Forskere afslører ny rolle for nitrogenoxid

Cornell University kemikere har afsløret en ny rolle for nitrogenoxid, der kunne sende biokemiske lærebøger tilbage til revision.

De har identificeret et kritisk trin i nitrifikationsprocessen, som er delvist ansvarlig for landbrugets emissioner af skadelig lattergas og dets kemiske fætre til atmosfæren, bidrage til globale klimaforandringer.

Nuværende biokemiske modeller hævder, at uorganisk hydroxylamin er det eneste mellemled, der dannes, når bakterier omdanner ammoniak - brugt i kommerciel landbrugsgødning - til hvilende nitrit. I denne nye undersøgelse, kemikerne fandt ud af, at hydroxylamin omdannes til et andet mellemprodukt - nitrogenoxid - som under normale jordbundsforhold fungerer som den kemiske optakt til nitrit. Men under ufuldkomne jordbundsforhold, nitrogenoxid omdannes til den potente drivhusgas lattergas. Værket blev udgivet i Proceedings of the National Academy of Sciences , 17. juli.

"Vi har fundet et hul i nitrogenkredsløbsrørledningen. Da der er lattergas, der slipper ud af jorden og ud i atmosfæren, vi ved nu hvor hullerne er, " sagde medforfatter Jonathan Caranto, postdoc i kemi. "Nitrogenoxid er lavet af nitrogenoxid - det er den umiddelbare forløber. Hvis du ved, hvor nitrogenoxiden kommer fra, du kan gøre et godt gæt om, at lattergas frigives."

At forstå, hvordan modellen fungerer, er nøglen til at finde drivhusgasløsninger. "Dette er, hvad forskningen giver:at finde nye huller til at plugge. Hullerne i rørledningen kan forsegles. Hvis du ikke fuldt ud forstår den biokemiske vej, du kan ikke vide, hvor de forurenende stoffer kommer fra, " sagde medforfatter Kyle Lancaster, adjunkt i kemi. "Ellers, du skyder i mørket."

I 2015 dinitrogenoxid udgjorde omkring 5 procent af atmosfæriske drivhusgasemissioner, sammenlignet med kuldioxid på 82 procent, ifølge U.S. Environmental Protection Agency. Nitrogenoxid, imidlertid, er en ozonlagsnedbrydende gas med et globalt opvarmningspotentiale, der er mere end 300 gange større end kuldioxid, sagde Caranto. Nitrogenoxid bidrager også til jordnær ozon og producerer sur regn.

Nitrogenoxid spiller en vigtig rolle i medicin. Journalen Videnskab kåret det til Årets Molecule i 1992 for dets alsidighed inden for hjertesundhed. Videnskabsmand Robert F. Furchgott, som arbejdede på Cornell Medical College - nu Weill Cornell Medicine - fra 1941 til 1949, vandt 1998 Nobelprisen i fysiologi eller medicin for sin rolle i vores forståelse af nitrogenoxid.

Den nye forskning viser, at nitrogenoxid dannes på vejen fra hydroxylamin til nitrit, når jordbakterier bruger ammoniak som kemisk brændstof. Tidligere, videnskabsmænd fastholdt, at hydroxylamin omdannes direkte til nitrit. "Denne forskning kan gøre en enorm forskel i at omarrangere forudsigende nitrogenfluxmodeller, som videnskabsmænd bruger til at optimere befrugtningspraksis, " sagde Lancaster.

Drivhusgas- og nitritproduktion er biprodukter af kommerciel gødskning, og de processer, der danner dem, mindsker effektiviteten af ​​befrugtning, sagde Kyle. "Hvis du kan bremse dannelsen af ​​disse arter, bremse oxidationen af ​​ammoniak i gødning, dette vil øge 'dvæletiden' for nitrogen i jorden. Landbruget bliver mere effektivt, mere økonomisk og mere bæredygtig."

At kende denne nitrogenoxidkomponent kan hjælpe med at reducere forholdet mellem omkostninger og fordele for landmænd og andre landbrugsproducenter. Lancaster sagde:"Denne nye komponent til modeller kan føre til bedre befrugtningsplanlægning."