Selvom luften er fuld af nitrogen, er den ikke tilgængelig for organismer let at bruge. Hvad ændrede sig til, før det blev brugt af levende ting?

Nitrogengas (N2) udgør omkring 78 % af Jordens atmosfære. Selvom det er afgørende for livet, kan de fleste organismer ikke direkte bruge nitrogengas. I stedet skal de være afhængige af nitrogenfikserende bakterier for at omdanne atmosfærisk nitrogen til en brugbar form, såsom ammoniak (NH3) eller nitrater (NO3-).

Nitrogenfiksering er en proces, der omdanner atmosfærisk nitrogengas til ammoniak. Denne proces kan udføres af visse typer bakterier, kaldet nitrogenfikserende bakterier, eller ved industrielle processer. Kvælstoffikserende bakterier lever i jorden eller i forbindelse med rødderne af visse planter, såsom bælgplanter. De bruger et enzym kaldet nitrogenase til at omdanne nitrogengas til ammoniak.

Den ammoniak, der produceres af nitrogenfikserende bakterier, kan derefter bruges af planter til at syntetisere proteiner og andre nitrogenholdige forbindelser. Alternativt kan ammoniakken omdannes til nitrater af andre bakterier, som så optages af planter.

Her er de vigtigste trin involveret i omdannelsen af ​​atmosfærisk nitrogen til en biologisk anvendelig form:

1. Nitrogenfiksering :Specialiserede bakterier, såsom Rhizobia og Cyanobacteria, besidder enzymet nitrogenase, som kan bryde den stærke tredobbelte binding i atmosfærisk nitrogen (N2). Disse bakterier omdanner N2 til ammoniak (NH3) gennem en proces kendt som nitrogenfiksering.

2. Nitrifikation :Nitrificerende bakterier, såsom Nitrosomonas og Nitrobacter, omdanner ammoniak til nitritter (NO2-) og derefter til nitrater (NO3-). Nitrifikation sker under aerobe forhold, hvor ilt er til stede.

3. Assimilering :Planter kan absorbere nitrater fra jorden gennem deres rodsystemer og bruge dem til at syntetisere proteiner, nukleinsyrer og andre nitrogenholdige forbindelser. Nogle planter, som bælgfrugter, har et symbiotisk forhold til nitrogenfikserende bakterier i deres rodknuder, hvilket giver dem direkte adgang til atmosfærisk nitrogen.

4. Ammonifikation :Når planter og dyr dør, nedbrydes deres nitrogenholdige forbindelser af nedbrydningsorganismer, såsom svampe og bakterier. Denne proces frigiver ammoniak tilbage i jorden gennem en proces kaldet ammonifikation.

5. Denitrifikation :Under anaerobe forhold, såsom vandlidende jord, omdanner denitrificerende bakterier nitrater og nitritter tilbage til atmosfærisk nitrogen. Denitrifikation fuldender nitrogenkredsløbet ved at returnere nitrogen til atmosfæren.

Gennem disse processer sikrer kvælstofkredsløbet en kontinuerlig tilførsel af biologisk anvendeligt kvælstof til levende organismer.