Fijación de nitrógeno


Fijación de nitrógeno

Fijación de nitrógeno

El nitrógeno molecular o dinitrógeno, componente mayoritario de la atmósfera, es inerte y no aprovechable directamente por la mayoría de los seres vivos. Por fijación de nitrógeno se entiende su combinación con oxígeno o hidrógeno para dar óxidos o amonio que pueden incorporarse a la biosfera. Estas reacciones ocurren de forma abiótica en condiciones naturales como consecuencia de las descargas eléctricas o procesos de combustión y el agua de lluvia se encarga de arrastrar al suelo los compuestos formados, o bien se derivan de la síntesis química realizada en la industria de fertilizantes con un alto consumo de energía. La reducción de este elemento a amonio llevada a cabo por bacterias en vida libre o en simbiosis con algunas especies vegetales, de la familia de las leguminosas y algunas leñosas no leguminosas, se conoce como fijación biológica de nitrógeno (FBN).

El amonio, primer compuesto estable del proceso es asimilado por los fijadores libres o transferido al correspondiente hospedador en el caso de la asociación con plantas.

La fijación en general supone la incorporación a la biosfera de una importante cantidad de nitrógeno, que a nivel global puede alcanzar unos 250 millones de toneladas año, de las que 150 corresponden a la fijación biológica. Esta propiedad está restringida sólo a procariotas y se encuentra muy repartida entre los diferentes grupos de bacterias y algunas arqueobacterias. Es un proceso altamente consumidor de energía que ocurre con la mediación de la enzima nitrogenasa según la siguiente ecuación:


N_2\ + 16ATP + 8e^- + 8H^+ \rightarrow 2NH_3 + 8H_2 + 16ADP 16P_i


La nitrogenasa, formada por dos metaloproteínas, ferroproteína y molibdoferroproteína, está bastante bien conservada en todos los microorganismos fijadores. Presenta un rango de actividad extendido frente a otras moléculas que contienen triples enlaces lo que ha dado base a un práctico método de detección y medida de la capacidad fijadora, y a pensar en el posible papel detoxificador de esta enzima en el ambiente primigenio de la tierra.

La fijación de nitrógeno presenta un gran interés económico y ecológico. De hecho, y como ejemplo, las altas producciones de soja a nivel mundial están soportadas por este proceso a través de la aplicación de inoculante microbianos de calidad. Se da en todos los habitats y equilibra el ciclo biogeoquímico del nitrógeno al recuperar para la biosfera el que se pierde por desnitrificación. La implicación en la fijación simbiótica de plantas tan importantes en alimentación humana y animal como las leguminosas, y la posibilidad de extender esta propiedad a otras especies vegetales de interés agronómico, con la consiguiente eliminación de la necesidad de usar fertilizantes nitrogenados, ha hecho de la FBN un tema de intensa investigación a lo largo de los años.

Contenido

Fijación biológica de nitrógeno

Representación esquemática del ciclo del nitrógeno

La fijación biológica de nitrógeno (FBN) ocurre cuando el nitrógeno atmosférico se convierte en amonio por un par de enzimas bacterianas llamadas nitrogenasa. La fórmula de la FBN ei:


N_2\ + 8H^+ + 8e^- + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16P_i


Aunque el amoníaco (\ NH_3) es el producto directo de esta reacción, es rápidamente ionizada a amonio (\ NH_4^+). En diazótrofos de vida libre, el amonio de la nitrogenasa es asimilada en glutamato a través del ciclo de síntesis glutamina sintetasa/glutamato.

En muchas bacterias, las enzimas nitrogenasas son muy susceptibles a la destrucción por oxígeno (muchas bacterias cesan de producir enzimas en presencia de oxígeno). Tensiones bajas de oxígeno son aprovechadas por diferentes bacterias que viven en anaerobiosis, respirando niveles bajos de oxígeno, u obteniendo el oxígeno con una proteína (e.g. leghemoglobina).

Fijación simbiótica de nitrógeno por las Leguminosas

Las más conocidas son las Fabaceae legumbres (tales como tréboles, porotos, alfalfa, soja, alubia, guisante), que poseen en sus raíces nódulos con bacterias simbióticas del género Rhizobia, produciendo compuestos nitrogenados que ayudan al hospedante a crecer y competir con otras plantas. Cuando la planta muere, el nitrógeno ayuda a fertilizar el suelo.[1] Se cree también que durante la vida de la planta también se enriquece el suelo a través de los exhudados radicales, que serán más ricos en Nitrógeno.

