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La fissazione dell’azoto è il processo mediante il quale l’azoto viene prelevato dalla sua forma molecolare relativamente inerte (N2) nell’atmosfera e convertito in composti azotati utili per altri processi chimici (come, in particolare, ammoniaca, nitrati e biossido di azoto) .
La fissazione dell’azoto viene eseguita naturalmente da un certo numero di procarioti diversi, compresi i batteri e gli actinobatteri alcuni tipi di batteri anaerobici. I microrganismi che fissano l’azoto sono chiamati diazotrofi. Alcune piante superiori e alcuni animali (termiti) hanno formato associazioni con diazotrofi.
La fissazione biologica dell’azoto è stata scoperta dal microbiologo olandese Martinus Beijerinck.
La fissazione biologica dell’azoto
La fissazione biologica dell’azoto (BNF) si verifica quando l’azoto atmosferico viene convertito in ammoniaca da una coppia di enzimi batterici chiamati nitrogenasi . La formula per BNF è:
N2 + 8H+ + 8e – + 16 ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
Sebbene l’ammoniaca (NH3) sia il prodotto diretto di questa reazione, viene rapidamente ionizzata in ammonio (NH4+). Nei diazotrofi a vita libera, l’ammonio generato dall’nitrogenasi viene assimilato nel glutammato attraverso la via glutammina sintetasi / glutammato sintasi.
Nella maggior parte dei batteri, gli enzimi nitrogenasi sono molto suscettibili alla distruzione da parte dell’ossigeno (e molti batteri cessano la produzione dell’enzima in presenza di ossigeno) . Bassa tensione di ossigeno è raggiunto da diversi batteri da: vivere in condizioni anaerobiche, respirando per ridurre i livelli di ossigeno o legando l’ossigeno con una proteina (ad esempio legaemoglobina) . La grande maggioranza dei legumi ha questa associazione, ma alcuni generi (ad esempio, Styphnolobium) non lo fanno.
Piante non leguminose di fissaggio dell’azoto
Le piante di molte altre famiglie hanno associazioni simili, tra cui: * Lobaria di licheni e di alcuni altri licheni
- Zanzara fern (Azolla specie)
- Cicadee
- Gunnera
- Ontano (Alnus specie)
- Ğceanothus (Ğceanothus specie)
- Cera di mirto (Myrica specie)
- Montagna-mogano (Cercocarpus specie)
- Bitterbrush (Tridentata tridentata)
- Buffalo berry (Shepherdia argentea)
- Ironwood (Casuarina specie), Sheoak (Allocasuarina specie), e altri generi nel Casuarinaceae
Chimica fissazione dell’azoto
Azoto può anche essere fissato artificialmente per l’uso in fertilizzanti, esplosivi o in altri prodotti. Il metodo più popolare è il processo Haber. Questa produzione artificiale del fertilizzante ha raggiunto tale scala che ora è la più grande fonte di azoto fisso nell’ecosistema della Terra.
Il processo Haber richiede alte pressioni e temperature molto elevate e la ricerca attiva è impegnata nello sviluppo di sistemi catalizzatori che convertono l’azoto in ammoniaca a temperatura ambiente. Il primo complesso dinitrogeno è stato scoperto nel 1965 sulla base di ammoniaca coordinata al rutenio (2+) Questa scoperta è stata seguita dal primo esempio di scissione omolitica dell’azoto da un complesso di molibdeno a due equivalenti di un complesso MON triplo legato (1995). Il primo sistema catalitico che converte l’azoto in ammoniaca a temperatura ambiente e 1 atmosfera è stato scoperto nel 2003 e si basa su un altro catalizzatore di molibdeno, una fonte di protoni e un forte agente riducente .
