Azotofiksatori
Sadržaj
Uvodno o azotofiksatorima
U atmosferi azot se nalazi u velikoj količini (oko 80%), ali u elementarnom, inertnom obliku koji je za većinu biljaka i životinja nepristupačan, jer one nisu u stanju da ga takvog koriste. Orgomna većina biljaka vrši sintezu aminokiselina i belančevina na račun nitrata iz zemljišta i vode, što znači da se u zemljištu i vodi atmosferski azot mora da se prevede u takav oblik koji je biljkama pristupačan. Ta uloga pripada određenim mikroorganizmima koji vrše fiksaciju (vezivanje) atmosferskog azota - azotofiksatori.
Fiksacija azota predstavlja redukcioni proces prevođenja gasa azota iz vazduha u formu amonijaka. Ovo je vitalan ekološki proces jer sve zelene biljke imaju potrebu za azotom u obliku amonijaka ili nitrata koji im je neophodan za sintezu aminokiselina od kojih izgrađuju svoje proteine. Biljni proteini su jedini izvor proteina za životinje. Jedini organizmi koji mogu obaviti ovu redukcionu reakciju su neke vrste bakterija i cijanobakterija (Cyanophyta ,modrozelene alge). Dakle, ceo život na našoj planeti zasniva se praktično na direktnoj ili indirektnoj zavisnosti od ovih organizama. Azotofiksatori obezbeđuju vezu između neizmernog bogatstva azota kao gasa u atmosferi i ostalog živog sveta na planeti Zemlji
Azot koji se fiksira u obliku amonijaka ili amonijuma predstavlja osnovni materijal za hemoautotrofne nitrifikacione bakterije.
Hemizam azotofiksacije
Sam proces fiksacije azota predstavlja složenu seriju redukcionih reakcija.Atomi azota unutar molekula su međusobno povezani trostrukom kovalentnom vezom koja azot čini veoma stabilnim. Jedini oblici koji mogu redukovati ovu vezu su upravo azotofiksirajuće bakterije i oni oblici među cijanobakterijama koji poseduju heterociste. Heterociste su nefotosintetičke ćelije unutar kojih se vrši fiksacija azota kod cijanobakterija. Ove ćelije koriste fotosistem I da obezbede energiju za fiksaciju azota, ali gube fotosistem II, odnosno deo procesa svetle faze fotosinteze u kojem dolazi do oslobađanja O2. Ako analiziramo azotofiksatorske fotosintetičke cijanobakterije mogli bismo reći da su to organizmi koji su sami sebi dovoljni. Njima su potrebni samo ugljendioksid i neke neorganske supstance za metabolizam, a sve ostalo su u stanju da same obezbede. To je i razlog zašto su ovi oblici pionirske zajednice - uspevaju da kolonizuju nova staništa (npr. stene tek izložene na površini zemljišta posle zemljotresa ili erupcije vulkana) pre nego bi bilo koja druga grupa organizama tu mogla da živi.
Značaj azotofiksatora
Za seriju redukcionih reakcija u procesu fiksacije azota neophodan je snažan redukujući agens, odnosno elektroni iz fotosinteze ili respuracije, ATP (adenizintrifosfat) i enzim nitrogenaza. Trostruka kovalentna veza u azotu je veoma stabilna i potrebna je velika količina energije za njeno kidanje; ona iznosi 15 ATP za fiksiranje svakog molekula azota. Enzim nitrogenaza je neophodan za ovaj proces, ali ovaj enzim biva veoma brzo inaktivan prisustvom molekularnog kiseonika (O2) i ne može funkcionisati u ćeliji u kojoj dolazi do proizvodnje kiseonik u toku fotosinteze. Zbog toga se fiksacija kod cijanobakterija obavlja u heterocistama.
Bakterije koje fiksiraju azot su mnogo proučavane, posebno sa stanovišta njihovog značaja u poljoprivredi. Već je dugi niz godina poznato da biljke mahunarke ili leguminoze (fam. Fabaceae), kojima pripadaju pasulj, grašak, lucerka, detelina, grahorica i dr. predstavljaju značajne kulture u rotiranju useva na poljoprivrednim površinama jer poboljšavaju plodnost zemljišta. Razlog za to je što na čvorićima (nodusima) korena ovih biljaka žive bakterije iz roda Rhizobium. Ove bakterije koriste šećere koje proizvode biljke u procesu fotosinteze, a za uzvrat ih snabdevaju amonijakom.
Danas se mnogo radi na tome da se ovaj fenomen što je moguće više primeni, jer ukoliko bi bili u stanju da i kod drugih poljoprivrednih kultura utičemo na formiranje ovakvih simbiotskih odnosa sigurno bi se smanjili troškovi u pogledu skupih azotnih đubriva i istovremeno bi se poboljšao kvalitet proteina ovih kultura. Rad na ovakvom projektu uključuje selekciju, mikrobiologiju i genetičku inženjering.
Ciklus kruženja azota
Ciklus kruženja azota počinje, ustvari, kada neke cijanobakterije i zemljišne bakterije, dakle azotofiksatori, apsorbuju atmosferski azot vezujući ga u svom telu u nekom od organskih jedinjenja azota, npr. aminokiselinama. Neke druge bakterije (iz roda rizobijum), u simbiozi sa korenom biljaka leguminoza takođe vrše fiksaciju azota. kada se tela ovih azotofiksatora podvrgnu truljenju, njihove se aminokiseline pretvaraju u amonijak, koji se pod dejstvom druge vrste bakterija, nitrifikacionih, pretvara u nitrate, dostupne biljkama.
Literatura
- Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000
- Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka, Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001
- Krstić, Lj: Čovek i mikrobi, Izdavačka kuća Draganić, Beograd, 2003.
- Pantić, R, V: Biologija ćelije, Univerzitet u Beogradu, beograd, 1997
- Petrović, N, Đorđe: Osnovi enzimologije, ZUNS, Beograd, 1998
- Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001
