Serbest formdaki siyanobakteriler, sucul ortamlardaki atmosferik azotu giderebilir

Nitrifikasyon bakterileri

Nitrifikasyon işleminde rol oynayan üç tür mikroorganizma vardır. Bu bakteriler toprakta bulunan amonyağı veya amonyum iyonunu oksitleyebilmektedir. Kemolithotrofik organizmalardır (inorganik materyalleri enerji kaynağı olarak oksitleyebilen).

Farklı cins bakterileri prosese sırayla müdahale eder. Nitrosoma ve Nitrosist NH3 ve NH4'ü nitritlere okside eder. sonra Nitrobacter ve Nitrosococcus bu bileşiği nitratlara oksitleyin.

2015 yılında bu sürece dahil olan başka bir bakteri grubu keşfedilmiştir. Amonyağı doğrudan nitratlara okside edebilme yeteneğine sahiptirler ve cins içinde bulunurlar. Nitrospira. Bazı mantarlar da amonyağı nitrifiye edebilir.

Bakterileri denitrifiye

50'den fazla farklı bakteri türünün nitratları N'ye düşürdüğü belirtilmiştir.₂. Bu, anaerobik koşullar altında gerçekleşir (oksijen yokluğu).

En yaygın denitrifiye edici cinsler Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Rhizobium, Thiobacillus ve Thiosphaera. Bu grupların çoğunluğu heterotrofiktir.

2006'da bir bakteri keşfedildi (Methylomirabilis oxyferaaerobik olan). Metanotrofiktir (karbon ve metan enerjisi alır) ve denitrifikasyon işleminden oksijen alabilir..

aşamaları

Azot döngüsü gezegen boyunca mobilizasyonunda çeşitli aşamalardan geçer. Bu aşamalar:

sabitleme

Atmosferik azotun reaktif olarak kabul edilen formlara (canlılar tarafından kullanılabilecek) dönüşümüdür. N molekülünü içeren üç bağın kopması₂ Büyük miktarda enerji gerektirir ve iki yolla oluşabilir: abiyotik veya biyotik.

Abiyotik fiksasyonu

Nitratlar, atmosferdeki yüksek enerji tespiti ile elde edilir. Yıldırım ve kozmik radyasyonun elektrik enerjisinden geliyor.

N₂ NO (azot dioksit) ve NO gibi oksitlenmiş nitrojen formlarını oluşturmak için oksijenle birleştirilir₂ (azot oksit). Daha sonra, bu bileşikler nitrik asit (HNO olarak) yağmurla yeryüzüne getirilir₃).

Yüksek enerjili fiksasyon azot döngüsünde mevcut nitratların yaklaşık% 10'unu içerir.

Biyotik fiksasyon

Toprak mikroorganizmaları tarafından gerçekleştirilir. Genellikle bu bakteriler bitki kökleriyle ilişkilendirilir. Yıllık azot biyotik fiksasyonunun yılda yaklaşık 200 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir..

Atmosferik azot, amonyuma dönüşür. Reaksiyonun birinci aşamasında, N₂ NH'ye düşürülür₃ (Amonyak). Bu şekilde amino asitlere dahil edilir.

Bu işlemde, çeşitli oksit indirgeme merkezlerine sahip bir enzimatik kompleks söz konusudur. Bu nitrojenaz kompleksi bir redüktaz (elektronlar sağlar) ve bir nitrojenazdan oluşur. İkincisi, N'yi azaltmak için elektronları kullanır.₂ NH'ye₃. Bu süreçte büyük miktarda ATP tüketilir..

Nitrojenaz kompleksi, yüksek O konsantrasyonları varlığında geri dönüşümsüz olarak inhibe edilir.₂. Radikal nodüllerde O içeriğini çok düşük tutan bir protein (legemoglobin) bulunmaktadır.₂. Bu protein, kökler ve bakteriler arasındaki etkileşimle üretilir..

asimilasyon

N fiksaj eden bakterilerle simbiyotik ilişkisi olmayan bitkiler₂, azotu topraktan alırlar. Bu elementin emilimi köklerden nitratlar şeklinde yapılır.

Nitratlar bitkiye girdikten sonra, kök hücreler tarafından bir kısım kullanılır. Başka bir kısım, ksilem tarafından tüm bitkiye dağıtılır..

Kullanılacağı zaman, nitrat sitoplazmada nitrite indirgenir. Bu işlem, nitrat redüktaz enzimi tarafından katalize edilir. Nitritler kloroplastlara ve diğer plastidlere taşınır, burada amonyum iyonuna (NH) indirgenir₄).

Büyük miktarlardaki amonyum iyonu bitki için toksiktir. Böylece amino asitleri ve diğer molekülleri oluşturmak için hızla karbonat iskeletlerine dahil edilir..

Tüketicilerde azot, doğrudan bitkilerden veya diğer hayvanlardan beslenerek elde edilir..

amonificación

Bu işlemde, toprakta bulunan azot bileşikleri daha basit kimyasal formlara indirgenir. Azot ölü organik maddelerde bulunur ve üre (memelilerden idrar) veya ürik asit (kuşlardan elde edilenler) gibi atıklar.

Bu maddelerde bulunan azot, karmaşık organik bileşikler formundadır. Mikroorganizmalar, bu maddelerde bulunan amino asitleri proteinlerini üretmek için kullanırlar. Bu süreçte amonyak veya amonyum iyonu halinde fazla azot salgılarlar..

