Nitrogenkredsløbet og nitrifikationsprocessen forklaret

Luften som vi indånder består af helt op imod 78% nitrogen (baseret på volumen)! Vi mennesker, dyr og planter for den sags skyld, har brug for det. Der er mange proteiner i vores krop, der består af nitrogen. Selv DNA består af nitrogen. Desuden er der mange processer i kroppen, som er afhængige af, at nitrogen er tilgængeligt. Alt fra normal vækst til transport af ilt rundt i kroppen, i og med at hemoglobin(der er et protein), der transporterer ilt fra lungerne ud til resten af kroppen, også består delvist af nitrogen! Nitrogen er altså super vigtigt for os.

Hverken dyr, mennesker eller planter kan få noget godt ud af atmosfærisk nitrogen ( [N_2] ). Vi har simpelthen ikke de korrekte forhold - det vil sige enzymer - til at konvertere nitrogen til noget brugbart.

Det er så her nitrogenkredsløbet kommer ind. Som sagt, befinder der sig en del  [N_2] i atmosfæren, som ikke er direkte brugbar. Det skal altså konverteres, før vi har nogen chance for at benytte det. Det er her værd at nævne, at nitrogenkredsløbet er afhængigt af bakterier. Disse bakterier kan ved en proces, der hedder kvælstoffiksering, konvertere atmosfærisk nitrogen til ammoniak( [NH_3] ) eller ammonium( [NH_4] ). Ammoniak reagerer først med ilt i atmosfæren for at blive til ammonium, og bliver derefter ved processen, der hedder nitrifikation, konverteret til nitrit og derefter nitrat, hvilket nu optages af planterne, som vi enten spiser direkte, eller lader dyr spise, hvorefter vi spiser dyrene. På denne måde har vi nu opnået nitrogen-optagelse i kroppen!

Processen er selvfølgelig ikke ovre endnu. Nitrogenet forlader vores krop på et tidspunkt. Dette kan for eksempel ske, når en organisme dør, eller når vi mennesker udskiller urea(urinstof), hvor bakterierne igen kommer på spil. Først vil mikroorganismerne nedbryde nitrogenholdigt stof ved ammonifikation. Efter ammonifkiation kan de ved en proces, der hedder nitrifikation, som du jo selv nævnte, konvertere ammoniak eller ammonium til nitrit. Denne nitrit kan igen, også ved nitrifikation, konverteres til nitrat. Til sidst har vi processen denitrifikation, hvor nitrat igen bliver til atmosfærisk nitrogen (eller lattergas), og hele kredsløbet starter forfra!

Hvis du har nogen spørgsmål, eller der er noget, jeg ikke har gjort klart, så spørg endelig! :-)

Nitrogenkredsløbet:
Nitrogenkredsløbet er vist i medsendte figur, så du også kan se hvor i kredsløbet de forskellige trin forekommer. Alle organismer behøver nitrogen for at syntetisere proteiner, nukleinsyrer og andre nitrogenholdige forbindelser. Molekylært nitrogen (N₂) udgør næsten 80% af Jordens atmosfære. For at planter kan assimilere (optage) og anvende nitrogen, skal det fikseres, det vil sige opsamles og anvendes i organiske forbindelser. Aktiviteterne af specifikke mikroorganismer, er vigtige for omdannelsen af nitrogen til anvendelige former

Ammonifikation:
Næsten alt nitrogen i jorden, findes i organiske molekyler, primært i proteiner. Når en organisme dør, medfører processen med mikrobielle nedbrydningsprodukter, den hydrolytiske nedbrydning af proteiner til aminosyrer. I en proces kaldet deaminering, fjernes aminogrupperne fra aminosyrerne og omdannes til ammoniak (NH₃). Denne frigivelse af ammoniak, kaldes ammonifikation. Ammonifikation som følge af en lang række bakterier og svampe, kan repræsenteres som følgende:

Proteiner fra døde celler og affaldsprodukter --> mikrobiel nedbrydning --> aminosyrer

aminosyrer --> mikrobiel nedbrydning --> ammoniak (NH₃)

Mikrobiel vækst, frigiver ekstracellulære proteolytiske enzymer, der nedbryder proteiner. Aminosyrerne transporteres ind i de mikrobielle celler, hvor ammonifikationen foregår. Hvad der sker med ammoniakken produceres ved ammonifikation, afhænger af jordbundsforholdene (se beskrivelsen af denitrifikation senere). Fordi ammoniak er en gas, forsvinder den hurtigt fra tør jord, men i fugtig jord kan det blive solubiliseret og ammonium-ioner (NH₄⁺) dannes:

NH₃ + H₂O --> NH₄⁺ + OH^-

Ammonium-ionerne fra denne sekvens af reaktioner, anvendes af bakterier og planter til aminosyresyntese.

Nitrifikation:
Den næste sekvens af reaktioner i nitrogenkredsløbet, involverer oxidation af nitrogen i ammonium-ionen for at danne nitrat, en proces der kaldes nitrifikation. I jorden lever autotrofe nitrificerende bakterier, som for eksempel af slægterne Nitrosomonas og Nitrobacter. Disse mikroorganismer, udvinder energi ved at oxidere ammoniak eller nitrit. I den første fase, oxiderer Nitrosomonas ammonium til nitrit:

NH₄⁺ --> Nitrosomonas bakterie --> NO₂^-

I anden fase, oxiderer sådanne organismer som Nitrobacter, nitrit til nitrat:

NO₂- --> Nitrobacter bakterie --> NO₃^-

Planter har tendens til at anvende nitrat som deres kilde til nitrogen for proteinsyntese, fordi nitrat er meget mobilt i jord og er mere sandsynligt at støde på for en planterod, en ammonium. Ammonium-ioner ville faktisk være en mere effektiv kilde til nitrogen, fordi de kræver mindre energi at indarbejde i protein, men disse positivt ladede ioner, er normalt bundet til ladede lerarter i jorden, mens de negative nitrat-ioner ikke er bundet.

Denitrifikation:
Tilstanden for nitrogen som følge af denitrifikation, er fuldt oxideret og indeholder ikke længere noget biologisk anvendeligt energi. Men det kan bruges som elektronacceptor af mikroorganismer, der metaboliserer andre organiske energikilder i fravær af atmosfærisk ilt. Denne proces, der kaldes denitrifikation, kan føre til frigivelse af nitrogen til atmosfæren, især som nitrogengas. Denitrifikation kan repræsenteres som følger:

NO₃- --> NO₂- --> N₂O --> N₂

Denitrifikation forekommer i vandmættede jorde, hvor meget lidt oxygen er tilgængeligt. I mangel af oxygen som elektronacceptor, substituerer denitrificerende bakterier nitrater fra landbrugsgødning. Dette omdanner meget af den værdifulde nitrat til gasformigt nitrogen, der dermed frigives til atmosfæres og repræsenterer et betydeligt økonomisk tab.

/Angel

Hold op hvor lækkert I hjalp! Tusind tak, så fedt :-D