Денитрификација

Денитрификација је микробно посредовани процес у коме нитрат бива редукован, и ултиматно се формира молекуларни азот ( ${\ce {N2}}$ ) путем серије интермедијерних гасовитих азотно оксидних продуката. Факултативно анаеробне бактерије изводе денитрификацију као вид респирације којом се редукују оксидоване форме азота у респонсу на оксидацију електронских донора као што је органска материја. Преферентни азотни акцептори електрона у редоследу од највише до најмање термодинамички повољног су нитрат ( ${\ce {NO3-}}$ ), нитрит ( ${\ce {NO2}}$ ^-), азот-моноксид ( ${\ce {NO}}$ ), азотсубоксид ( ${\ce {N2O}}$ ), што коначно резултира у продукцији диазота ( ${\ce {N2}}$ ) чиме се комплетира азотни циклус. Денитрификујућим микробима погодују веома ниске концентрације кисеоника, од мање од 10%, као и органски C за енергију. Пошто денитрификација може да уклони ${\ce {NO3}}$ ^-, његовим одлагањем у подземне воде, то се може стратешки користити за третман канализације или животињских остатака са високим азотним садржајем. Денитрификација може да производи ${\ce {N2O}}$ , који је једна од супстанци које узрокују оштећења озонског омотача, и представља гас стаклене баште који може да има знатан утицај на глобално загревање.

Процес се одвија првеснтвено посредством хетеротрофних бактерија (као што су Paracoccus denitrificans и разни псеудомонади),^[1] мада су и аутотрофни денитрификатори исто тако били идентификовани (е.г., Thiobacillus denitrificans).^[2] Денитрификатори су присутни у свим главним филогенетичким групама.^[3] Генерално неколико врста бактерија учествује у комплетној редукцији нитрата до ${\ce {N2}}$ , и више редукционих путева је познато.^[4]

Директна редукција од нитрата до амонијака, процес познат као 'дисимилаторна нитратна редукција до амонијака или ДНРА,^[5] је исто тако могућа у организмима који имају нрф-ген.^[6]^[7] Ово је мање заступљено од денитрификације у већини екосистема као начин редукције азота. Познати су други микробни гени који врше денитрификацију укључујући nir (нитритну редуктазу) и nos (нитро оксидну редуктазу), између осталих.^[3] Организми који садрже те гене су Alcaligenes faecalis, Alcaligenes xylosoxidans, многи у Pseudomonas родовима, Bradyrhizobium japonicum, и Blastobacter denitrificans.^[8]

Преглед

Полуреакције

Денитрификација се генерално одвија путем неке комбинације следећих полуреакција, посредством ензима наведених у заградама:

NO₃⁻ + 2 H⁺ + 2 e⁻→ NO
2⁻ + H₂O (Нитратна редуктаза)
NO
2⁻ + 2 H⁺ + e⁻ → NO + H₂O (Нитритна редуктаза)
2 NO + 2 H⁺ + 2 e⁻ → N
2O + H₂O (Азто-моноксидна редуктаза)
N
2O + 2 H⁺ + 2 e⁻ → N
2 + H₂O (Азотсубоксидна редуктаза)

Комплетан процес се може изразити као нето баланцирана редоx реакција, где нитрат (NO₃⁻) постаје потпуно редукован до диазота (N₂):

