Den assimilering af kvælstof består i omdannelsen af kvælstofforbindelser mineraler til stede i det omgivende medium, kvælstofforbindelser organisk , såsom aminosyrer . Autotrofe organismer, såsom planter , svampe og visse bakterier ikke har kapacitet til fix nitrogengas (N 2 ) til stede i luften i store mængder, men kan assimilere mineralsk nitrogen, i form af ' nitrat eller ammoniak ioner , til mødes deres kvælstofbehov . Andre, heterotrofe organismer, såsom dyr , afhænger helt af det organiske nitrogen, som de finder i deres mad.
Den dinitrogen hovedsageligt lagret i atmosfæren (99%) og kun mindre end 1% i jorden . I atmosfæren er kvælstof inert og kan ikke absorberes direkte af de fleste levende organismer. Det assimileres ved biologisk fiksering. Det er processen med at fiksere atmosfærisk kvælstof , som kun forekommer i planter såsom planter af bælgfrugter . Disse lever i symbiose med N 2 fastsættelse bakterier og absorbere molekylært nitrogen direkte fra luften i jorden. Symbiotisk N 2- fastsættelse bakterier er organismer, der tilhører gruppen af prokaryoter. Den vigtigste symbiose til assimilering af atmosfærisk kvælstof er rhizobium- bælgfrugtsymbiose.
Denne proces stammer fra reduktionen af gasformigt nitrogen til ammonium og udføres ved specifikke mikroorganismer (N 2 fastsættelse bakterier såsom rhizobia), hvis driftsform er ved symbiose med en masse stand til at tilvejebringe dem den nødvendige energi til transformation.
Kvælstof reduceres af disse bakterier ved en temperatur på ifølge følgende reaktion:
N 2 + 3H 2 → 2NH 3 G ° '= -33,5 kJ / molReduktionen af nitrogengas til ammonium opnås ved mellemkomst af adenosintriphosphat (ATP, der tilvejebringer aktiveringsenergien til N 2 bindingsreaktion ), og en kraftig reduktionsmiddel. Den reducerende kilde er en ferredoxin i de fleste nitrogenfikserende mikroorganismer. Reaktionen finder sted gennem to proteinkatalysatorer: en reduktase , også kaldet nitrogenase 1 , der leverer elektroner, og nitrogenase 2, som bruger dem til at reducere atmosfærisk kvælstof.
Den samlede reaktion er som følger:
N 2 + 8 e - + 8H + + 16 ATP → 2NH 3 + H 2 + 16 ADP + 16 P iMineralt kvælstof kan assimileres af autotrofe organismer enten i form af ammoniumion på den ene side eller i form af nitration (NO 3 - ) og nitrit (NO 2 - ) på den anden side. Disse sidste to former for uorganisk nitrogen omdannes til ammonium, inden de inkorporeres af organismer.
Denne assimilering er en proces, der er specifik for planter. Reduktion af nitrater kræver energi, som primært kommer fra fotosyntese . Reduktionen i antallet af oxidation under transformation af nitrat ( oxidationsgrad V ) til ammonium ( oxidationsgrad III ) udføres ved to på hinanden følgende reaktioner katalyseret af to enzymer:
Nitrat når hurtigt rødderne og assimileres meget let af planter gennem assimilativ reduktion.
Ammonium stammer fra den biologiske fiksering af atmosfærisk nitrogen, nitrater (eller deres reduktion) eller direkte absorption af ammoniumion. Det er giftigt for de fleste organismer, men er mere fordelagtigt til dyrkning af majs , gule tomater , for eksempel ris . For at blive assimileret, skal det omdannes til ikke-toksiske aminer eller amider. Organismernes assimilering af ammonium involverer successivt tre enzymer:
Kvælstofassimilering kommer ned til biosyntese af enzymatiske proteiner, strukturer og reserver.
Ammonium er meget dårligt assimileret af planter på grund af dets positive ladning, hvilket fremmer dets fiksering på jordmineraler. For at absorbere det skal plantens rødder være meget tæt på det. Til dets assimilering af planter omdannes det meste af ammonium til nitrat af jordmikroorganismer, før det absorberes af rodsystemet. Denne proces kaldes nitrifikation. Nitrifikering varer en eller flere uger og afhænger af temperaturen. En anden del af ammoniumet opbevares i jorden i form af organisk materiale og mikrobiel biomasse og mineraliseres efter planternes behov.
Assimilering af organisk nitrogen (urinstof)Urea hydrolyseres til ammonium og kuldioxid, inden det inkorporeres i organisk materiale. Denne hydrolysereaktion katalyseres af urinstofamydolase (UAL) i grønalger, mens urease er til stede i de fleste andre alger.
I planter optages urinstof kvælstof direkte af rødderne i meget små mængder. For at blive assimileret hydrolyserer jordenzymer urinstofkvælstof til ammonium, en proces, der kan vare mellem en dag og en uge, afhængigt af jordens temperatur og fugtighed.