Obieg azotu w przyrodzie

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Obieg azotu w przyrodzie

Cykl azotowy, cykl nitryfikacyjny, obieg azotu w przyrodziecykl biogeochemiczny, który opisuje cyrkulację azotu i jego związków chemicznych w biosferze.

Bakterie brodawkowe, bakterie korzeniowe – bakterie glebowe z rodzaju Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium, Sinorhizobium żyjące w symbiozie z roślinami motylkowatymi, które tworzą na swych korzeniach narośla, tzw. brodawki korzeniowe. Bakterie te mają zdolność wiązania wolnego azotu (N2), dzięki czemu zaopatrują rośliny w azot (40-550 kg N/ha/rok). W wyniku tej symbiozy rośliny dają plony o dużej zawartości azotu.Rozpad gnilny (łac. putrefactio) – zachodzący w warunkach beztlenowych proces rozkładu związków białkowych odbywający się pod wpływem enzymów proteolitycznych wydzielanych głównie przez saprofityczne bakterie gnilne (obecne w dużych ilościach m.in. w przewodzie pokarmowym) oraz niektóre grzyby. Zmiany rozkładowe nakładają się na autolizę pośmiertną organizmów. Jest ważnym ogniwem krążenia pierwiastków w przyrodzie.

Ziemska atmosfera składa się w 78% z azotu i stanowi zarówno pierwotne źródło tego pierwiastka dla biosfery, jak i jest miejscem, do którego jest on uwalniany. Azot oznaczany jest jako N. Jego organiczne i nieorganiczne związki chemiczne, uczestniczą we wszystkich ważniejszych procesach biochemicznych. Występuje on w aminokwasach tworzących białka, w zasadach azotowych nukleotydów wchodzących w skład DNA i RNA. W roślinach znaczna część azotu jest wbudowana w chlorofil biorący udział w procesie fotosyntezy.

Obieg materii w przyrodzie – proces ciągłego krążenia w przyrodzie związków i pierwiastków chemicznych, w tym biogenów (np. węgiel, azot, siarka, tlen, fosfor) pomiędzy poszczególnymi elementami środowiska, m.in. między organizmami żywymi i ich siedliskiem.Anammox (ang. anaerobic ammonia oxidation), anamoks – proces beztlenowego utleniania amoniaku przeprowadzany przez bakterie.

Pierwszym i kluczowym etapem przyswajania azotu z atmosfery jest przekształcanie gazowej jego formy w związki chemiczne, które mogą być dalej przetwarzane przez organizmy żywe. Pewien niewielki procent azotu trafia do organizmów żywych w formie jonów azotanowych (NO
3
) generowanych na skutek rozmaitych procesów geologicznych i atmosferycznych. Większość azotu z atmosfery trafia do biosfery poprzez bakterie azotowe. Należy do nich m.in. rodzaj Rhizobium. Bakterie te posiadają enzym nitrogenazę, katalizujący reakcję gazowego azotu z wodorem pochodzącym z reakcji biochemicznych, w wyniku czego powstaje amoniak, a także aminokwas glutamina. Tego rodzaju bakterie żyją samodzielnie lub w symbiozie z roślinami. Szczególnie dużo występuje ich w brodawkach korzeniowych roślin motylkowych, gdzie oddają one amoniak lub glutaminę w zamian za dokarmianie węglowodanami. Amoniak (NH
3
) trafiający bezpośrednio do gleby może być też utleniany przez bakterie nitryfikacyjne do azotynów i azotanów. Nieorganiczne związki azotu włączane są do związków organicznych potrzebnych do dalszego funkcjonowania organizmów żywych.

Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 7, niemetal z grupy 15 (azotowców) układu okresowego. Stabilnymi izotopami azotu są N i N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości), a jego zawartość w litosferze Ziemi wynosi 50 ppm. Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotyny oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka, alkaloidy i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).Utlenianie – reakcja chemiczna, w której atom przechodzi z niższego na wyższy stopień utlenienia (co jest równoważne z oddaniem elektronów).

Większość roślin pobiera azot poprzez systemy korzeniowe w formie anionów azotynowych (NO
2
) i azotanowych (NO
3
) lub kationów amonowych (NH+
4
). Glebę, która zawiera odpowiednio wysokie stężenie tych związków określa się jako bogatą w azot. Przy zbyt małym stężeniu związków azotowych, ziemię trzeba albo nawozić, albo okresowo uprawiać na niej rośliny żyjące w symbiozie z bakteriami nitryfikacyjnymi i azotowymi.