Bu bileşikler toprakta diğer mikroorganizmaların döngünün ilerleyen aşamalarında etki etmeleri için mevcuttur..

azotlanma

Bu aşamada toprak bakterileri, amonyak ve amonyum iyonunu okside eder. Bu süreçte, bakteriler tarafından metabolizmalarında kullanılan enerji serbest bırakılır..

İlk bölümde, cinsin nitrozifleştirici bakterileri Nitrosomas amonyak ve amonyum iyonunu nitrit halinde okside eder. Bu mikroorganizmaların zarında amonyak mooksigenasa enzimi vardır. Bu NH'yi okside eder₃ hidroksilamin'e, bu daha sonra bakteri periplazmasında nitrite oksitlenir.

Daha sonra, nitratlayıcı bakteriler nitritleri nitrit oksidoredüktaz enzimi kullanarak nitratlara oksitlemektedir. Toprakta bitkiler tarafından absorbe edilebilecek nitratlar bulunur..

denitrifikasyon

Bu aşamada, okside edilmiş azot formları (nitritler ve nitratlar) tekrar N'ye dönüştürülür.₂ ve daha az miktarda azot oksit.

İşlem, solunum sırasında elektron alıcı olarak nitrojen bileşikleri kullanan anaerobik bakteriler tarafından gerçekleştirilir. Denitrifikasyon oranı, mevcut nitrat ve toprak doygunluğu ve sıcaklık gibi çeşitli faktörlere bağlıdır.

Toprak suya doygun olduğunda, O₂ hazır değil ve bakteri NO kullanıyor₃ elektron alıcısı olarak. Sıcaklıklar çok düşük olduğunda, mikroorganizmalar işlemi gerçekleştiremez.

Bu faz azotun bir ekosistemden uzaklaştırılmasının tek yoludur. Bu şekilde, N₂ bu atmosfere geri dönüşler sabit ve bu elementin dengesi korunur.

önem

Bu döngünün biyolojik olarak büyük bir önemi var. Daha önce açıkladığımız gibi, azot canlı organizmaların önemli bir parçasıdır. Bu işlem sayesinde biyolojik olarak kullanılabilir hale gelir..

Ekinlerin gelişmesinde, azotun mevcudiyeti verimlilik üzerindeki ana kısıtlamalardan biridir. Tarımın başlangıcından bu yana, toprak bu element ile zenginleştirilmiştir.

Zemin kalitesini artırmak için baklagillerin yetiştirilmesi yaygın bir uygulamadır. Aynı şekilde, sular altında toprağa pirinç ekimi azot kullanımı için gerekli çevresel koşulları teşvik eder.

19. yüzyıl boyunca, guano (kuş dışkısı) bitkilerde dış azot kaynağı olarak yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Ancak, bu yüzyılın sonuna kadar gıda üretimini arttırmak yetersiz kalıyordu..

Alman kimyacı Fritz Haber, 19. yüzyılın sonunda, daha sonra Carlo Bosch tarafından pazarlanan bir süreç geliştirdi. Bu N reaksiyonu vermeyi içerir₂ ve amonyak oluşturmak için gaz halinde hidrojen. Haber-Bosch işlemi olarak bilinir.

Bu yapay amonyak formu canlılar tarafından kullanılabilen temel azot kaynaklarından biridir. Dünya nüfusunun% 40'ının gıdaları için bu gübrelere bağlı olduğu düşünülmektedir..

Azot döngüsünün değişiklikleri

Mevcut antropojenik amonyak üretimi yılda yaklaşık 85 tondur. Bu azot döngüsünde olumsuz sonuçlar doğurur.

Yüksek kimyasal gübre kullanımı nedeniyle, toprak ve akiferlerin kirlenmesi vardır. Bu kirlenmenin% 50'sinden fazlasının Haber-Bosch sentezinin bir sonucu olduğu düşünülmektedir..

Azotun aşırılıkları, su kütlelerinin ötrofikasyonuna (besinlerle zenginleşme) yol açar. Antropojenik ötrifikasyon çok hızlıdır ve esas olarak alglerin büyümesini hızlandırır..

Bunlar büyük miktarda oksijen tüketir ve toksinler biriktirebilir. Oksijen eksikliğinden dolayı ekosistemde bulunan diğer organizmalar ölüyor.

Ek olarak, fosil yakıtların kullanılması atmosfere büyük miktarlarda azot oksit salgılar. Bu, ozonla reaksiyona girer ve asit yağmuru bileşenlerinden biri olan nitrik asit oluşturur..

referanslar

1. Cerón L ve A Aristizábal (2012) Topraklarda azot ve fosfor döngüsünün dinamiği. Rev. Colomb. Biyoteknol. 14: 285-295.
2. Estupiñan R ve B Quesada (2010) tarımsal endüstride Haber-Bosch süreci: tehlikeler ve alternatifler. Tarımsal Sistem: metalaşma, mücadele ve direniş. ILSA Editörlüğü. Bogota, Kolombiya 75-95
3. Galloway JN (2003) Küresel azot döngüsü. In: Schelesinger W (ed.) Jeokimya Üzerine İnceleme. Elsevier, ABD. p 557-583.
4. Galloway JN (2005) Küresel azot döngüsü: geçmiş, şimdi ve gelecek. Çin'de Bilim Ser C Yaşam Bilimleri 48: 669-677.
5. Pajares S (2016) İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan azot kaskadı. Oikos 16: 14-17.
6. Stein L ve M Klotz (2016) Azot döngüsü. Güncel Biyoloji 26: 83-101.