AZOT,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
AZOT
1. Azot:
· Pierwiastek biogenny
· Niezbędny dla prawidłowego wzrostu, rozwoju, funkcjonowania organizmów żywych
· Składnik związków nieorganicznych oraz ważnych związków organicznych tj. białek strukturalnych i enzymatycznych, barwników fotosyntetycznych i oddechowych oraz kwasów nukleinowych.
2. Podstawową rolę w krążeniu azotu odgrywają procesy biochemiczne przeprowadzane przez mikroorganizmy. Azot wykorzystywany jest przez mikroorganizmy żywe w 2 typach procesów:
· Asymilacyjnych, w których azot jest składnikiem budulcowym powstającej materii organicznej,
· Dysymilacyjnych, np. reakcjach enzymatycznych, w których azot pobierany jest ze środowiska w formie zredukowanej lub utlenionej. Następnie wykorzystywany jest do przeprowadzenia reakcji przebiegających z wykorzystaniem ATP i produktu azotowego, który jest bardzo zredukowany lub utleniony względem związku wyjściowego. Powstałe produkty azotowe wydalane są z komórki do środowiska. Jedynie mikroorganizmy wykształciły szlaki biochemiczne chemosyntezy, w których uzyskują energię. Przykładem mogą być reakcje utleniania jonów amonowych do azotanów przez bakterie Nitrosomonas.
3. Formy azotu w glebie:
· Azot organiczny występujący w :
- swoistych związkach próchnicznych
- aminokwasach
- aminocukrach
- kwasach nukleinowych
4. Struktura przychodów N w glebie:
· Nawozy mineralne 49,5
· Nawozy naturalne 29,0
5. Przemiany azotu organicznego:
· PROTEOLIZA – wstępne stadium mineralizacji azotu organicznego z resztek roślinnych i zwierzęcych stanowi proteoliza, gdyż głównym składnikiem azotowym tej masy jest białko. Proteolizę, czyli rozkład białka przeprowadzają drobnoustroje, mające enzymy proteolityczne. Białko ze względu na wielkość swojej cząsteczki musi ulec rozkładowi poza komórką. Enzymy proteolityczne, inaczej zwane proteazami są enzymami trawiennymi i wydzielane są przez komórkę do środowiska zewnętrznego. Enzymy proteolityczne rozszczepiają wiązania peptydowe pomiędzy resztami aminokwasów i są syntetyzowane m.in. przez bakterie z rodzaju Proteus, Bacillus, Clostridium, a także niektóre grzyby. Są one enzymami hydrolitycznymi i powodują rozpad wiązń peptydowych (CO-NH), prowadząc do powstania peptonów, polipeptydów i peptydów. Dalszy etap rozkładu białek stanowi uwolnienie cząsteczek aminokwasów z peptydów.
· Białka, czyli proteazy są rozkładane w 3 fazach:
I. Na proteiny działają enzymy zwane proteazami lub peptydohydrolazami, w wyniku czego powstają krótsze łańcuchy zwane polipeptydami,
II. Polipeptydy rozkładane są przez hydrolazy aminokwasowe i powstają aminokwasy,
III. Aminokwasy ulegają procesowi zwanemu amonifikacją tj. rozkładowi na amoniak i resztę organiczną. Tą resztą organiczną są różne związki o niskiej kaloryczności. Są one zużywane w procesach cyklu oddechowego lub włączone w cykl odżywiania.
· Rozkład aminokwasów - Aminokwasy są rozkładane przez odłączenie grupy α – aminowej i przekształcenie pozostałego szkieletu węglowego w jeden lub więcej metabolitów pośrednich. Aminokwasy, których szkielety węglowe służą do syntezy, nazywamy glikogennymi, a te które są przekształcane w ciała ketonowe, noszą nazwę ketogennymi. Niektóre aminokwasy mogą ulegać przekształceniu do wiązania jednego metabolitu pośredniego i są używane zarówno do syntezy glukozy, jak i ciał ketonowych. Także aminokwasy są jednocześnie glukogenne i ketogenne.
· Procesy amonifikacji – w warunkach tlenowych, panujących zwykle w obiektach zabytkowych, przebiegają przy udziale następujących procesów:
I. Dezaminacja hydrolityczna – polegająca na odłączeniu od aminokwasu amoniaku i powstaniu hydroksykwasu w myśl równania:
R-CH-NH2-COOH + HOH = NH3 + R-CHOH-COOH
Powstaje kwas mlekowy, tłuszczowy i inne, zależnie od rodzaju aminokwasu.
II. Dezaminacja przez utlenienie - polegająca na odłączeniu aminokwasu i przyłączenie jednego atomu tlenu w myśl równania:
R-CH-NH2-COOH + ½ O2 = NH3 + R-CO-COOH
Powstaje ketokwas, np. kwas pirogronowy.