Nitrogenaza – enzym bakteryjny związany z asymilacją azotu. Składa się z 2 rodzajów białek: białka zawierającego żelazo i białka zawierającego żelazo i molibden. Białko zawierające molibden przenosi elektrony na azot i w ten sposób, z udziałem dodatkowych etapów pośrednich, powstaje amoniak.Korzeń (łac. radix) – część sporofitu, która dostarcza roślinom wodę i substancje odżywcze (sole mineralne), utrzymuje rośliny na podłożu i służy do gromadzenia substancji zapasowych. Występuje niemal u wszystkich roślin naczyniowych, nieobecny jest jedynie u posiadających chwytniki psylotowych i niektórych roślin, u których korzeń zanikł wtórnie (np. u pływaczy i wolffii bezkorzeniowej). Rośliny zakorzenione są zwykle w glebie, u epifitów wykształcają się korzenie powietrzne, u hydrofitów korzenie zanurzone.

Cały azot występujący w związkach chemicznych, z których są zbudowane zwierzęta pochodzi od roślin. Zwierzęta nie potrafią przekształcać azotu z atmosfery w związki potrzebne im do życia, generują natomiast amoniak, który jest uwalniany do otoczenia i zużywany przez bakterie nitryfikacyjne lub przekształcany w gazowy azot w procesie anammox.

Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.Gleba, pedosfera – biologicznie czynna powierzchniowa (do 2 m miąższości) warstwa skorupy ziemskiej, powstała w procesie glebotwórczym ze skały macierzystej pod wpływem czynników glebotwórczych. Gleba składa się z części mineralnej i organicznej. Częścią gleby są organizmy glebowe.

Procesy wchodzące w skład cyklu[ | edytuj kod]

Wchłanianie azotu z atmosfery[ | edytuj kod]

Gazowy azot z atmosfery przenika do biosfery na trzy sposoby:

Zasady – jedna z podstawowych obok kwasów i soli grup związków chemicznych. Wodne roztwory silnych zasad nieorganicznych są nazywane ługami (np. ług sodowy). Istnieją trzy różne definicje tej grupy związków:Chlorofile – grupa organicznych związków chemicznych obecnych między innymi w roślinach, algach i bakteriach fotosyntetyzujących (np. w sinicach). Nadaje częściom roślin (głównie liściom) charakterystyczny zielony kolor.
  • Pierwotne wchłanianie azotu przez bakterie azotowe. Proces ten można skrótowo opisać następującym równaniem:
  • N2 + 8H + 8e + 16ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi

    Powstający amoniak jest dalej błyskawicznie przekształcany w jony amonowe (NH+4), które są stosowane bezpośrednio do syntezy kwasu glutaminowego, który jest dalej przekształcany w glutaminę. Wchłanianie to odbywa się częściowo przez wolno żyjące bakterie oraz częściowo przez bakterie brodawkowe żyjące w symbiozie z roślinami motylkowymi.

    Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.Ryby – tradycyjna nazwa zmiennocieplnych kręgowców wodnych oddychających skrzelami i poruszających się za pomocą płetw. Obejmuje bezżuchwowe krągłouste (Cyclostomata) oraz mające szczęki ryby właściwe (Pisces).
  • Dostarczanie azotu w formie nawozów azotowych. Nawozy te produkuje się z amoniaku, który otrzymuje się w procesie Habera-Boscha:
  • N2 + 3H22NH3

    który realizuje w skali przemysłowej proces sumarycznie identyczny z tym prowadzonym przez bakterie azotowe.

  • Wchłanianie azotynów, które powstają w wyniku naturalnych procesów atmosferycznych i geologicznych. Ilość wchłanianego tą drogą azotu jest jednak minimalna i nie liczy się w ogólnym bilansie tego pierwiastka.
  • Wchłanianie azotanów z gleby i wody[ | edytuj kod]

    Rośliny, które nie żyją w symbiozie z bakteriami azotowymi wchłaniają azot w postaci jonów azotanowych i amonowych. Jony te są obecne w wodzie i glebie na skutek procesów gnilnych, a także działania wolnożyjących bakterii azotowych. Rośliny te wchłaniają jony przez swoje systemy korzeniowe i następnie przekształcają je w aminokwasy, z których są budowane białka.

    Biblioteka Narodowa Izraela (hebr. הספרייה הלאומית; dawniej: Żydowska Biblioteka Narodowa i Uniwersytecka, hebr. בית הספרים הלאומי והאוניברסיטאי) – izraelska biblioteka narodowa w Jerozolimie.Ekosystem (gr. oikos – dom, mieszkanie, gospodarstwo; gr. systēmatikós – zestawiony od sýstēma – zestawienie, połączenie od synistánai – zestawiać) – dynamiczny układ ekologiczny, na który składa się zespół organizmów (biocenoza) połączonych relacjami troficznymi (tworzących sieć troficzną) wraz ze środowiskiem przezeń zajmowanym, czyli biotopem, w którym zachodzi przepływ energii i obieg materii. W skrócie zatem ekosystem to biocenoza wraz z biotopem. Ekosystemy wyodrębniane są na podstawie istnienia silniejszych powiązań w ich obrębie niżeli między ich składowymi a otoczeniem (biologicznie ważne pierwiastki chemiczne krążą intensywniej w obrębie poszczególnych ekosystemów niż pomiędzy nimi).

