El nitrógeno es un elemento imprescindible para la vida, pues constituye el 78% del aire de la atmósfera y es un elemento importante para los cultivos y el resto de la cadena trófica al formar parte de moléculas como proteínas, hormonas, el ADN y la clorofila (esencial para que ocurra la fotosíntesis). Sin embargo, no todos los seres vivos contamos con estrategias para asimilarlo, ya que solo unos pocos microorganismos tienen la capacidad de asimilarlo desde el aire mediante el ciclo del nitrógeno.
Este ciclo constituye una serie de reacciones bioquímicas que se dividen en fijación, mineralización, nitrificación y desnitrificación y ya vimos algunas de ellas en post anteriores. De estas reacciones, la fijación es la que posibilita la incorporación del nitrógeno desde su forma gaseosa en su forma orgánica, por lo que se le considera uno de los procesos bioquímicos más importantes de la naturaleza junto con la fotosíntesis y la respiración celular.
¿Cómo se da la fijación?
La fijación ocurre gracias a bacterias simbióticas y no simbióticas, es decir, entre la asociación de seres vivos de especies diferentes que obtienen un beneficio de su vida en común o de vida libre no asociados entre ellos.
- Simbióticos: Un ejemplo son las bacterias del género Rhizobium spp., que se asocian con las raíces de las leguminosas, formando nódulos en las raíces gracias a un proceso de reconocimiento celular mediado por la señalización emitida por la planta y que la bacteria reconoce.
- No simbiótico: Bacterias de vida libre, presentes en suelos y aguas, no asociados a plantas. Algunos ejemplos son las bacterias de los géneros Azotobacter spp., Azospirillum spp. y Clostridium spp.
Sin embargo, sean o no simbióticas, necesitan de un complejo enzimático para llevar a cabo este proceso. Este complejo es la nitrogenasa, formada por dos componentes (I y II), muy sensible a la presencia de oxígeno y consumiendo gran cantidad de energía en el proceso.
¿Cómo ocurre la reacción de fijación?
De forma resumida, los electrones pasan desde los hidratos de carbono (como el piruvato) al componente II, que sufre un cambio en su conformación, disminuye su potencial redox y aumenta su sensibilidad al oxígeno. Así, los electrones pasan al componente I, donde ocurre la reducción del nitrógeno hasta su forma orgánica (amonio).
Y ¿qué ocurre si existen grandes concentraciones de oxígeno?
El componente II de la nitrogenasa se inactivará y no se producirá la fijación. Sin embargo, la naturaleza se sabe todos los trucos y algunos microorganismos aerobios fijadores de nitrógeno han desarrollado estrategias para adaptarse a esta situación, algunas de ellas son:
- Algunas especies como las de Azotobacter spp. han desarrollado la protección conformacional, de forma que la nitrogenasa se une a otras proteínas para proteger sus sitios activos y no activarse en presencia de oxígeno. Cuando disminuye, los sitios activos quedan liberados para poder fijar nitrógeno.
- La inhibición enzimática reversible, donde un inhibidor se une a la nitrogenasa e impide su actividad.
- La protección respiratoria, donde existe una cadena respiratoria ramificada.