El nitrógeno, las enzimas microbianas y la agricultura

Ciclo dle nitrógeno
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El ciclo del nitrógeno es un modelo científico que describe el comportamiento y la transformación de las moléculas que contienen nitrógeno en la naturaleza, uno de los elementos químicos más importantes para la vida en nuestro planeta después del carbono. Está presente en la atmósfera (es el principal componente, representa cerca del 80%), en el agua y en el suelo (seres vivos como las plantas, microorganismos, etc.).

 

La importancia del nitrógeno.

 

El nitrógeno puede encontrarse formando muchas especies químicas, por lo que su estudio científico es una tarea compleja de abordar globalmente. Esto se debe en parte, a que se conocen tantas especies nitrogenadas como estados de oxidación del nitrógeno existen (del +5 al -3). Algunas de ellas son fundamentales para la vida como el nitrógeno orgánico (el que contienen moléculas orgánicas como los aminoácidos), el amonio (NH4+), la hidroxilamina (NH2OH), nitrato (NO3-), nitrito (NO2-), los óxidos de nitrógeno (como el N2O y el NO) y el nitrógeno (N2). A grandes rasgos, el ciclo del nitrógeno lo podemos resumir en varios procesos: la fijación de nitrógeno (transforma el N2 atmosférico en NH4+, especie disponible para los seres vivos como las plantas), la asimilación y su proceso inverso, la mineralización (transforma en NH4+ a nitrógeno orgánico y viceversa), la nitrificación (de NH4+ a NO3-) y la desnitrificación (que cierra el ciclo transformando el NO3– a N2).

 

El ciclo del nitrógeno y la agricultura.

 

Como podemos apreciar, el ciclo del nitrógeno implica numerosos procesos que suceden en la naturaleza en función de las condiciones medioambientales (como por ejemplo si hay o no presencia de oxígeno y las condiciones redox). Este ciclo es de especial interés para la agricultura, y se ha estudiado bajo distintas aproximaciones científicas (químicas, microbiológicas, bioquímicas, edafológicas, ecológicas, atmosféricas, etc.). De hecho, investigar cada uno de los procesos por separado ya es un reto por si solo. A pesar de esta complejidad, todos tienen algo en común: Los microorganismos son los principales seres vivos responsables de los mismos, por lo que la microbiología del ciclo del nitrógeno nos brinda una información imprescindible para su correcto entendimiento. De hecho, en la literatura científica es común nombrarlo como ciclo biogeoquímico del nitrógeno, un concepto mucho más holístico al incluir el prefijo “bio” (Vida) y “geo” (Tierra).

 

La importancia de los microorganismos del suelo.

 

Al hablar del papel de los microorganismos en el ciclo del nitrógeno nos referimos a su metabolismo, o mejor dicho, a como asimilan los compuestos nitrogenados que requieren para su crecimiento. El metabolismo del nitrógeno microbiano está gobernado por su equipo enzimático que cataliza todos los procesos que intervienen en el ciclo del nitrógeno. Así, algunas enzimas clave del ciclo del nitrógeno son la nitrogenasa (la encargada de transformar biológicamente el N2 atmosférico, el componente mayoritario de nitrógeno en la naturaleza, a NH4+) o la óxido nitroso reductasa (que devolvería el N2 a la atmósfera vía transformación del gas de efecto invernadero N2O).

Conocer los factores ambientales que afectan a los microorganismos involucrados en el ciclo del nitrógeno y el funcionamiento de sus enzimas son dos de las principales aproximaciones científicas que se usan en la actualidad.

La fuente:

ResearchBlogging.org
Martínez‑Espinosa, R., Cole, J., Richardson, D., & Watmough, N. (2011). Enzymology and ecology of the nitrogen cycle Biochemical Society Transactions, 39 (1), 175-178 DOI: 10.1042/BST0390175

Para profundizar:
Enzymology and ecology of the nitrogen cycle. Biochemical Transaction Conference 2012.
The Nitrogen Cycle: Processes, Players, and Human Impact.

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