2007 scholen Wikipedia selectie. Verwante onderwerpen: algemene biologie; Algemene Chemie
stikstoffixatie is het proces waarbij stikstof uit zijn relatief inerte moleculaire vorm (N2) in de atmosfeer wordt genomen en wordt omgezet in stikstofverbindingen die nuttig zijn voor andere chemische processen (zoals ammoniak, nitraat en stikstofdioxide) .
stikstoffixatie wordt van nature uitgevoerd door een aantal verschillende prokaryoten, waaronder bacteriën, en actinobacteriën bepaalde soorten anaërobe bacteriën. Micro-organismen die stikstof fixeren worden diazotrofen genoemd. Sommige hogere planten, en sommige dieren (termieten), hebben associaties met diazotrofen gevormd.
biologische stikstoffixatie werd ontdekt door de Nederlandse microbioloog Martinus Beijerinck.
biologische stikstoffixatie
biologische stikstoffixatie (BNF) vindt plaats wanneer atmosferische stikstof wordt omgezet in ammoniak door een paar bacteriële enzymen genaamd nitrogenase . De formule voor BNF is::
N2 + 8H+ + 8e – + 16 ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
hoewel ammoniak (NH3) het directe product van deze reactie is, wordt het snel geïoniseerd tot ammonium (NH4+). In vrijlevende diazotrofen wordt het door nitrogenase gegenereerde ammonium geassimileerd in glutamaat via de glutaminesynthetase / glutamaatsynthase-route.
bij de meeste bacteriën zijn de nitrogenase-enzymen zeer gevoelig voor vernietiging door zuurstof (en veel bacteriën stoppen met de productie van het enzym in aanwezigheid van zuurstof) . Lage zuurstofspanning wordt bereikt door verschillende bacteriën door: leven in anaërobe omstandigheden, respiring naar beneden zuurstof niveaus, of binding van de zuurstof met een eiwit (bijvoorbeeld leghemoglobine) . De grote meerderheid van de peulvruchten hebben deze associatie, maar een paar geslachten (bijvoorbeeld Styphnolobium) niet.
niet-leguminiumstikstoffixatie-installaties
planten uit vele andere families hebben soortgelijke associaties, waaronder: * Lobaria korstmossen en enkele andere korstmossen
- Mug fern (Azolla soorten)
- Palmvarens
- Gunnera
- Elzen (Alnus soorten)
- Ceanothus (Ceanothus soorten)
- Wax myrtle (Myrica soorten)
- Bergen-mahonie (Cercocarpus soorten)
- Bitterbrush (Purshia tridentata)
- Buffalo berry (Shepherdia argentea)
- Ironwood (Casuarina soorten), Sheoak (Allocasuarina soorten), en andere geslachten in de Casuarinaceae
Chemische stikstof fixatie
Stikstof kan ook worden kunstmatig gefixeerd voor gebruik in kunstmest, explosieven of andere producten. De meest populaire methode is door het Haber-proces. Deze kunstmestproductie heeft een zodanige schaal bereikt dat het nu de grootste bron van vaste stikstof in het ecosysteem van de aarde is.
het Haber-proces vereist hoge drukken en zeer hoge temperaturen en er wordt actief onderzoek verricht naar de ontwikkeling van katalysatorsystemen die stikstof omzetten in ammoniak bij omgevingstemperaturen. Het eerste dinitrogencomplex werd ontdekt in 1965 gebaseerd op ammoniak gecoördineerd met ruthenium (2+) Deze ontdekking werd gevolgd door het eerste voorbeeld van homolytische splitsing van stikstof door een molybdeencomplex tot twee equivalenten van een triple bonded MoN-complex (1995). Het eerste katalytische systeem dat stikstof omzet in ammoniak bij kamertemperatuur en 1 atmosfeer werd ontdekt in 2003 en is gebaseerd op een andere molybdeenkatalysator, een proton bron en een sterk reductiemiddel .