    Wtórne generowanie amoniaku[ | edytuj kod]

    Amoniak jest wtórnie generowany w trakcie procesów gnilnych, które są realizowane przez wyspecjalizowane bakterie i grzyby. Jest też generowany przez zwierzęta w wyniku rozkładu mocznika, jednego z podstawowych produktów ich metabolizmu. Powstający amoniak, a właściwie jony amonowe, mogą być od razu pożytkowane przez bakterie nitryfikacyjne lub są uwalniane do otoczenia. Gdy procesy gnilne są w równowadze z procesami nitryfikacji układ znajduje się w równowadze ekologicznej. Zbyt dużo jonów amonowych w środowisku powoduje, że staje się ono nadmiernie zasadowe, co przyspiesza gnicie organizmów żywych, rozwój gnicia i dalszy wzrost zasadowości środowiska.

    Dwutlenek węgla (nazwa systematyczna: ditlenek węgla; nazwa Stocka: tlenek węgla(IV)), CO2 – nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym węgiel występuje na IV stopniu utlenienia.Enzymy – wielkocząsteczkowe, w większości białkowe, katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne poprzez obniżenie ich energii aktywacji.

    Nitryfikacja[ | edytuj kod]

    Pojawiający się w środowisku amoniak – czy to w wyniku procesów geologiczno-atmosferycznych, czy też w wyniku procesów gnilnych i dostarczany przez azobakterie jest przekształcany w jony azotanowe przez bakterie nitryfikacyjne. Proces ten polega w wielkim uproszczeniu na utlenianiu amoniaku do jonów azotynowych i dalej do azotanów.

    Fotosynteza (stgr. φῶς – światło, σύνθεσις – łączenie) – biochemiczny proces wytwarzania związków organicznych z materii nieorganicznej, przez komórki zawierające chlorofil lub bakteriochlorofil, przy udziale światła. Jest to jedna z najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla, zwiększając masę materii organicznej kosztem materii nieorganicznej.Library of Congress Control Number (LCCN) – numer nadawany elementom skatalogowanym przez Bibliotekę Kongresu wykorzystywany przez amerykańskie biblioteki do wyszukiwania rekordów bibliograficznych w bazach danych i zamawiania kart katalogowych w Bibliotece Kongresu lub u innych komercyjnych dostawców.
    1. NH3 + O2NO2− + 3H + 2e
    2. NO2− + H2ONO3− + 2H + 2e

    Denitryfikacja i proces anammox[ | edytuj kod]

    Denitryfikacja jest procesem przekształcania nadmiaru azotanów pochodzących z procesu nitryfikacji do gazowego azotu. Jest ona realizowana przez liczne mikroorganizmy, żyjące głównie w wodzie, takie jak bakterie Pseudomonas fluorescens. Sumarycznie proces ten można opisać w następujący sposób:

    Bakterie azotowe, bakterie diazotroficzne – bakterie (a także archeany obecnie niezaliczane do właściwych bakterii) zdolne do diazotrofii, czyli przyswajania — przy użyciu enzymu nitrogenazy — azotu cząsteczkowego (N2) występującego w atmosferze. Bakterie azotowe mogą żyć wolno lub w symbiozie z roślinami i grzybami, która może przyjmować różne formy i stopień współzależności. Niektóre żyją w ryzosferze, na powierzchni korzeni, w przestworach międzykomórkowych. Jedne bezobjawowo kolonizują tkanki gospodarza, podczas gdy inne wywołują powstanie specjalnych narośli na korzeniach (bakterie brodawkowe). W zasadzie do bakterii azotowych należy zaliczać niektóre sinice, mimo że ze względu na to, że tradycyjnie były one w zakresie zainteresowania botaniki, a nie bakteriologii, czasem są ujmowane jako grupa odrębna. Diazotrofię stwierdzono u następujących sinic: Anabaena, Anabaenopsis, Chloroglea, Calothrix, Cylindrospermum, Gloeocapsa, Mastigocladus laminosus, Tolypothrix, Trichodesmium, Westiellopsis. Niewykluczone jest też, że zdolne do niej są niektórzy przedstawiciele Oscillatoriales. Część diazotroficznych sinic współtworzy porosty.Mocznik (karbamid, E927b), CO(NH2)2 – organiczny związek chemiczny, diamid kwasu węglowego. W wyniku kondensacji podczas ogrzewania tworzy biuret.
    2NO3− + 10e + 12HN2 + 6H2O

    Analogicznym, niedawno odkrytym procesem jest anammox (ang. anaerobic ammonium oxidation), który prowadzi do bezpośredniego utleniania nadmiarowych ilości jonów amonowych do gazowego azotu. Proces Anammox również jest realizowany przez bakterie żyjące głównie w wodzie.

