Definicja pojęcia:

amonifikacja

Amonifikacja – jest to powstawanie amoniaku (NH3) i jonów amonowych (NH4+) w procesie rozkładu przez drobnoustroje związków organicznych zawierających azot. Związki te to przede wszystkim białka, mocznik, kwasy moczowe oraz kwasy nukleinowe pochodzące ze szczątków roślinnych i zwierzęcych oraz z odchodów zwierząt. Całość procesu rozkładu związków organicznych zawierających azot do formy amonowej nosi nazwę mineralizacji.
  1. Cykl azotowy
  2. Etapy krążenia azotu
  3. Wykorzystanie w rolnictwie

Na proces mineralizacji składa się proteoliza oraz amonifikacja.

Proteoliza polega na rozkładzie białek (hydrolizie białek) do peptydów a następnie aminokwasów. Proces ten zachodzi z udziałem enzymów proteolitycznych.

Amonifikacja może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych jak i bez udziały tlenu (beztlenowo). Odbywa się w środowisku o odczynie alkalicznym i kwaśnym oraz w różnych temperaturach i wilgotnościach. Jest to spowodowane dużym zróżnicowaniem mikroorganizmów przeprowadzających ten proces. Mimo możliwości przeprowadzenia procesu, środowisko w jakim się odbywa proces wpływa na jego intensywność. W środowisku kwaśnym amonifikacja przebiega szybciej i produkowane jest więcej jonów amonowych. Wpływ na intensywność mają również warunki atmosferyczne, właściwości gleby, wilgotność oraz pora roku. Amonifikacja jest jednym z etapów cyklu azotowego czyli obiegu azotu w przyrodzie.
Butla ze sprzężonym amoniakiem. By Gas_cylinder_ammonia.jpg: Masurderivative work: Michał Sobkowski [Public domain], via Wikimedia Commons
Amoniak powstaje głównie w procesie deaminacji aminokwasów (reakcji chemicznej polegającej na oddzieleniu od aminokwasu grupy aminowej –NH2) oraz hydrolitycznej deaminacji mocznika katalizowanej przez ureazę (enzym niezbędny do przebiegu reakcji).

Deaminacja mocznika przebiega według reakcji:

H2NCONH2 + H2O -> NH3 + CO2

Rozkład aminokwasów do amoniaku i dwutlenku węgla trwa od 1 do 6 dni.

Do rozkładu białek jest zdolnych wiele gatunków bakterii i grzybów. Przykładem są bakterie Bacillus cereus (Laseczka woskowa), Proteus vulgaris (Odmieniec pospolity) oraz gatunki należące do rodzaju Clostridium. Zdolnością do hydrolizy mocznika cechują się szczepy Sporosarcina pasteurii, Sporosarcina ureae oraz Proteus vulgaris. Bakterie te potrafią wytwarzać ureazę konstytutywnie czyli niezależnie od obecności amoniaku który będzie hamował aktywność enzymu.

Cykl azotowy

Amonifikacja stanowi jeden z etapów cyklu azotowego który opisuje krążenie azotu pomiędzy środowiskiem abiotycznym a organizmami.
Składa się z pięciu etapów:
  • wiązanie wolnego azotu,
  • nitryfikacja,
  • asymilacja,
  • amonifikacja,
  • denitryfikacja.

Z wymienionych procesów tylko na etapie asymilacji nie uczestniczą bakterie.
Obieg azotu w przyrodzie. By translation and minor changes by Blackfish (Cycle azote fr.svg by Nojhan) [CC BY-SA 3.0 ], via Wikimedia Commons

Etapy krążenia azotu

Wiązanie wolnego azotu – wiązanie wolny azot (N2) w cząsteczce przyswajalnej przez organizmy – amoniak (NH3). Podczas procesów spalania, wyładowań atmosferycznych, erupcji wulkanicznych oraz niektórych procesów przemysłowych następuje wiązanie azotu w azotanach. W glebie oraz w środowiskach wodnych następuje wiązanie azotu przez bakterie azotowe np. sinice (cyjanobakterie) oraz inne wolnożyjące bakterie symbiotyczne. Bakterie azotowe w celu rozbicia azotu cząsteczkowego i połączenia azotu z wodorem wytwarzają niezbędny enzym – nitrogenazę. Enzym ten działa jedynie w warunkach beztlenowych w związku z czym bakterie izolują się od środowiska tlenowego np. poprzez wytwarzanie warstwy śluzu lub życie wewnątrz brodawek korzeniowych na roślinach motylkowych.

