Las plantas y sus alimentos

TERCERA PARTE
NUTRIENTES Y GASES: NITROGENO
EL NITROGENO ES UN ELEMENTO biogénico que encontramos incorporado en moléculas
orgánicas que desempeñan funciones vitales para toda célula. Este elemento es un
constituyente básico de aminoácidos, ácidos nucleicos, azúcares aminadas y los
polímeros que estas moléculas forman. El nitrógeno existe en la naturaleza en varias
formas químicas quepresentan diferentes estados de oxidación (Tabla 1).
Tabla 1: Estados de oxidación de compuestos nitrogenados.
COMPUESTO ESTADO DE OXIDACION
Nitrógeno orgánico ----------- (R-NH2) -3
Amoniaco --------------------- (NH3) -3
Nitrógeno gaseoso ------------ (N2) 0
Oxido nitroso ----------------- (N2O) +1
Oxido de nitrógeno ----------- (NO) +2
Nitrito ------------------------ (NO2-) +3
Dióxido denitrógeno --------- (NO2) +4
Nitrato ------------------------ (NO3-) +5
* Modificado de Brock y otros (1994).
2 NUTRIENTES: NITROGENO
En términos termodinámicos, el nitrógeno gaseoso (N2) es la forma más estable del
nitrógeno. Las otras formas químicas del nitrógeno revierten a N2 bajo condiciones de
equilibrio. Esto explica el hecho de que el nitrógeno molecular es el principal depósito denitrógeno para los organismos vivos. No obstante, muy pocos organismos tienen la
capacidad para fijar el nitrógeno gaseoso. De hecho, solo un reducido grupo de
eubacterias (fototróficas y heterotróficas) y arquebacterias exhibe dicha capacidad. El
reciclaje del nitrógeno depende entonces de las transformaciones químicas de
compuestos nitrogenados más disponibles, a través de reacciones deoxi-reducción
(Figura 1). El conjunto de esas transformaciones integran el ciclo biogeoquímico de
nitrógeno (Figura 2).
Figura 1: Reacciones bioquímicas que regulan la distribución de compuestos
nitrogenados en agua.
Estado de Oxidación
RNH2
NH4
+ NH OH 2 H N O 2 2 2 NO
2
- NO3
-
N
2
N O
2
Síntesis
de
Amino
Acidos
Amonificación
Denitrificación
Asimilación de NitratoNitrificación
Fijación de Nitrógeno
-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5
NUTRIENTES: NITROGENO 3
Los procesos de transformación química que intervienen en el ciclo de nitrógeno son
varios: (1) fijación (reducción) de nitrógeno molecular a amoniaco, (2) asimilación de
amoniaco, (3) nitrificación, (4) reducción disimilativa de nitrato (denitrificación), (5)
reducción asimilativa de nitrato y (6) amonificación.Figura 2: Ciclo redox del nitrógeno.
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AMBIENTE
AEROBICO
AMBIENTE
ANAEROBICO
NITRIFICACION
FIJACION DE
NITROGENO
FIJACION DE
NITROGENO
(1)
(1)
(3)
(4)
ASIMILACION
AMONIFICACION
(DEAMINACION)
DENITRIFICACION
AMONIFICACION DE NITRATO
AMONIFICACION
(DEAMINACION )
ASIMILACION
ASIMILACION (2)
(6)
(6)
(5)
NO2
-
NO3
-
(2)
R-NH2
NH3
R-NH2 NO2
-
N2
N2
(5)
NO
NO2
4NUTRIENTES: NITROGENO
FIJACION DE N2
Descripción del proceso:
La fijación de nitrógeno puede ser resumida utilizando las siguientes reacciones:
N2 + 8H+ + 8e- 2NH3 + H2
N N
N=N
H2N-NH2
H3N + NH3
(18-24) (18-24)
ATP ADP + Pi
2H+
2H+
4H
H2
Este proceso demanda una gran inversión de energía (18 - 24 ATP), dada la estabilidad
del triple enlace NºN, la cual hace del nitrógeno gaseoso unamolécula extremadamente
inerte. La reducción del nitrógeno molecular a amoniaco es catalizada por un complejo
enzimático conocido como nitrogenasa. Este complejo catalítico consiste de dos
unidades proteicas diferentes conocidas como: dinitrogenasa y reductasa de
denitrogenasa.
Métodos para medir actividad de la nitrogenasa:
La actividad de la nitrogenasa puede ser medida en muestras de suelo,agua, un cultivo o
un extracto celular, haciendo uso del método de reducción de acetileno. La nitrogenasa
no es específica para N2, sino que también demuestra afinidad por otras moléculas con
triples enlaces, tales como cianuro (CN-) y acetileno. La nitrogenasa reduce el acetileno
(HCºCH) a etileno (H2C=CH2), un gas insoluble en agua, que puede ser detectado con
facilidad haciendo uso de...