Азотфиксация молекулярного азота

Особо важное значение в биологическом круговороте веществ в природе занимает фиксация (связывание) м/о атмосферного газообразного азота – процесс азотфиксации. Значение азотфиксации – вовлечение инертного молекулярного азота в биологический круговорот, обогащение им почвы с помощью микробов азотфиксаторов. Среди них различают две группы:

1.Свободно живущие в почве азотфиксаторы – микробы из группы клостридиум, азотобактер, многие фототрофные бактерии, цианобактерии. Они могут быть аэробами и анаэробами. Анаэробная палочка из рода клостридиум высвобождает в процессе масляно-кислого брожения энергию, которая идет на фиксацию молекулярного азота и переводе его в органическую форму. Аэробный фиксатор азотобактер энергию для азотфиксации черпает за счет дыхательного распада окисляемых веществ. Чистые культуры азотобактера широко используют под названием бактериального удобрения азотобактерин.

2.Бактерии-симбионты, осуществляющие азотфиксацию в симбиозе с растениями. К ним относятся клубеньковые бактерии из рода ризобиум, которые живут в симбиозе с бобовыми. Они находятся в почве, но самостоятельно фиксировать атмосферный азот не способны, а осуществляют его только в симбиозе с растениями, так как для фиксации азота нужна энергия, поставляемая растением. Растения, высаженные в почву, заражаются этими растениями сразу, как только корешок прорастает в почву. Корневые волоски бобовых растений вещества лектины белковой природы. А бактерии - полисахариды. Под влиянием этих веществ между растениями и бактериями происходит тесное взаимодействие. Корневой волосок принимает форму ручки зонтика и выделяет фермент полигалактоуроназу, под влиянием которой разрушается клеточная стенка растительной клетки и бактерии проникают в нее. Бактерии в клетке активно размножаются. Превращаются в бактероиды. Образуется клубенек, а в нем – бактериальный комплекс с растением. Клубеньковые бактерии обеспечивают азотом себя и до 70% азотфиксированного азота отдают растению-хозяину.

Механизм азотфиксации достаточно сложен. Очень много энергии требуется для разрыва тройной связи в молекуле азота -991 кДж на моль. Связывание атмосферного азота осуществляется с помощью фермента нитрогенеазы, пировиноградной кислоты (источник протонов и электронов), энергия АТФ. Общее уравнение азотфиксации:

+2Н+ +2Н+ +2Н+

N = N ------- HN = NH ------- H2N – NH2 ------- 2NH3

Азот диимид гидразин аммиак

На фиксацию одной молекулы азота расходуется 12 молекул АТФ, источником которой является окислительное фосфорилирование. Такой механизм фиксации азота характерен для симбионтов и свободно живущих микробов. Образующийся аммиак служит затем основным компонентом для синтеза аминокислот.