Nitrogenkrinsløpet

Kvifor er nitrogen viktig?

Nitrogen er eit heilt nødvendig stoff for levande organismar og eit stoff som kan avgrense både produksjon og nedbryting i økosystema. Cellene bruker nitrogen til å bygge opp organiske molekyl som

• nukleinsyrer (DNA, RNA)

• energiberarar (ATP, NADH, FAD)

• protein, vitamin, hormon og pigment

Nitrogenatoma i N₂ er bundne sterkt saman med trippelbindingar, og det trengst mykje energi for å bryte bindingane. Derfor må bakteriar med dei rette enzyma hjelpe til.

Dei fire prosessane i krinsløpet

For å få oversikt over nitrogenkrinsløpet er det nyttig å sjå på dei viktigaste prosessane som skjer:

1. Nitrogenfiksering: Nitrogengass (N₂) frå atmosfæren blir omdanna til ammonium (NH₄⁺) eller ammoniakk (NH₃).

2. Ammonifisering: Organiske nitrogensambindingar blir brotne ned til ammonium/ammoniakk.

3. Nitrifikasjon: Ammonium/ammoniakk blir omdanna til nitritt (NO₂^-) og vidare til nitrat (NO₃^-) ved hjelp av bakteriar. Nitritt er eit kortliva mellomprodukt i denne prosessen. Derfor ser vi bort frå det vidare i teksten.

4. Denitrifikasjon: Nitrat blir omdanna til nitrogengass ved hjelp av bakteriar og frigjort til atmosfæren.

Under går vi nærmare inn på kvar av prosessane.

Nitrogenfiksering (nitrogenbinding)

Nitrogenfiksering er prosessar der nitrogen i atmosfæren blir tilgjengeleg for organismane. Dette kan skje ved

• biologisk omdanning

• lynnedslag

• produksjon av mineralgjødsel

Biologisk omdanning

Bakteriar som lever fritt i jorda eller i rotknollar i symbiose med ei plante, kan gjere om N₂ frå lufta til tilgjengeleg nitrogen i form av NH₃. Det trengst mykje energi for å bryte opp bindingane som held N₂-molekylet saman, men enzymet nitrogenase senkar aktiveringsenergien til reaksjonen slik at han skjer lettare. Energien som trengst, kjem frå celleandinga til bakteriane. Viss bakterien lever i symbiose, kjem han frå planta.

${\mathrm{N}}_2+energi\to {\mathrm{NH}}_3$

Det er først og fremst planter i erteblomstfamilien som lever i symbiose med slike bakteriar, men også andre plantar kan leve i symbiose, til dømes treslaget or og myrveksten pors.

Lynnedslag

I lynnedslag er det så mykje energi at N₂ i atmosfæren kan reagere med oksygen og danne nitrogenoksid (NO og NO₂). Desse oksida kan i sin tur reagere med vatn og danne salpetersyre (HNO₃). Ved nedbør blir salpetersyra tilført jorda slik at NO₃^- blir tilgjengeleg for planter.

Mineralgjødsel

I industrien blir det laga mineralgjødsel ved hjelp av ein reaksjon mellom H₂ og N₂ der ein tilfører store mengder energi for å få danna NH₃. NH₃ blir brukt så vidare til å lage mellom anna NH₄⁺ og NO₃^-, som er former for nitrogen som plantene kan ta opp og bruke direkte.

Ammonifisering

I tillegg til nitrogenfiksering bidreg òg avfallsstoff frå dyr og nedbryting av døde dyr og planter til å gjere nitrogensambindingar tilgjengelege i krinsløpet. Bakteriar og sopp bryt ned organiske nitrogensambindingar og dannar NH₄⁺ i ein prosess som kallast ammonifisering.

Nitrifikasjon

I den vidare omdanninga blir NH₃ og NH₄⁺ til NO₃^-. Sjølv om nokre planter kan ta opp NH₄⁺ direkte, er NO₃^- den nitrogensambindinga som er mest tilgjengeleg for dei fleste plantene.

NH₄⁺ → NO₃^-

Nitrifikasjon blir utført av bakteriar ved hjelp av spesifikke enzym. Legg merke til at nitrogensambindingane på dette steget i krinsløpet inneheld oksygen. Det betyr at nitrifikasjon må gå føre seg når det er oksygen til stades, altså under aerobe forhold.

Nitrifikasjonsbakteriar er kjemoautotrofe: Dei får energi frå nedbryting av nitrogensambindingar. Grøne planter derimot får energi frå lys, dei er fotoautotrofe. Begge gruppene treng energi til bygge opp organiske molekyl som karbohydrat, feitt og protein med CO₂ som karbonkjelde.

Denitrifikasjon

Å denitrifisere betyr å fjerne nitrat, og det er akkurat det som skjer i denne prosessen. Denitrifiserande bakteriar gjer om nitrat til nitrogengass. Som eit mellomprodukt blir det òg danna lystgass (N₂O), som er ein svært sterk drivhusgass. Begge gassane blir frigjorde til atmosfæren, og prosessen fører dermed til eit tap av nitrogen.

NO₃^- → N₂O → N₂

Denitrifikasjon er ein anaerob prosess, og han blir hemma av oksygengass. Hos denitrifiserande bakteriar blir nitrat brukt i celleandinga i staden for oksygen.

Opptak i planter

Planter tek opp nitrogen i form av NO₃^- og NH₄⁺. Opptaket krev vanlegvis energi i form av ATP. Næringsstoffa blir transporterte med vatn i vedvevet ut til blada. Her blir nitrogenet brukt til å bygge organiske molekyl. Nitrogenet er derfor nødvendig for vekst og fotosyntese i plantene.

Test deg sjølv!