Amoníaco

A temperatura ambiente, es un gas incoloro con un olor acre. Dado que el nitrógeno es un componente de los aminoácidos, es abundante en compuestos biológicos como las proteínas. Dado que el amoníaco es un subproducto común o un desperdicio de los procesos biológicos y es tóxico en el cuerpo, debe procesarse en el hígado en el ciclo de la urea para que los riñones excreten la urea y eliminen el amoníaco del cuerpo. Aunque el nitrógeno es esencial en el cuerpo, el metabolismo animal no puede sintetizar amoníaco a partir del abundante N2 de la atmósfera. La vida animal debe depender del amoníaco y otros compuestos nitrogenados que son posibles gracias a la fijación del nitrógeno por las plantas.

Fijación del Nitrógeno

La fijación del nitrógeno en las raíces de las plantas como las leguminosas es la única vía biológica para proporcionar nitrógeno al proceso vital esencial como la producción de aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas.

La conversión del N₂ atmosférico en amoníaco, NH₃, utiliza un proceso en los nódulos de las raíces de las plantas leguminosas que involucra enzimas con los metales hierro y molibdeno (a veces vanadio). La ruptura real del fuerte triple enlace del N₂ y la producción del NH₃ y otros compuestos nitrogenados se logra mediante bacterias en una relación simbiótica con grupos de plantas como las leguminosas. Los tipos de microorganismos se denominan diazótrofos. Las enzimas involucradas se denominan nitrogenasas.

Existen relaciones no simbióticas más flexibles (llamadas asociaciones) entre diazótrofos y plantas como el arroz, donde la fijación de nitrógeno tiene lugar en las raíces.

La reacción general para la conversión a amoníaco habilitada por la enzima nitrogenasa se puede escribir:

Se puede ver que este es un proceso que consume mucha energía por el requisito de 16 moléculas de ATP ricas en energía. La conversión de N₂ en amoníaco ocurre en un grupo de metales llamado FeMoco, una abreviatura del cofactor hierro-molibdeno. El mecanismo procede a través de una serie de pasos de protonación y reducción en los que el sitio activo FeMoco hidrogena el sustrato N₂.

Algunas plantas que contribuyen a la fijación del nitrógeno son miembros de la familia de las leguminosas: kudzu, trébol, soja, alfalfa, lupino y maní. Contienen las bacterias rizobios simbióticas dentro de nódulos en sus sistemas radiculares. Estos nódulos limitan la exposición al oxígeno, que descompone rápidamente las enzimas nitrogenasas. La fijación de nitrógeno puede ocurrir por comunidades bacterianas diazotróficas en la madera en descomposición. Esto puede enriquecer el contenido de nitrógeno de la madera, permitiendo la descomposición de la madera muerta por hongos..

Se produce una gran cantidad de fijación de nitrógeno en los océanos, quizás la mitad. Las cianobacterias en los mares son una fuente importante de tal producción de nitratos.