Азотфіксація


Азотфікса́ція (від азот і фр. fixation — закріплення, установка) — біологічний процес зв’язування молекулярного азоту атмосфери в азотисті сполуки, який здійснюють азотфіксуючі мікроорганізми, що перетворюють його на білки свого організму. Азотфіксація — найважливіше джерело Нітрогену (азоту) в біологічному кругообігу. Внаслідок азотфіксації азот переходить у доступну для рослин форму. В молекулі азоту атоми Нітрогену зв’язані міцним потрійним ковалентним зв’язком, тому без застосування каталізаторів він практично не вступає в окисно-відновні реакції і не може використовуватися рослинами і тваринами. Мікроорганізми для відновлення азоту використовують серію ферментів, найважливішим із яких є нітрогеназа, що каталізує в процесі азотфіксації утворення першого стабільного продукту — амоніаку (аміаку). Крім азоту нітрогеназа відновлює низку сполук, що мають потрійний зв’язок (наприклад, ацетилен, азиди, ціаніди). Нітрогеназа кодується генами, які поширені у прокаріотів (бактерій, архей), але яких немає в еукаріотів. Для функціонування нітрогеназа потребує безперервного надходження як енергії у формі АТФ, так і електронів. Це забезпечується завдяки процесам дихання і бродіння, що відбуваються в мікроорганізмах, або в результаті фотосинтезу. Процес азотфіксації досить енергомісткий, для асиміляції 1 молекули азоту потрібно не менше 12 молекул АТФ, тобто для азотфіксації 1 мг азоту анаеробним мікроорганізмам потрібно близько 500 мг сахарози.

Розрізняють три типи азотфіксації: а) азотфіксація вільноживучими бактеріями різних таксономічних груп; б) асоціативна азотфіксація бактеріями, які тісно пов’язані з рослинами і використовують їх як джерело органічних речовини; в) симбіотична азотфіксація (наприклад, бульбочкових бактерій з бобовими рослинами) бактерій, що утворюють симбіоз з рослинами: зазвичай на коренях, зрідка — на стеблах і листках. У наземних екосистемах азотфіксатори локалізуються в переважно в ґрунті. Азотфіксуючі мікроорганізми живуть також у кишечнику багатьох тварин і людини.

У сільському господарстві використовують бактеріальні добрива для зараження штамами бульбочкових бактерій насіння бобових культур, що збільшує їхню врожайність. Новий напрям розвитку біотехнології — перенесення генів, які кодують ферменти азотфіксації, до геному вищих рослин, дасть змогу позбутися необхідності застосування азотних добрив.

Література

  1. Умаров М. М., Кураков А. В., Степанов А. Л. Микробиологическая трансформація азота в почве. Москва : ГЕОС, 2007. 138 с.
  2. Клименко І. І. Характеристика екотоксикологічного стану агроекотопів за показниками захисних функцій ґрунту // Агроекологічний журнал. 2014. № 2. С. 100–103.
  3. Гресь Г. О. Профільне навчання. Спеціальна мікробіологія : в 2 ч. Харків : Основа, 2018. Ч. 1. 76 с.

Автор ВУЕ