III. Dezaminacja z odłączeniem siarkowodoru od aminokwasów siarkowych – wytwarza się amoniak, siarkowodór i kwasy organiczne, m.in. kwas pirogronowy. Szczególnie uzdolnionym do wytwarzania znacznych ilości siarkowodoru z bogatych w aminokwasy siarkowe substancji są promieniowce. Siarkowodór przez nie produkowany powoduje czernienie farb zawierających biel ołowianą.
· Główne etapy rozkładu białek z uwolnieniem dalszych przemian azotu aminowego, amonowego i azotanowego:
Nitryfikacja do NO3
Białko Amonifikacja do NH3
Immobilizacja przez drobnoustroje.
Pobieranie przez rośliny.
Aminkowasy Denitryfikacja mikrobiologiczna,
Utlenianie się N w wyniku procesów
Chemicznych.
Immobilizacja przez drobnoustroje.
Pobieranie przez rośliny.
Sorpcja na koloidach.
Włączanie w związki próchniczne.
· Deaminacja – jest procesem odłączenia od aminokwasu grup NH2. Wyróżniamy następujące deaminacje:
- hydrolityczna
- reduktywna
- saturatywna
- oksydatywna
- typu ........
· Nitryfikacja – autotroficzna i heterotroficzna.
I. Nitryfikacja autotroficzna:
- Warunki nitryfikacji:
Ø pH 7,5 – 8,0
Ø wilgotność 60 % m.p.w
Ø temperatura 25 – 30 stopni C
Ø C:N < 12
- I faza:
monooksygenaza
amonowa
2 NH4+ + 2 H+ + 2 e- + O2 NH2OH + 2 H2O + H+
Enzym monooksygenaza amonowa ma szeroką specyficzność i katalizuje utlenianie także grupy benzenu, cykloheksanu, fenolu, metanolu, CH4.
Acetylen hamuje nieodwracalnie katalizowaną przez ten enzym reakcję. Utlenianie CH4 przez gatunki Nitrosomonas jest znacznie wolniejsze niż przez metanotrofy i wydaje się, że nie ma wpływu na wzrost. Podobnie utlenienie NH4+ przez metanotrofy jest także bardzo powolne.
Hydroksylamina jest utleniana do NO2- w następujący sposób:
NH2OH + H HONO + 4 e- + 4 H+
2 H+ + ½ O2 H2O
Oksydoreduktaza hydroksylaminowa może katalizować utlenienia hydrazyny do N2, ale znaczenie tej reakcji w przyrodzie nie jest znane.
Uwalniana energia: 5,4 x 105 J
Stosunek ilości utlenionego N do pobranego C: - 35,4
- II faza:
HNO2 + H2O HNO3 + 2 H+
Uwalniana energia: 1,4 x 105 J
Stosunek ilości utlenionego N do pobranego C: - 135
- Produkty pośrednie autotroficznej nitryfikacji ze wskazanymi prawdopodobnymi miejscami strat gazowych w tym procesie:
NO
NO
NO
NH4+ NH2OH [HNO] NO2- NO3-
-
NO2NHOH
N2O
„Straty chemiczne są gdy enzymy „nawalą”...!!!” J
Straty azotu w czasie nitryfikacji:
1. Powstają lotne tlenki N i N2 (z 700 moli NH3 1 mol N2O)
2. Reakcja azotanów (III) z aminokwasami (w pośrednim etapie nitryfikacji i amonifikacji)
3. Reakcja NO2 z aminami I, II i III-rzędowymi
4. Reakcja NO2 z NH3
5. Reakcja NO2 z NH4+
6. Reakcje rozkładu samych azotanów (III)
- Reakcje nitryfikacji przebiegają na membranie, a reakcja utleniania NO2- jest odwracalna, może więc zachodzić także redukcja azotanu
- Większość uzyskiwanej energii (do 80 %) jest zużywana na redukcję CO2 w cyklu Clavina
- Efektywność wzrostu nitryfikatorów jest bardzo niska
- Bakterie utleniające NH4+ asymilują aminokwasy, mrówczan, octan, lecz pirogornian hamuje wzrost niektórych z tych bakterii, a stymuluje wykorzystanie związków organicznych zarówno jako źródła jak i energii
- Organizmy utleniające NO2- są zdolne do wzrostu na octanie, hydrolizacie kazeiny, glicerolu i pirogronianie. Uzyskują wtedy większe tempo wzrostu oraz plon (?) komórek i z tego powodu mówi się, że są zdolne do wzrostu miksotroficznego.
I. Nitryfikacja heterotroficzna:
- Od 1894 r. zaczęto włączać heterotrofy do nitryfikacji ale dopiero w ostatnich latach zaczęto ją traktować poważnie jako proces glebowy.
- Heterotroficzne nitryfikatory są zdolne do produkcji NO3- zarówno z organicznych jak i nieorganicznych źródeł N z tworzeniem następujących produktów pośrednich:
NH4+ NH2OH NOH NO2- NO3-
-3 -1 +1 +3 +5
- ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]