Ciclo del Nitrógeno: ¿Qué es? [Propiedades y Etapas]💧😁

¿Qué es el ciclo del nitrógeno?

El nitrógeno (N) es un elemento estratégico para el crecimiento de todos los seres vivos. Forma parte integrante de la composición química de los ácidos nucleicos (ADN Y ARN) y de las proteínas.

El ciclo del nitrógeno, por tanto, involucra un movimiento constante entre la atmósfera terrestre, donde más se le consigue, y la biosfera, que es la capa de la Tierra donde habitan todos los seres vivos.

Ciclo del nitrógenoEl también  llamado nitrógeno atmosférico (N2)  está disponible para que los seres vivos lo capten, pero no todos pueden usarlo de forma directa.

Para eso trabajan algunas  bacterias y otros seres microscópicos  que son capaces de fijarlo en los suelos, o en el agua, de modo que otros organismos, las plantas o seres autótrofos, accedan a sus beneficios.

Los animales, prácticamente todos los seres heterótrofos, asimilan el nitrógeno por intermedio de la alimentación y a través de las excretas liberan el exceso, lo que no necesitan.

Actualmente, es muy común producirlo de forma artificial para uso en la agricultura intensiva, porque estimula el crecimiento de las plantas y mejora las cosechas gracias su empleo como fertilizante, práctica que sin embargo ha logrado saturar los suelos y el agua de nitrógeno, configurándose así un desequilibrio de este ciclo biogeoquímico de gran importancia para la vida.

¿Cuáles son las propiedades del nitrógeno?

  • Es un elemento químico del grupo de los no metales.
  • Su aspecto es incoloro.
  • Su estado natural es el gaseoso.
  • No es buen conductor del calor ni la electricidad.
  • Como es frágil, no se puede aplanar en láminas ni estirar.
  • El número atómico del nitrógeno es 7 y su símbolo químico es N.
  • El punto de fusión del nitrógeno es de 63,14 grados Kelvin o de -209,01 grados celsius o grados centígrados.
  • Su punto de ebullición es de 77,35 grados Kelvin o de -194,8 grados celsius o grados centígrados.

¿Cuáles son las características del ciclo de nitrógeno?

El nitrógeno, según los científicos estudiosos de la química y sus procesos, se originó gracias a la creación de nuevos núcleos atómicos (nucleosíntesis) cuando estrellas compuestas de grandes masas de helio consiguieron las condiciones idóneas de presión y temperatura para formar este elemento, que se encontraba en estado sólido en los inicios del mundo.

Luego, cuando la actividad volcánica de la Tierra se hizo intensa, el nitrógeno pasó al estado gaseoso y se integró a la atmósfera.

características del ciclo del nitrógenoUna de  las características fundamentales del nitrógeno  es que puede manifestarse en diversas formas químicas ocasionadas por la pérdida de electrones, lo cual determina a su vez diferentes comportamientos.

Estas formas químicas son de origen orgánico e inorgánico.

Origen orgánico

Las primeras se hallan activas en los aminoácidos y proteínas del organismo.

Origen inorgánico

Ciclo del nitrógenoY las inorgánicas son:  amoníaco (NH3); el ion amonio (NH4) los nitritos (NO2) y los nitratos (NO3). 

Se cree que el amoníaco (NH3) surgió gracias a los ciclos del nitrógeno cumplidos por intercambios entre el mar y la actividad volcánica, lo que facilitó la aparición de las moléculas orgánicas.

Tiene un rol fundamental en el crecimiento de las plantas y forma parte de los tejidos de los organismos vivos.

Otra característica muy singular guarda relación con el rol que cumplen las bacterias y otros microorganismos actuantes en el ciclo del nitrógeno. La función de estos diminutos seres consiste en ser fijadores, nitrificadores y desnitrificadores de este elemento.

Veamos qué significa eso.

Hay tres tipos de microorganismos que participan en el ciclo del nitrógeno.  Estos son los fijadores, los nitrificadores y los desnitrificadores. 