Nitryfikacja – przekształcenie amoniaku (NH3) lub jonu amonowego (NH4+) do jonu azotanwego (NO3-) przez bakterie nitryfikacyjne. Proces ten przebiega dwustopniowo. W pierwszej kolejności występujące w glebie bakterie z rodzaju Nitrosomonas i Nitrococcus przekształcają amoniak w jon azotynowy (NO2-). Następnie azotyn jest utleniany do azotanu przez bakterie glebowe Nitrobacter.

Asymilacja – pobieranie azotu. Powstałe w wyniku wiązania i nitryfikacji jony azotanowe (NO3-), jony amonowe (NH4+) oraz amoniak (NH3) są asymilowane przez korzenie roślin. Azot pobrany w tej postaci może być wbudowywany w białka, kwasy nukleinowe oraz w chlorofil roślin. Dalej trafia do roślinożerców, którzy zjadając tkanki roślinne przyswajają zawarty w nich azot, a następnie wbudowują go we własne kwasy nukleinowe oraz białka.
Nitrobakter - bakteria nitryfikacyjna. By Professor William Hickey [CC BY-SA 2.0 ], via Wikimedia Commons
Amonifikacja – przekształcenie organicznych związków azotu do amoniaku (NH3) i jonów amonowych (NH4+). Rozpoczyna się gdy azot staje się częścią zbędnych produktów przemiany materii (u ssaków jest to mocznik a u ptaków kwas moczowy) lub martwych organizmów. Proces ten przeprowadzany jest przez znajdujące się w glebie lub w środowisku wodnym bakterie amonifikacyjne. Powstały w ten sposób amoniak może być ponownie wykorzystany w procesach nitryfikacji i asymilacji.

Denitryfikacja – redukcja jonów azotanowych (NO3-) do wolnego azotu (N2) który zostaje uwolniony do atmosfery w postaci gazowej. Proces ten przeprowadzany jest przez bakterie denitryfikacyjne, które należą do anaerobów, czyli są beztlenowcami. W związku z tym żyją miejscach niedostępnych dla wolnego tlenu np. w głębokich warstwach gleby bądź w wodach gruntowych. Analogicznym procesem, również przeprowadzanym przez bakterie, jest proces anammox. Prowadzi do bezpośredniego utleniania nadmiernych jonów amonowych do azotu gazowego.

Wykorzystanie w rolnictwie

Amonifikacja jest procesem stosowanym do produkcji nawozów. Azot jako pierwiastek budujący białka, kwasy nukleinowe oraz chlorofil jest niezbędny wszystkim organizmom. W postaci gazowej (N2) jest bardzo stabilny i trudno się łączy z innymi pierwiastkami. Dzięki wyżej opisanym przemianom azot pochodzący ze związków organicznych staje się przyswajalny dla roślin. Nawozy azotowe należą do grupy nawozów mineralnych i mają bardzo duże znaczenie gospodarcze. Wpływają pozytywnie na plonowanie większości roślin oraz na zwiększenie masy zielonej. Niedobór azotu wpływa na osłabienie krzewienia, zmianę pokroju rośliny, zmniejszenie jakości plonu, skrócenie łodyg, spadek poziomu chlorofilu oraz skrócenie okresu wegetacji.
Amonifikacja jest procesem stosowanym do produkcji nawozów. fot. pixabay.com

Bibliografia

  1. Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee; “Biologia”; Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1996;
  2. Gary W. VanLoon, Stephen J. Duffy; “Chemia środowiska ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007;
  3. Grażyna Łabno ; “Ekologia. Słownik encyklopedyczny”; Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006;
  4. Zdzisława Otałęga (red. nacz.),; “Encyklopedia biologiczna T. I”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998;
  5. Janet I. Sprent; “The Ecology of the Nitrogen Cycle”; Cambridge University Press, 1987;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.7
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy