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La fijación de nitrógeno es el proceso por el cual el nitrógeno se extrae de su forma molecular relativamente inerte (N2) en la atmósfera y se convierte en compuestos de nitrógeno útiles para otros procesos químicos (como, en particular, amoníaco, nitrato y dióxido de nitrógeno) .
La fijación de nitrógeno se realiza de forma natural por una serie de procariotas diferentes, incluidas bacterias y actinobacterias, ciertos tipos de bacterias anaerobias. Los microorganismos que fijan el nitrógeno se denominan diazótrofos. Algunas plantas superiores, y algunos animales ( termitas), han formado asociaciones con diazótrofos.
La fijación biológica de nitrógeno fue descubierta por el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck.
Fijación biológica de nitrógeno
La Fijación biológica de nitrógeno (BNF) se produce cuando el nitrógeno atmosférico se convierte en amoníaco por un par de enzimas bacterianas llamadas nitrogenasa . La fórmula para BNF es:
N2 + 8H+ + 8e – + 16 ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
Aunque el amoníaco (NH3) es el producto directo de esta reacción, se ioniza rápidamente a amonio (NH4+). En los diazótrofos de vida libre, el amonio generado por la nitrogenasa se asimila al glutamato a través de la vía de la glutamina sintetasa/glutamato sintasa.
En la mayoría de las bacterias, las enzimas nitrogenasas son muy susceptibles a la destrucción por el oxígeno (y muchas bacterias dejan de producir la enzima en presencia de oxígeno) . La baja tensión de oxígeno se logra por diferentes bacterias al: vivir en condiciones anaeróbicas, respirar para reducir los niveles de oxígeno o unir el oxígeno con una proteína (por ejemplo, legahemoglobina) . La gran mayoría de las legumbres tienen esta asociación, pero algunos géneros (por ejemplo, Styphnolobium) no lo tienen.
Plantas fijadoras de nitrógeno no leguminosas
Las plantas de muchas otras familias tienen asociaciones similares, incluyendo: * Lobaria líquenes y algunos otros líquenes
- helecho Mosquito (Azolla especies)
- Cicas
- Gunnera
- Aliso (Alnus especies)
- Ceanothus (Ceanothus especies)
- Cera de mirto (Myrica especies)
- Montaña-caoba (Ledifolius especies)
- Bitterbrush (el tridentata tridentata)
- Buffalo berry (Shepherdia argentea)
- Ironwood (Casuarina especies), Sheoak (Allocasuarina especies), y otros géneros en el Casuarinaceae
Química fijación de nitrógeno
Nitrógeno también puede ser fijado artificialmente para su uso en fertilizantes, explosivos u otros productos. El método más popular es el proceso Haber. Esta producción de fertilizantes artificiales ha alcanzado tal escala que ahora es la mayor fuente de nitrógeno fijo en el ecosistema de la Tierra.
El proceso Haber requiere altas presiones y temperaturas muy altas, y la investigación activa está comprometida con el desarrollo de sistemas catalizadores que convierten nitrógeno en amoníaco a temperatura ambiente. El primer complejo de dinitrógenos fue descubierto en 1965 basado en amoníaco coordinado con rutenio (2+) Este descubrimiento fue seguido por el primer ejemplo de escisión homolítica de nitrógeno por un complejo de molibdeno a dos equivalentes de un complejo de triple enlace MoN (1995). El primer sistema catalítico que convierte nitrógeno en amoníaco a temperatura ambiente y 1 atmósfera se descubrió en 2003 y se basa en otro catalizador de molibdeno, una fuente de protones y un fuerte agente reductor .
