chimica-online.it

Ciclo dell'azoto

Il ciclo dell'azoto: spiegazione passo a passo

L'azoto è uno dei costituenti principali delle proteine e degli acidi nucleici, è pertanto facile da intuire che questo elemento chimico è di fondamentale importanza per gli esseri viventi.

Questi ultimi riciclano l'azoto disponibile nella biosfera attraverso una serie di processi che nel loro insieme costituiscono il cosiddetto ciclo dell'azoto.

Una enorme quantità di azoto lo si trova nell'atmosfera allo stato molecolare (N2) come costituente dell'aria.

Però, solo alcuni microrganismi detti azotofissatori (come alcuni batteri aerobici e anaerobici e alcune alghe azzurre) sono capaci di utilizzare direttamente l'azoto molecolare presente nell'aria trasformandolo in azoto ammoniacale (ammoniaca, NH3 o ione ammonio, NH4+).

La quasi totalità dei microrganismi è in grado di utilizzare solo l'azoto in forma combinata.

La maggior parte dell'azoto in forma combinata presente nel terreno è dovuto ai seguenti fattori:

  • decomposizione di organismi vegetali;
  • decomposizione di organismi animali;
  • prodotti di escrezione animale come ad esempio l'urea.

In realtà, piccole quantità di ioni nitrici si formano a causa di scariche elettriche nell'atmosfera. Tali ioni giungono successivamente nel terreno per mezzo della pioggia.

Attraverso un processo noto con il nome di ammonificazione dovuto a particolari batteri ammonificanti, l'azoto presente nelle sostanze organiche più svariate viene trasformato in azoto ammoniacale (ammoniaca, NH3 o ione ammonio, NH4+).

Successivamente, in un processo noto con il nome di nitrificazione, l'azoto ammoniacale (formatosi come descritto in precedenza), viene attaccato da batteri nitrosatori (Nitrosomonas) e nitratatori (Nitrobacter) che ossidano rispettivamente lo ione ammonio in ione nitroso, NO2-, e quest'ultimo in ione nitrico, NO3-.

N.B. ione nitroso (NO2-, ione nitrito) per indicare che deriva dall'acido nitroso; ione nitrico (NO3-, ione nitrato) per indicare che deriva dall'acido nitrico.

Alcuni batteri noti come denitrificanti (per esempio Pseudomonas), operano tutta una serie di reazioni inverse, riducenti, e trasformano gli ioni nitrici in ammoniaca o determinano la liberazione di azoto molecolare (N2) nell'atmosfera. Tali batteri impoveriscono pertanto il terreno di azoto combinato (denitrificazione).

In tutti questi processi, che si svolgono nel terreno a opera di microrganismi, si inseriscono i vegetali superiori fotoautotrofi; questi ultimi, per il loro metabolismo, richiedono azoto combinato presente sia come ione ammonio (NH4+) che come ione nitrico (NO3-).

Tuttavia assorbendo gli ioni ammonio il pH del terreno diventerebbe acido per l'accumulo degli anioni dei rispettivi sali che tenderebbero a dare idrolisi acida.

Un pH acido del terreno non è adatto alla vita dei vegetali stessi. Essi pertanto preferiscono assorbire gli ioni nitrici (NO3-) dei sali i cui cationi tendono a dare idrolisi basica.

In questo modo si ha un aumento del pH del terreno (e quindi dell'alcalinità) molto meno dannoso, in genere, dell'aumento dell'acidità.

Il nitrato d'ammonio (NH4NO3) rappresenta la fonte di azoto meglio utilizzabile dai vegetali in quanto è costituito da due ioni (ione ammonio NH4+ e ione nitrico NO3-) che possono essere assorbiti senza che si determini alcuna variazione di pH del terreno.

Con l'intervento del nicotinammide dinucleotide fosfato che passa dalla forma ridotta (NADPH) a quella ossidata (NADP+), gli ioni nitrici assorbiti dai vegetali autotrofi subiscono a livello cellulare un processo di riduzione ad ammoniaca (NH3).

L'ammoniaca così ottenuta o l'ammonio direttamente assorbito determinano un processo di amminazione dell'acido α-cheto-glutarico (chetoacido del ciclo di Krebs) che si riduce ad acido glutammico (amminoacido).

Il processo chimico può essere schematizzato nel seguente modo:

sintesi acido glutammico

Amminazione dell'acido α-cheto-glutarico (a sinistra) che si riduce ad acido glutammico (a destra).

Una volta avvenuto l'inserimento dell'azoto in biomolecole azotate (organicazione dell'azoto), questo elemento risulta disponibile per tutti quegli organismi incapaci di attingere a fonti inorganiche di esso, vale a dire per tutti gli animali, nonché funghi e batteri sia saprofiti (organismi che si nutrono di materia organica morta o in decomposizione) che parassiti (organismi che si nutrono a spese di altri organismi viventi), si avvalgono di un substrato ricco di composti organici, azotati e non.

L'impoverimento in azoto del terreno che il processo di organicazione comporta è in parte compensato da un successivo ritorno dell'azoto al terreno in forma ridotta dovuto, come si diceva all'inizio, a questi fattori:

  • decomposizione di organismi vegetali;
  • decomposizione di organismi animali;
  • prodotti di escrezione animale come ad esempio l'urea.

Successivamente, a opera dei batteri ammonificanti prima, nitratatori poi che riprende il ciclo completo dell'azoto.

Schema riassuntivo del ciclo dell'azoto

Ti lasciamo infine alcuni link che ti potrebbero interessare:

Che cosa sono i cicli biogeochimici?

Che cos'è il ciclo del fosforo?

Studia con noi