Азотфіксація
Азотфікса́ція (від азот і фр. fixation — закріплення, установка) — біологічний процес зв’язування молекулярного азоту атмосфери в азотисті сполуки, який здійснюють азотфіксуючі мікроорганізми, що перетворюють його на білки свого організму. Азотфіксація — найважливіше джерело Нітрогену (азоту) в біологічному кругообігу. Внаслідок азотфіксації азот переходить у доступну для рослин форму. В молекулі азоту атоми Нітрогену зв’язані міцним потрійним ковалентним зв’язком, тому без застосування каталізаторів він практично не вступає в окисно-відновні реакції і не може використовуватися рослинами і тваринами. Мікроорганізми для відновлення азоту використовують серію ферментів, найважливішим із яких є нітрогеназа, що каталізує в процесі азотфіксації утворення першого стабільного продукту — амоніаку (аміаку). Крім азоту нітрогеназа відновлює низку сполук, що мають потрійний зв’язок (наприклад, ацетилен, азиди, ціаніди). Нітрогеназа кодується генами, які поширені у прокаріотів (бактерій, архей), але яких немає в еукаріотів. Для функціонування нітрогеназа потребує безперервного надходження як енергії у формі АТФ, так і електронів. Це забезпечується завдяки процесам дихання і бродіння, що відбуваються в мікроорганізмах, або в результаті фотосинтезу. Процес азотфіксації досить енергомісткий, для асиміляції 1 молекули азоту потрібно не менше 12 молекул АТФ, тобто для азотфіксації 1 мг азоту анаеробним мікроорганізмам потрібно близько 500 мг сахарози.
Розрізняють три типи азотфіксації: а) азотфіксація вільноживучими бактеріями різних таксономічних груп; б) асоціативна азотфіксація бактеріями, які тісно пов’язані з рослинами і використовують їх як джерело органічних речовини; в) симбіотична азотфіксація (наприклад, бульбочкових бактерій з бобовими рослинами) бактерій, що утворюють симбіоз з рослинами: зазвичай на коренях, зрідка — на стеблах і листках. У наземних екосистемах азотфіксатори локалізуються в переважно в ґрунті. Азотфіксуючі мікроорганізми живуть також у кишечнику багатьох тварин і людини.
У сільському господарстві використовують бактеріальні добрива для зараження штамами бульбочкових бактерій насіння бобових культур, що збільшує їхню врожайність. Новий напрям розвитку біотехнології — перенесення генів, які кодують ферменти азотфіксації, до геному вищих рослин, дасть змогу позбутися необхідності застосування азотних добрив.
Література
- Умаров М. М., Кураков А. В., Степанов А. Л. Микробиологическая трансформація азота в почве. Москва : ГЕОС, 2007. 138 с.
- Клименко І. І. Характеристика екотоксикологічного стану агроекотопів за показниками захисних функцій ґрунту // Агроекологічний журнал. 2014. № 2. С. 100–103.
- Гресь Г. О. Профільне навчання. Спеціальна мікробіологія : в 2 ч. Харків : Основа, 2018. Ч. 1. 76 с.