    W skali globalnej oba te procesy prowadzą do ustalania się równowagi obiegu azotu w biosferze i warunkują też utrzymywanie składu atmosfery ziemskiej. Istnieją liczne dyskusje naukowe na temat tego, który z tych procesów jest dominujący.

    Azotany (nazwa systematyczna: trioksydoazotany(1−); w systemie Stocka: azotany(V)) − grupa związków chemicznych, sole i estry kwasu azotowego (HNO3).Bobowate, motylkowate (Fabaceae Lindl., Papilionaceae Giseke) – rodzina roślin należąca do rzędu bobowców (Fabales Bromhead). Należy do niej około 9,4% spośród wszystkich gatunków roślin dwuliściennych. Obejmuje w tropikach często rośliny drzewiaste, w klimacie umiarkowanym – głównie rośliny zielne. Symbioza z bakteriami brodawkowymi umożliwia wykorzystanie azotu atmosferycznego.


    Podstrony: 1 [2] [3]




    Warto wiedzieć że... beta

    Filtracja (sączenie) – metoda oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów, poprzez mechaniczne zatrzymanie jednego ciała stałego w przegrodach porowatych (filtrach) przy użyciu odpowiednich aparatów. Ciecz lub gaz otrzymywane po filtracji nazywa się filtratem. Filtracja jest najczęściej stosowanym sposobem oddzielania ciał stałych od cieczy.
    Akwarium (łac. aquarium – naczynie na wodę) – sztuczny zbiornik wodny o zróżnicowanych rozmiarach i kształtach, z co najmniej jedną ścianą z materiału przezroczystego, zwykle ze szkła, służący do hodowli oraz prezentacji organizmów żyjących w środowisku słodko- lub słonowodnym.
    Pseudomonas fluorescens – gatunek bakterii tlenowych z rodzaju Pseudomonas. Ich nazwa wzięła się od zdolności do wytwarzania fluorescencyjnego barwnika peptydowego piowerdyny, powodującej świecenie w promieniach UV.
    Kwasy rybonukleinowe, RNA – organiczne związki chemiczne z grupy kwasów nukleinowych, zbudowane z rybonukleotydów połączonych wiązaniami fosfodiestrowymi. Z chemicznego punktu widzenia są polimerami kondensacyjnymi rybonukleotydów. Występują w jądrach komórkowych i cytoplazmie, często wchodząc w skład nukleoprotein. Znanych jest wiele klas kwasów rybonukleinowych o zróżnicowanej wielkości i strukturze, pełniących rozmaite funkcje biologiczne. Zarówno struktura, jak i funkcja RNA jest silnie uzależniona od sekwencji nukleotydów, z których zbudowana jest dana cząsteczka.
    Biosfera (zob. bio) - strefa kuli ziemskiej zamieszkana przez organizmy żywe, w której odbywają się procesy ekologiczne. Biosfera jest częścią zewnętrznej skorupy Ziemi, która obejmuje również powietrze, ląd i wodę. Z najobszerniejszego punktu widzenia geofizyki, biosfera jest światowym systemem ekologicznym i obejmuje wszystkie żyjące organizmy i ich powiązania ze sobą i z litosferą (skorupą ziemską), hydrosferą (wodą) i atmosferą (powietrzem). Do dzisiejszego dnia Ziemia jest jedyną znaną planetą na której znajduje się życie. Szacuje się, że ziemska biosfera zaczęła się tworzyć (przez proces biogenezy) przynajmniej 3,5 miliardów lat temu. Biosfera obejmuje około: 4 km n.p.m. - atmosfera 300 m p.p.m. - hydrosfera 40 cm w głąb ziemi - litosfera
    Biblioteka Narodowa Francji (fr. Bibliothèque nationale de France, BnF) – francuska biblioteka narodowa, znajdująca się w Paryżu. Przewidziana jest jako repozytorium dla wszystkich materiałów bibliotecznych, wydawanych we Francji. Obecnym dyrektorem Biblioteki jest Bruno Racine.
    Metoda Habera i Boscha – proces technologiczny umożliwiający otrzymywanie amoniaku z azotu i wodoru, zgodnie z reakcją chemiczna:

    Reklama