Stickstoff-Fixierung
Stickstoff-Fixierung ist der Prozess, durch den Stickstoff- wird aus seiner relativ inerten molekularen Form (N zwei ) in dem Atmosphäre und in Stickstoffverbindungen umgewandelt, die für andere chemische Prozesse nützlich sind (wie insbesondere Ammoniak , Nitrat und Stickstoffdioxid).
Die Stickstofffixierung wird auf natürliche Weise von einer Reihe verschiedener Prokaryoten durchgeführt, einschließlich Bakterien und Actinobakterien, bestimmte Arten von anaeroben Bakterien. Mikroorganismen, die Stickstoff fixieren, werden Diazotrophe genannt. Einige höhere Pflanzen und einige Tiere (Termiten) haben Assoziationen mit Diazotrophen gebildet.
Die biologische Stickstofffixierung wurde vom holländischen Mikrobiologen Martinus Beijerinck entdeckt.
Biologische Stickstofffixierung
Biologische Stickstofffixierung ( BNF ) entsteht , wenn atmosphärischer Stickstoff durch ein Paar bakterieller Enzyme namens Nitrogenase in Ammoniak umgewandelt wird . Die Formel für BNF lautet:
- N zwei + 8 Std + + 8e − + 16 ATP → 2NH 3 +H zwei + 16 ADP + 16 P ich
Obwohl Ammoniak (NH 3 ) das direkte Produkt dieser Reaktion ist, wird es schnell zu Ammonium (NH 4 + ). In frei lebenden Diazotrophen wird das durch Nitrogenase erzeugte Ammonium über den Glutaminsynthetase/Glutamatsynthase-Weg in Glutamat assimiliert.
In den meisten Bakterien sind die Nitrogenase-Enzyme sehr anfällig für die Zerstörung durch Sauerstoff (und viele Bakterien stellen die Produktion des Enzyms in Gegenwart von Sauerstoff ein). Eine niedrige Sauerstoffspannung wird von verschiedenen Bakterien erreicht, indem sie: unter anaeroben Bedingungen leben, atmen, um den Sauerstoffgehalt zu senken, oder den Sauerstoff an ein Protein (z. B. Leghämoglobin) binden. Die große Mehrheit der Leguminosen hat diese Assoziation, aber einige Gattungen (z. Styphnolobium ) unterlassen Sie.
Nichtleguminosen stickstoffbindende Pflanzen
Pflanzen aus vielen anderen Familien haben ähnliche Assoziationen, darunter: * Lobaria-Flechte und einige andere Flechten
- Mückenfarn ( Azolla Spezies)
- Palmfarne
- Gunnera
- Erle (Alnus-Arten)
- Ceanothus (Ceanothus-Arten)
- Wachsmyrte (Myrica-Arten)
- Berg-Mahagoni (Cercocarpus-Arten)
- Bitterbürste (Purshia tridentata)
- Büffelbeere (Shepherdia argentea)
- Ironwood (Casuarina-Arten), Sheoak (Allocasuarina-Arten) und andere Gattungen der Casuarinaceae
Chemische Stickstofffixierung
Stickstoff kann auch künstlich zur Verwendung in fixiert werden Dünger , Sprengstoffe oder in anderen Produkten. Das bekannteste Verfahren ist das Haber-Verfahren. Diese Kunstdüngerproduktion hat einen solchen Umfang erreicht, dass sie heute die größte Quelle für festen Stickstoff in der Welt ist Erde Ökosystem.
Das Haber-Verfahren erfordert hohe Drücke und sehr hohe Temperaturen, und aktive Forschung widmet sich der Entwicklung von Katalysatorsystemen, die Stickstoff bei Umgebungstemperatur in Ammoniak umwandeln. Der erste Distickstoffkomplex wurde 1965 basierend auf entdeckt Ammoniak koordiniert zu Ruthenium ([Ru(KLEIN) 3 ) 5 (N zwei )] 2+ ) Dieser Entdeckung folgte das erste Beispiel einer homolytischen Stickstoffspaltung durch a Molybdän Komplex zu zwei Äquivalenten eines dreifach gebundenen MoN-Komplexes (1995). Das erste katalytische System, das Stickstoff bei Raumtemperatur und 1 Atmosphäre in Ammoniak umwandelt, wurde 2003 entdeckt und basiert auf einem anderen Molybdänkatalysator, einer Protonenquelle und einem starken Reduktionsmittel.
