Nitrogenoaren finkapena

Nitrogenoaren zikloa

Nitrogenoaren finkapena nitrogeno atmosferikoa (N₂) nitrogeno organikoan (NH₃) eraldaketan datza, bizidunek erabil dezaketen nitrogeno eran, alegia. Zenbait prokariotok besterik ez dute nitrogenoa finkatzeko gaitasuna.

Nitrogenoa atmosferaren gas nagusia da (honen %78a). Hala ere landareek eta animaliek ezin dute era horretan erabili, lurretik zuzenean (NO₃ eran, landareen kasuan) edo dietaren bitartez (animalien kasuan) hartu behar dutelako.

Nitrogenoaren finkapenak nitrogenoa atmosferatik lurrera eramaten du. Alderantzizko bidea desnitrifikazioaren bidez gertatzen da.

Bi prozesuk finkatzen dute atmosferako nitrogenoa:

• prozesu abiotiko edo kimikoa: atmosferaren goi-geruzetan deskarga elektrikoek eta erreakzio fotokimikoek nitrogenoaren molekula apurtzen dute, nitrogeno atomoak beste elementuen atomo batzuekin (oxigenoarekin, gehienbat) konbinatzen delarik. Euriak forma konbinatu horiek (NO₃) lurrera garraiatzen ditu.

• prozesu biologikoa: zianobakterioek eta bakterio batzuek burutzen dutena, atmosferako nitrogenoa (N₂) nitrogeno erreduzitua (NH₃) bihurtuz. Finkapen kimikoaren aldean, nitrogenoaren finkapen biologikoa askoz garrantzisuagoa da, 8 aldiz nitrogeno gehiago finkatzen baitu (finkapen kimikoak 15 Kg nitrogeno/hektareako finkatzen du urtean, finkapen biologikoak 100-150 kg nitrogeno/hektareako finkatzen duen bitartean).

Nitrogenoaren finkapen biologikoa

Bakterio batzuek era askean finkatzen dute atmosferako nitrogenoa. Haien artean aipagarrienak Clostridium, Azotobacter, Streptomyces, Bacillus eta Klebsiella generokoak dira (genero horien espezie guztiak ez dira finkatzaileak, gutxi batzuk baizik). Zenbait bakterio fotosintetiko, arkeo batzuk eta zianobakterio guztiak ere nitrogeno-finkatzaileak dira.

Beste bakterio batzuek, berriz, egoera sinbiotikoan finkatzen dute nitrogenoa. Landareekin garatzen dute sinbiosi hori, eta modu horretan landareak behar duen nitrogenoa lortzen du. Izugarrizko garrantzia du sinbiosi honek nekazaritzan, lurraren emankortasunari eragiten baitio. Lekadun landareek (soja, ilarra, hirusta, alpapa, leka, babarruna...) dira Rhizobium izeneko bakterioarekin sinbiosi bat osatzen dutenak.

Rhizobium landareen erroetan hazten da. Bakterio honek sinbiosian besterik ez du finkatzen, aske dagoenean ez da gai nitrogenoaren finkapena egiteko (antza, landareak finkatzeko beharrezkoak dituen substratu batzuk ematen dizkio bakterioari, eta finkapena egiteko ingurugiro anaerobioa ere ezartzen dio).

Biokimika

Nitrogenoaren finkapen biologikoa honako ekuazio honetan laburbil daiteke:

$N_{2}\ +16ATP+8e^{-}+8H^{+}\rightarrow 2NH_{3}+8H_{2}+16ADP16P_{i}$

Prozesu honek energia asko behar du (16 molekula ATP), eta nitrogenasa izeneko entzimak katalizatzen du. Nitrogenasa hori oso sentikorra da oxigenoarekiko, oxigenoaren aurrean ez baitu jarduten. Hori dela eta, nitrogenoaren finkapen biologikoa prozesu anaerobioa da.

Finkapenaren azken produktua amoniakoa da (NH₃), amonioa bihurtzen dena (NH₄). Amonio hori aminoazidoetara pasatzen da glutamatoa glutaminan eraldatzen denean. Glutamina horretatik beste aminoazido batzuk agertuko dira transaminazio batzuen bitartez.

Azpimarratu behar da bakterioek nitrogenoaren finkapena burutzen dutela ingurugiroan nitrogeno organikoa ez dagoenean. Ingurugiroak aminoazidoak, nitratoa edo amoniakoa baldin baditu ez dago nitrogenoaren finkapenik. Energia asko (16 ATP) kontsumitzen duen prozesu biokimikoa denez, bakterioak ez du energia alferrik galduko nitrogenoa eskura baldin badu.

Ondorio praktikoak

Nitrogenoaren finkapena garrantzi handiko prozesua da, ikuspuntu ekologiko zein ekonomiko batetik. Esaterako, mundu mailan ekoizten diren soja kopuru handiak bioteknologia erabiliz lortzen dira, hots, landarei bakteriar-inokuluak jarriz. Beste lekadun landareekin ez ezik, lekadun ez diren beste landareetan ere aplikatu nahi dira nekazal-mikrobiologiaren teknikak. Izan ere, bakterio finkatzaileak dituzten landareek ez dute ongarri nitrogenaturik behar, eta honen gastu ekonomiko eta dakarren ondorio ekolokiko txarrak ere saihes daitezke bakterio finkatzaileak erabiliz.

Ingeniaritza genetikoaren ikerketak

Azken urteotan ikerketa sakonak egiten ari dira nitrogenoa finkatzen duten bakterioen geneak (nif geneak) landareetan txertatzeko, landarea gai izan dadin bakteriorik gabe eta era autonomoan nitrogenoa finkatzeko. Finkapena egiteko geneak (nif geneak) Agrobacterium izeneko bakterio batera pasatu beharko lirateke lehen, ingeniaritza genetikoaren bidez. Agrobacterium tumefaciens bakterioa landareen patogenoa da, eta bere genomaren zati bat landarean sartzen du infektatzen duenean. Nif geneak ere landarean sartuko balitu, Agrobacterium tumefaciens bektore bezala erabil liteke landareak nitrogenoa finka dezan.

Orain arte (2015ean) ingeniaritza genetikoaren bidez nif geneak legamia batean txertatzea (Saccharomyces cerevisiae) lortu da, baina gene horiek ez dira espresatu (legamiak ez du nitrogenoa finkatu). Arlo honetan egiten ari diren ikerketa trinkoek epe labur batean emaitza eraginkorrak lortuko direla ustera garamatza.

Kanpo estekak

• Nekazal mikrobiologia

• Datuak: Q272467
• Multimedia: Nitrogen fixation / Q272467