2 NO₃⁻ + 10 e⁻ + 12 H⁺ → N₂ + 6 H₂O

Референце

^ Царлсон, C. А.; Инграхам, Ј. L. (1983). „Цомпарисон оф денитрифицатион бy Псеудомонас стутзери, Псеудомонас аеругиноса, анд Парацоццус денитрифицанс”. Аппл. Енвирон. Мицробиол. 45: 1247—1253.
^ Баалсруд, К., анд К. С. Баалсруд. 1954. Студиес он Тхиобациллус денитрифицанс. Арцхивес оф Мицробиологy 20:34-62.
^ ^а ^б Зумфт, W Г. (1997). „Целл биологy анд молецулар басис оф денитрифицатион”. Мицробиологy анд Молецулар Биологy Ревиеwс. 61 (4): 533—616. ПМЦ 232623 . ПМИД 9409151.
^ Атлас, Р.M., Бартхас, Р. Мицробиал Ецологy: Фундаменталс анд Апплицатионс. 3рд Ед. Бењамин-Цуммингс Публисхинг. ISBN 978-0-8053-0653-8.
^ An, S., and W. S. Gardner. 2002. Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) as a nitrogen link, versus denitrification as a sink in a shallow estuary (Laguna Madre/Baffin Bay, Texas). Marine Ecology Progress Series 237:41-50.
^ Kuypers, MMM; Marchant, HK; Kartal, B (2011). „The Microbial Nitrogen-Cycling Network”. Nature Reviews Microbiology. 1 (1): 1—14. PMID 29398704. doi:10.1038/nrmicro.2018.9.
^ Spanning, R., M. Delgado, and D. Richardson. 2005. "It is possible to encounter DNRA when your source of carbon is a fermentable substrate, as glucose, so if you wanna avoid DNRA use a non fermentable substrate. The Nitrogen Cycle: Denitrification and its Relationship to N2 Fixation. стр. 277-342."
^ Liu, X.; Tiquia, S. M.; Holguin, G.; Wu, L.; Nold, S. C.; Devol, A. H.; Luo, K.; Palumbo, A. V.; Tiedje, J. M.; Zhou, J. (2003). „Molecular Diversity of Denitrifying Genes in Continental Margin Sediments within the Oxygen-Deficient Zone off the Pacific Coast of Mexico”. Appl. Environ. Microbiol. 69 (6): 3549—3560. doi:10.1128/aem.69.6.3549-3560.2003.

[1] Царлсон, C. А.; Инграхам, Ј. L. (1983). „Цомпарисон оф денитрифицатион бy Псеудомонас стутзери, Псеудомонас аеругиноса, анд Парацоццус денитрифицанс”. Аппл. Енвирон. Мицробиол. 45: 1247—1253.

[2] Баалсруд, К., анд К. С. Баалсруд. 1954. Студиес он Тхиобациллус денитрифицанс. Арцхивес оф Мицробиологy 20:34-62.

[Zumft-3] а ^б Зумфт, W Г. (1997). „Целл биологy анд молецулар басис оф денитрифицатион”. Мицробиологy анд Молецулар Биологy Ревиеwс. 61 (4): 533—616. ПМЦ 232623 . ПМИД 9409151.

[4] Атлас, Р.M., Бартхас, Р. Мицробиал Ецологy: Фундаменталс анд Апплицатионс. 3рд Ед. Бењамин-Цуммингс Публисхинг. ISBN 978-0-8053-0653-8.

[5] An, S., and W. S. Gardner. 2002. Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) as a nitrogen link, versus denitrification as a sink in a shallow estuary (Laguna Madre/Baffin Bay, Texas). Marine Ecology Progress Series 237:41-50.

[6] Kuypers, MMM; Marchant, HK; Kartal, B (2011). „The Microbial Nitrogen-Cycling Network”. Nature Reviews Microbiology. 1 (1): 1—14. PMID 29398704. doi:10.1038/nrmicro.2018.9.

[7] Spanning, R., M. Delgado, and D. Richardson. 2005. "It is possible to encounter DNRA when your source of carbon is a fermentable substrate, as glucose, so if you wanna avoid DNRA use a non fermentable substrate. The Nitrogen Cycle: Denitrification and its Relationship to N2 Fixation. стр. 277-342."

[8] Liu, X.; Tiquia, S. M.; Holguin, G.; Wu, L.; Nold, S. C.; Devol, A. H.; Luo, K.; Palumbo, A. V.; Tiedje, J. M.; Zhou, J. (2003). „Molecular Diversity of Denitrifying Genes in Continental Margin Sediments within the Oxygen-Deficient Zone off the Pacific Coast of Mexico”. Appl. Environ. Microbiol. 69 (6): 3549—3560. doi:10.1128/aem.69.6.3549-3560.2003.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]