Ciclo dell’azoto

L’azoto è un elemento fondamentale per la crescita e per la riproduzione di piante e animali ed è un costituente di biomolecole come proteine, DNA e clorofilla.

Sebbene l’azoto sia presente nell’aria sotto forma di N2 non può essere assorbito direttamente come tale dagli organismi ad eccezione di particolari batteri azotofissatori. L’azoto si trova in molte molecole tra cui l’ammoniaca, composti organici e inorganici pertanto esso va incontro a molte trasformazioni nell’ecosistema passando la una forma all’altra.

Le trasformazioni principali dell’azoto che, nel loro complesso, rientrano nel ciclo dell’azoto sono la fissazione, la nitrificazione, la denitrificazione e l’ammonificazione. A partire dalla metà del 1900, gli esseri umani hanno esercitato un impatto sempre maggiore sul ciclo globale dell’azoto. Le attività umane, come l’utilizzo di fertilizzanti e la combustione di combustibili fossili, hanno infatti notevolmente modificato la quantità di azoto fissato negli ecosistemi della Terra.

Perché l’azoto sia disponibile per dar luogo alla formazione di proteine, DNA e di altri composti biologicamente importanti, deve prima essere convertito in una forma chimica diversa. Il processo di conversione di N2 in azoto biologicamente disponibile è chiamato fissazione dell’azoto. La molecola di N2 è molto stabile grazie alla forza del triplo legame tra gli atomi di azoto e quindi è necessaria una grande quantità di energia per rompere questo legame.

Di conseguenza, solo un gruppo di procarioti è in grado di realizzare questo processo sebbene una certa quantità di azoto possa essere fissato abioticamente dai fulmini o da alcuni processi industriali. La fissazione avviene con la conversione dell’azoto in ammoniaca secondo la semireazione:

N2 + 8 H+ + 8 e → 2 NH3 + H2

resa possibile dal un complesso enzimatico appartenente alla classe delle ossidoriduttasi detto nitrogenasi che catalizza il processo di riduzione dell’azoto atmosferico favorendo la sua fissazione da parte di specifici microrganismi.

Il secondo step del ciclo dell’azoto, detto nitrificazione, consiste nella conversione dell’ammoniaca in nitrito e successivamente in nitrato ad opera di batteri nitrosanti e di batteri nitrificanti.

La nitrificazione avviene in ambiente aerobico ad opera di procarioti. Durante la prima fase l’ammoniaca viene dapprima ossidata a idrossilammina ad opera dell’ammoniaca monossigenasi secondo la reazione:

NH3 + O2 + 2 H+ + 2 e → NH2OH + H2O

Durante la seconda fase l’idrossilammina viene convertita in nitrito ad opera dell’idrossilammina ossidoriduttasi secondo la reazione:

NH2OH + H2O → NO2 + 5 H+ + 4 e

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Author: Chimicamo

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