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:

N₂ + 16ATP + 8e^- + 8H⁺ → 2NH₃ + 8H₂ + 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 a 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.

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Fijación Biológica de Nitrógeno

  La fijación biológica de nitrógeno (FBN) ocurre cuando el nitrógeno atmosférico se convierte en amonio por un par de enzimas bacterianas llamadas nitrogenasa.^[1] La fórmula de la FBN ei:

N₂ + 8H⁺ + 8e⁻ + 16 ATP → 2NH₃ + H₂ + 16ADP + 16 P_i

Aunque el amoníaco (NH₃) es el producto directo de esta reacción, es rápidamente ionizada a amonio (NH₄⁺). 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 bacteriaa, las enzimas nitrogenasas son muy susceptibles a la destrucción por oxígeno (muchas bacterias cesan de producir enzimas en presencia de oxígeno).^[1] 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)^{[1] [2]} La inmensa mayoría de las leguminosas tienen esa asociación, pero pocos géneros como Styphnolobium no.

Fijación de nitrogeno por no-leguminosas

Lejos, 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 en 8 familias. 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, Purshia, Dryas

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

• Azolla (Helecho mosquito)
• Cicadas
• Gunnera

Véase también

• Denitrificación
• Nitrificación
• Ciclo del nitrógeno
• Deficiencia de nitrógeno
• Johanna Döbereiner
• George Washington Carver
• Masanobu Fukuoka (Método Fukuoka)

Enlaces externos

• Fijación de Nitrógeno