ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ Выполнила студентка 3 курса

ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ Выполнила: студентка 3 курса Химико-биологического факультета Рябошапко Варвара

Цикл трансформации азотсодержащих веществ представлен рядом взаимосвязанных процессов. Аммонификация- процесс минерализации органических азотсодержащих веществ, сопровождающийся выделением аммиака. Разнообразные органические азотсодержащие соединения составляют до 99% всего запаса азота в почве. Первое место среди них занимают белки, на долю которых приходится не менее 50% от органических азотсодержащих соединений.

Разрушение аминокислот начинается с их дезаминирования, т. е. отщепление аминогруппы от молекулы аминокислоты, что приводит к выделению аммиака. Процесс дезаминирования аминокислот происходит различными путями. Наиболее часто наблюдается окислительное дезаминирование аминокислот при участии молекулярного кислорода: R- CHNH 2 - COOH+ 1/2 O 2 = R- COOH +NH 3 Нередко окислительное дезаминирование аминокислот сопровождается декарбоксилированием: R- CHNH 2 - COOH+ O 2= R- CO 2 - COOH +NH 3 Многие аминокислоты подвергаются гидролитическому дезаминированию с помощью НАД- зависимых дегидрогеназ: R- CHNH 2 - COOH + НАД+ + H 2 O = R- COOH + НАД* H 2 + NH 3

В аэробных условиях процесс дезаминирования аминокислот идет, как правило, энергично и завершается окислением углеродного остатка до конечных продуктов – углекислого газа, воды и сульфатов. В анаэробных условиях некоторые аминокислоты подвергаются декарбоксилированию с образованием CO 2 и первичных аминов. Анаэробное сбраживание аминокислот сопровождается накоплением в среде специфических веществ с резким неприятным запахом – аммиака, сероводорода, индола и скатола. Поэтому в быту процесс анаэробной аммонификации белков получил название гниения.

Нитрификация –процесс окисления аммиака до нитритов и нитратов. Осуществляют этот процесс нитрифицирующие бактерии в строго аэробных условиях. О микробиологической природе процесса нитрификации впервые высказал предположение Л. Пастер. Позднее, в 1890 - 1892 гг, С. Н. Виноградский выделил нитрифицирующие бактерии в чистую культуру и показал , что процесс нитрификации протекает в две фазы.

Первая фаза нитрификации – окисление аммиака или солей аммония до нитритов - ведут нитрозные бактерии, относящиеся к родам Nitrococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira NH 4 + 1 ½ O 2 = NO 2 - + H 2 O +2 H+ Из нитрозных бактерии наиболее изучен вид Nitrosomonas europaea. Клетки его имеют форму коротких палочек, размером 1, 0 -1, 5 мкм; подвижные или неподвижные, одиночные либо в коротких цепочках

Вторая фаза нитрификации- окисление нитритов в нитратыосуществляют нитратные бактерии родов Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus: NO 2 - + ½ O 2 = NO 3 - Лучше других нитратных бактерий изучен Nitrobacter winogradskyi, клетки которого имеют грушевидную форму. Размножается почкованием, дочерняя клетка, имеющая один латерально расположенный жгутик, обычно подвижна.

Денитрификация – процесс восстановления нитритов и нитратов денитрифицирующими бактериями до свободного азота. Этот процесс вреден для сельского хозяйства, так как приводит к частичному выносу (приблизительно 20%) азота из почвы. Нитраты в почве расходуются весьма интенсивно. Часть их потребляется в процессе питания растений и самих микроорганизмов, часть вымывается из почвы, а некоторые количество нитратов восстанавливается до газообразной формы азота (NO, N 2) в процессе денитрификации.

Следует различать денитрификацию прямую и косвенную. Под прямой денитрификацией принято понимать биологическое восстановление нитратов и нитритов, осуществляемое микроорганизмами. Косвенная денитрификация – это чисто химический процесс взаимодействия нитритов с аминокислотами, в результате которого образуется молекулярный азот. Косвенная денитрификация характерна для кислых почв при р. H среды ниже 5, 5: R- CHNH 2 - COOH + HNO 2 = R- CHOH – COOH + N 2 + H 2 O

В природе более распространена прямая денитрификация. Она подразделяется на ассимиляционную и диссимиляционную. При ассимиляционной денитрификации нитраты потребляются в качестве источника азота и восстанавливается до аммиака, который расходуется клеткой в процессе биосинтеза. К ассимиляционной денитрификации способны растения и многие бактерии.

В процессе диссимиляционной денитрификации нитраты и нитриты выступают в роли акцепторов электронов в реакциях катаболизма денитрифицирующих бактерии.

Биологическая фиксация молекулярного азота включает процессы фиксации молекулярного азота атмосферы свободноживущими и симбиотическими формами микроорганизмов. Запасы минерального азота в почве невелики и в среднем составляют 150 кг на 1 га пахотного слоя. Запасы молекулярного азота в атмосфере практически неисчерпаемы.

Азотфиксация- это уникальный процесс. Характерный только для прокариотной клетки. Среди царства прокариот способны фиксировать молекулярный азот сине-зеленые водоросли, различные аэробные и анаэробные бактерии и некоторые актиномицеты. Все азотфиксирующие микроорганизмы условно можно подразделить на две группы: свободноживущие в почве и симбиотические, вступающие в симбиоз с высшим растениями.

Представители свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов являются бактерии родов Clostridium и Azotobacter. В последнее время азотфиксаторы открыты среди псевдомонад, спирилл, энтеробактерий, микобактерий, актиномицетов и др групп прокариот.

Симбиотические азотфиксирующие микроорганизмы представлены клубеньковыми бактериями, входящими в симбиоз с бобовыми растениями. Впервые клубеньковые бактерии в клетках клубеньков люпина в 1866 г. описал М. С. Воронин. В современной систематике прокариот клубеньковые бактерии объединены в один род Rhizobium. Симбиотические взаимоотношения клубеньковых бактерий с бобовыми растениями, а соответственно и процесс активной азотфиксации определяется комплексом факторов : условиями аэрации, температурой, влажностью, реакцией р. Н, наличием в среде макро- и микроэлементов.