El ciclo del nitrógeno explica cómo fluye el nitrógeno entre los animales, las bacterias, las plantas, la atmósfera y el suelo de la tierra. La singularidad del ciclo del nitrógeno es que el nitrógeno es el gas más abundante en la atmósfera terrestre, alrededor del 78% de todo el aire, pero no puede ser utilizado directamente por los animales y las plantas a menos que se convierta en compuestos utilizables.
Su importancia se debe a su papel clave en la formación de núcleos y aminoácidos. También es una parte esencial del trifosfato de adenosina (ATP), que es la principal molécula de energía para los seres vivos. Para que el nitrógeno sea utilizado por plantas y animales, tiene que cambiar a varios estados a través del ciclo del nitrógeno.
Los principales cambios en el ciclo del nitrógeno incluyen la fijación del nitrógeno, nitrificación, asimilación, amonificación y desnitrificación. Estos cambios en los diferentes óxidos de nitrógeno dependen de diversas actividades de microorganismos como bacterias y hongos.
Procesos del Ciclo del Nitrógeno
- Fijación de nitrógeno
La fijación del nitrógeno es el proceso de convertir el nitrógeno atmosférico (N2) en nitrógeno en estado biológico. Es el primer proceso de poner nitrógeno a disposición de las plantas. Se define como un proceso anaeróbico (sin oxígeno) que cataliza la reducción del nitrógeno atmosférico (N2) en amoniaco (NH3).
El proceso es llevado a cabo únicamente por procariotas (bacterias) que tienen la fuerza natural para romper el triple enlace entre los átomos de nitrógeno. Estos organismos fijadores de nitrógeno son bacterias de vida libre, mientras que otros son fijadores de nitrógeno simbióticos. Un ejemplo de fijador de nitrógeno es la bacteria Rhizobium en las raíces de las leguminosas (soja, guisantes o tréboles).
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Otros tipos de procariotas fijadores de nitrógeno están ampliamente distribuidos en diferentes ambientes, incluyendo los terrestres y acuáticos. Una enzima especial conocida como dinitrogenasa es responsable del proceso de fijación. Una vez que el nitrógeno ha sido reducido a amoníaco, las plantas pueden usarlo para hacer otros compuestos biológicos a través de la síntesis de enzimas, ácidos nucleicos, clorofila y proteínas.
- Nitrificación
La nitrificación es el proceso por el cual los iones de amonio (NH4) se convierten en nitruros, primero en nitritos (NO2-) y luego en nitratos (NO3-). Aún así, este proceso es realizado por las bacterias fijadoras de nitrógeno. El primer paso es la oxidación del amoníaco a nitrato, realizada por microbios llamados oxidantes de amoníaco.
El segundo paso es la oxidación del nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-). Las bacterias participantes aquí se denominan bacterias oxidantes del nitrógeno e incluyen nitrococos, nitrobacterias y nitrosomonas.
- Asimilación
La asimilación se refiere a cómo las plantas y los animales obtienen nitrógeno. Las raíces de las plantas absorben los nitratos del suelo en las raíces y luego en todo el sistema de la planta. Las plantas entonces usan los nitratos en la síntesis de ácidos nucleicos, enzimas, aminoácidos, proteínas y clorofila. Por otro lado, los animales asimilan el nitrógeno comiéndose las plantas.
- Amonificación
La amonificación también se denomina proceso de descomposición. Ocurre cuando la planta o el animal muere y luego los descomponedores como los hongos y las bacterias descomponen los tejidos y transforman el nitrógeno de nuevo en amonio. El amonio vuelve a entrar en el ciclo del nitrógeno, donde es absorbido por las plantas y otros microorganismos para su desarrollo. Los residuos animales también liberan amonio en el ciclo del nitrógeno.
- Desnitrificación
La desnitrificación es el proceso que transforma el nitrato en gas nitrógeno, devolviéndolo a la atmósfera. Este proceso libera el exceso de nitrógeno del suelo a la atmósfera. Los procariotas especiales conocidos como bacterias desnitrificantes llevan a cabo este proceso de inversión de los nitratos en gas nitrógeno.
A diferencia de la nitrificación, este proceso es anaeróbico (utiliza oxígeno) y las bacterias involucradas son del género Pseudomonas, Paracoccus y Bacillus. El gas dinitrógeno (N2) es el resultado final de la desnitrificación, pero también pueden liberarse otras formas gaseosas relacionadas con el nitrógeno. Un buen ejemplo es el óxido nitroso (N2O), que se considera un gas de efecto invernadero potencial.
