El ciclo del nitrógeno

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El ciclo del nitrógeno
La dificultad de visualizar el ciclo del nitrógeno surge de la nomenclatura de sus materiales, el nitrógeno puede estar presente en una infinidad de materiales químicos inorgánicos, aunque los más importantes son el nitrógeno molecular, los radicales de nitrato y el amoniaco/amonio.
El nitrógeno molecular, que es gaseoso y se encuentra en la atmosfera siendo el componente dominante de esta,  casi el 78.1% de la atmosfera del planeta es nitrógeno, mientras que el 20.1 es oxígeno.

El nitrógeno también se puede encontrar en forma disuelta, en varias especies, por ejemplo en los radicales de nitrato, producto de la disociación de varias sales, o en forma de amoniaco/amonio. Todas las demás formas contribuyen poco al ciclo del nitrógeno, pues por ejemplo las sales del nitrógeno que no se disuelven a radicales, permanecen inaccesibles para los seres vivos.
Las formas en que el nitrógeno es contenido en la materia viva son por lo general en las proteínas y cofactores, aunque algunos lípidos pueden llegar a contener algún átomo de nitrógeno.
El nitrógeno es un bioelemento limitante, es decir, siempre es escaso en la materia viva, de hecho muchos parásitos atacan a sus víctimas en búsqueda de este elemento. Más aun, el nitrógeno es uno de los elementos más importantes que se almacenan en los fertilizantes para los cultivos de producción a gran escala, la pregunta es ¿Por qué?, después de todo al examinar la composición de la atmosfera hay más que suficiente nitrógeno.
La respuesta a esta pregunta es eminentemente metabólica, así como los animales no poseen las rutas metabólicas para fijar el carbono de la atmosfera, las plantas y los animales carecen de las rutas metabólicas necesarias para fijar el nitrógeno de la atmosfera. En otras palabras, las plantas están rodeadas de nitrógeno que no pueden utilizar.
Por lo general solo existen dos formas de fijar nitrógeno, la artificial y la natural.

Figura CN-01. (1) Fijación del nitrógeno por bacterias o de manera industrial, (2) nitrificación, (3) asimilación y absorción por parte de plantas y luego animales, (4) Descomposición y retorno a la forma de amoníaco/amonio, (5) desnitroficación.

La fijación de nitrógeno artificial se basa en el uso industrial del proceso de Haber y en la reducción de nitrógeno ambiental, el cualquier caso el producto que se busca es una forma de nitrógeno que se pueda emplear para los fertilizantes. Otra forma de obtener nitrógeno artificial aunque en menor escala es el que es contenido en algunos hidrocarburos naturales, aunque en formas mínimas.
La forma natural ha tenido una gran de confusiones a lo largo de la literatura biológica por años. Por ejemplo, a pesar de que  es bien sabida la influencia de las micorrizas “hongos simbióticos con raíces de plantas” en la fijación del nitrógeno, y aunque en la literatura original de cuando se descubrieron estos hongos se decía que eran los hongos quienes realizaban la fijación, actualmente se sabe que la simbiosis es más compleja, y es representada por al menos tres grupos. La planta, el hongo y las bacterias nitrificantes.
Son las bacterias y únicamente las bacterias quienes poseen las rutas metabólicas necesarias para fijar el carbono inorgánico en formas orgánicas, que luego pueden ser trasladadas a los hongos y de estos a las plantas. Los dos grupos más importantes de bacterias fijadoras de nitrógeno son el Rhizobium que se encuentra asociado a las raíces de algunas plantas, ya sea con presencia de hongo o no “las leguminosas son particularmente ricas en esta simbiosis” y las cianobacterias en los océanos.
La fijación de nitrógeno es costosa, un grupo de bacterias es necesario oxidar 12 gramos de glucosa para poder fijar un solo gramo de nitrógeno, es por esta razón que el nitrógeno es escaso en los sistemas biológicos, convirtiéndose en un elemento limitante para el desarrollo de biomasa.
Luego de la nitrificación, el nitrógeno orgánico puede ser transferido a las plantas y otros seres vivos el suelo, ya sea por una asociación simbiótica, por depredación, o por absorción del nitrógeno segregado por las bacterias que mueren constantemente en los microambientes del suelo.
El siguiente paso en el ciclo del nitrógeno es la amonificación, ocurre cuando los seres vivos oxidan compuestos biológicos que contienen nitrógeno hasta límites tóxicos y los excretan fuera de sus cuerpos. Otra forma de amonificación es cuando un ser vivo grande muere, dejando los restos de su cuerpo biológico para que se pudran en el amiente. En términos químicos la amonificación es la oxidación de compuestos altamente complejos a amonio/amoniaco, el cual es soluble en agua. El amonio/amoniaco disuelto puede ser reingresado a los sistemas biológicos con mucha facilidad a diferencia del nitrógeno molecular.
Por último, el nitrógeno puede escapar de los sistemas vivientes, mediante su reducción, esto se logra mediante bacterias que emplean a los compuestos del nitrógeno de una manera análoga que las plantas emplean el agua, de esta forma generan rutas metabólicas cuyo producto de desecho es nitrógeno molecular que regresa a la atmosfera. PRINCIPAL
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