Nitrobatteri

I nitrobatteri sono batteri nitrificanti che prendono parte al ciclo dell’azoto nel terreno e nelle acque, ossidando composti inorganici dell’azoto. Nell’ambito dei batteri ossidanti lo ione ​​nitrito i nitrobatteri sono ampiamente distribuiti e isolati dal suolo, dall’acqua e dalle acque reflue.

Contrariamente ad altri batteri nitrificanti che richiedono passaggi intermedi per l’ossidazione dei nitriti, i nitrobatteri ossidano direttamente il nitrito a nitrato quindi necessario che la fosforilazione e la riduzione di NAD⁺ siano accoppiate all’ossidazione del nitrito in nitrato.

I nitrobatteri, presenti in acqua dolce, acqua di mare e suolo, si differenziano batteri Nitrosomonas pur essendo entrambi batteri nitrificanti. Diversamente dai Nitrosomonas responsabili della trasformazione dello ione ammonio in nitrito i nitrobatteri sono in grado di convertire il nitrito in nitrato.

Reazioni dei nitrobatteri

Per la semireazione NAD⁺ + H⁺ + 2e⁻ → NADH il potenziale standard di riduzione è pari a – 0.320 V mentre per la semireazione NO₂^– + H₂O → NO₃^– + 2 H⁺ + 2 e^– il potenziale standard di ossidazione è pari a + 0.412 V.

I nitrobatteri si accrescono ossidando il nitrito a nitrato usando una nitrito ossidoreduttasi e trasferendo elettroni tramite un citocromo di tipo c all’ossidasi cyt aa₃ e riducendo l’ossigeno ad acqua secondo le semireazione O₂ + 4 H⁺ + 4 e^–→ 2 H₂O per la quale il potenziale standard di riduzione è pari a + 0.820 V.

A concentrazioni moderate di nitrito (fino a circa 20 m M ) e concentrazioni normali di ossigeno (20% nella fase gassosa), si può supporre che l’influenza dei due sulla velocità di ossidazione del nitrito tramite un sistema trasportatore-citocromo sia pressoché uguale.

Se così fosse, allora a valori di concentrazione di ossigeno inferiori è necessaria una concentrazione di nitrito inferiore per ottenere velocità di ossidazione ottimali. I nitrobatteri sembrano quindi che abbiano un meccanismo regolatore per la loro velocità di ossidazione, per far fronte ai vari livelli di ossigeno nell’ambiente.

Nitrificazione

La nitrificazione che consiste nell’ossidazione biologica dell’ammoniaca in nitrato tramite nitrito, è un processo che svolge un ruolo chiave nei campi agronomico, ambientale e biotecnologico. Infatti, è coinvolta nel miglioramento della produttività delle piante ma anche nell’eutrofizzazione e nell’inquinamento delle acque. Inoltre, la nitrificazione, combinata con la denitrificazione, è spesso ingegnerizzata nei trattamenti biotecnologici di rimozione dell’azoto dall’acqua.

Fino agli anni ’70, i nitrobatteri erano descritti come chemiolitotrofi obbligati, che ricavavano la loro energia dall’ossidazione del nitrito in nitrato e il carbonio dal biossido di carbonio presente nell’atmosfera. Più recentemente, è stato dimostrato che il carbonio organico è in grado di supportare la crescita della maggior parte dei ceppi di nitrobatteri attraverso un percorso mixotrofico o addirittura eterotrofico

Il percorso mixotrofico consiste nella capacità di sintesi, da parte di un organismo, di sintetizzare le proprie molecole organiche a partire da sostanze inorganiche, utilizzando sia energia non derivante da sostanze organiche assimilate, sia potendo utilizzare direttamente o indirettamente queste ultime.

Il percorso eterotrofico è la condizione nutrizionale di un organismo vivente che non è in grado di sintetizzare tutte le proprie molecole organiche autonomamente a partire da altre molecole inorganiche. L’efficienza dell’utilizzo del carbonio organico come substrato energetico varia fortemente tra i vari ceppi e i di nitrobatteri che presentano capacità elevate e basse di utilizzare il carbonio organico possono coesistere nel suolo

Fattori che influenzano l’attività dei nitrobatteri

L’efficienza con la quale i nitrobatteri convertono il nitrito in nitrato può essere influenzata da diversi fattori:

Temperatura. L’azione è migliorata entro un intervallo di temperatura specifico, in genere 25-35°C mentre Temperature estreme possono inibire la loro attività.

pH. I livelli di pH ottimali sono compresi tra 7.0 e 8.0. Condizioni acide o alcaline possono ridurre significativamente la loro efficienza.

Disponibilità di ossigeno. I nitrobatteri sono batteri aerobici, ovvero necessitano di ossigeno per sopravvivere e svolgere la loro funzione. Bassi livelli di ossigeno disciolto possono ostacolare la loro crescita e attività.

Disponibilità di nutrienti. Sebbene i nitrobatteri possano utilizzare il nitrito come fonte di energia, necessitano anche di altri nutrienti come fosforo e carbonio per crescere.

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