La inmensa mayoría de las leguminosas tienen esa asociación, pero algunos géneros como Styphnolobium no. La asociación leguminosa-bacteria suele ser muy específica, aunque algunas especies bacterianas son capaces de formar simbiosis con varias leguminosas:

Leguminosa Bacteria
Soja Bradyrhizobium japonicum y Sinorhizobium fredii
Guisante Rhizobium leguminosarum bv. viciae
Alubia Rhizobium leguminosarum bv. phaseoli, R. etli y R. tropici
Trébol Rhizobium leguminosarum bv. trifolii
Alfalfa Sinorhizobium meliloti
Medicago truncatula Sinorhizobium meliloti

Fijación de nitrógeno por no-leguminosas

La mayoría de los vegetales fijadores de nitrógeno son de las leguminosas: familia (Fabaceae), y hay pocas plantas no leguminosas que pueden fijar nitrógeno. Son 22 géneros de arbustos leñosos o árboles de 8 familias. Estas plantas forman asociaciones con bactarias del género Frankia, y son llamadas plantas actinoricicas. La habilidad de fijar nitrógeno no está universalmente presente en esas familias. Por ej., de 122 géneros en las Rosaceae, solo 4 géneros fijan nitrógeno.

Familias Géneros
Betulaceae Alnus
Casuarinaceae Allocasuarina, Casuarina, Gymnostoma
Coriariaceae Coriaria
Datiscaceae Datisca
Elaeagnaceae Elaeagnus, Hippophae, Shepherdia
Myricaceae Morella, Myrica, Comptonia
Rhamnaceae Ceanothus, Colletia, Discaria, Kentrothamnus, Retanilla, Trevoa
Rosaceae Cercocarpus, Chamaebatia, Prusia, Dryas

También hay algunas asociaciones simbióticas fijadoras de nitrógeno con cianobacterias (Nostoc). Incluye algunos líquenes: Lobaria y Peltigera

También existe asociación entre bacterias fijadoras y plantas del tipo gramíneas. En estos casos la bacteria invade los espacios entre células de la raíz pero sin penetrar en las células vegetales, por lo que no se trata de una verdadera simbiosis. Algunos cultivos que se pueden beneficiar de este tipo de asociaciones son:

  • Caña de azúcar
  • Sorgo
  • Arroz
  • Trigo

Véase también

Referencias

  1. Smil, V (2000). Cycles of Life.

Enlaces externos

Obtenido de "Fijaci%C3%B3n de nitr%C3%B3geno"

Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • fijación del nitrógeno — Proceso mediante el que el nitrógeno libre de la atmósfera se convierte por medios biológicos o químicos en amoniaco y otras formas utilizables por plantas y animales. Diccionario Mosby Medicina, Enfermería y Ciencias de la Salud, Ediciones… …   Diccionario médico

  • fijación de nitrógeno — Proceso por medio del cual el nitrógeno que es fijado por bacterias que viven en asociación mutualistas con plantas convierten el nitrógeno atmosférico a compuestos de nitrógeno que las plantas pueden utilizar directamente …   Diccionario ecologico

  • fijación del nitrógeno — Proceso que convierte el nitrógeno atmosférico en compuestos nitrogenados orgánicos. Se realiza a través de ciertas bacterias nitrificantes del suelo, simbiontes de raíces de plantas superiores y ciertas algas cianofíceas (de color verde azulado …   Diccionario ecologico

  • nitrógeno, fijación del — Cualquier proceso natural o industrial que permite que el nitrógeno libre del aire se combine químicamente con otros elementos para formar compuestos nitrogenados más reactivos, como amoníaco, nitratos o nitritos. Los microorganismos del suelo (p …   Enciclopedia Universal

  • nitrógeno, ciclo del — Circulación de nitrógeno en diversas formas a través de la naturaleza. El nitrógeno es esencial para la vida, pero en la atmósfera está en una forma (de molécula diatómica N2) que no puede ser absorbida por la mayoría de los organismos. La… …   Enciclopedia Universal

  • fijación — s f 1 Acto de fijar o de fijarse algo: la fijación del nitrógeno, fijación de tarifas, fijación de un perno 2 Idea o pensamiento obsesivo de una persona, que se manifiesta en toda ocasión: Tiene la fijación de casarse con una rubia , la tía Nina… …   Español en México

  • Nitrógeno — (Del lat. nitrum < gr. nitron, nitro + gr. gennao, producir.) ► sustantivo masculino QUÍMICA Elemento químico gaseoso, incoloro, transparente, insípido e inodoro que constituye alrededor de las cuatro quintas partes de la atmósfera. SINÓNIMO… …   Enciclopedia Universal

  • Ciclo del nitrógeno — El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que se basa el suministro de este elemento a los seres vivos. Es uno de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la… …   Wikipedia Español

  • ciclo del nitrógeno — Circulación del nitrógeno a través de dos procesos naturales: desde la tierra a las plantas y los animales, que los devuelven a la misma en forma de productos nitrogenados, y mediante fijación bacteriana del nitrógeno atmosférico a través de… …   Diccionario médico

  • Metabolismo microbiano — El metabolismo microbiano es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene la energía y los nutrientes (carbono, por ejemplo) que necesita para vivir y reproducirse. Los microorganismos utilizan numerosos tipos de estrategias… …   Wikipedia Español