Bacterias fijadoras de N2

Bacterias fijadoras N2 ciclo del nitrógenoExisten bacterias muy astutas que codifican un complejo de enzimas denominado nitrogenasa, para la fijación en plantas que invaden hasta desarrollarse en sus tejidos.

Las bacterias de este tipo más comunes son las Rhizobium, quienes gustan mucho de colonizar raíces de plantas leguminosas. Otras identificadas en esta función son las bacterias Nostoc, Pasasponia y Frankia.

Bacterias nitrificantes

Son responsables de generar la oxidación del amoníaco o el ion amonio que se encuentra en los suelos.

A estas bacterias se les llama organismos quimiolitótrofos, porque oxidan la materia inorgánica y la convierten en fuente de energía.

Las Nitrocystis y Nitrosoma son baterías que oxidan el amoníaco NH3 y el ión amonio NH4, hasta convertirlos en nitritos y las Nitrobacter y Nitrosococcus llevan estos compuestos a nitratos.

Recientemente, en 2015, se descubrió que otra bacteria del género Nitrospira, oxida el amoníaco directamente a nitratos. Algunos hongos también son capaces de nitrificar el amoníaco.

Bacterias desnitrificantes

En este grupo se hallan al menos unas 50 bacterias que han sido identificadas como reductoras eficaces de nitratos a nitrógeno atmosférico N2, sin la presencia de oxígeno.

Se cuentan en este grupo Paracoccus, Pseudomonas, Rhizobium, Thiobacillus y Thiosphaera.

¿Cuáles son las reservas de nitrógeno?

En estado gaseoso, el nitrógeno tiene una presencia atmosférica que alcanza un 78%, por lo que su mayor presencia activa está disponible en el aire, en la atmósfera.

El nitrógeno atmosférico o N2, presenta también algunas trazas de óxido nitroso y monóxido de nitrógeno.

Otra fuente de nitrógeno en la naturaleza se consigue en las rocas sedimentarias, donde aparece mezclado en un 21%. Y el 1% restante final se reparte entre la materia orgánica y los océanos, donde se consigue en forma de nitrógeno orgánico, nitratos y amoníaco.

¿Cuáles son sus etapas?

El ciclo del nitrógeno pasa  por varias etapas o fases de complejidad creciente: 

Fijación

biodiversidad conceptoEn esta primera etapa comienza el proceso de conversión del nitrógeno atmosférico (N2) a fin de que pueda ser usado por los seres vivos gracias a una serie de reacciones que requieren mucha energía, obtenida a través de dos canales:  bióticos y abióticos

En esta etapa se rompen los tres enlaces de la molécula de nitrógeno atmosférico o N2.

Fijación abiótica

Los microorganismos que intervienen en este proceso echan mano de la energía proveniente de fenómenos atmosféricos, como los relámpagos y la radiación cósmica, para convertir el nitrógeno presente en la atmósfera en nitratos.

El nitrógeno atmosférico se combina con el oxígeno, a fin de generar otras sustancias químicas como el dióxido de nitrógeno (NO) y el óxido nitroso (NO2).

A posteriori, estas son formas oxidadas del nitrógeno, tanto el NO como el NO2, serán llevadas a la superficie terrestre como ácido nítrico (HNO3) con ayuda de las lluvias.

Fijación biótica

raíces ciclo del nitrógenoLa ejecutan microorganismos que viven en los suelos. Se trata de bacterias que permanecen en las raíces de las plantas. 

La actividad de estos diminutos seres es tan productiva, que son capaces de ejecutar una fijación biótica estimada en 200 millones de toneladas anuales.

En este punto del ciclo, el nitrógeno atmosférico primero es convertido en amoníaco o NH3 y agregado a los aminoácidos de las células de los organismos vivos, pero después se convierte en amonio, gracias a un proceso muy complejo de origen enzimático.

Asimilación

Hay plantas que toman el nitrógeno del suelo a través de una absorción por las raíces ejecutada en forma de nitratos, sin que  intermedie una sociedad o acuerdo con bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico (N2). 

autótrofos ecosferaLa planta trabaja en solitario de la siguiente manera: una parte de los nitratos que ingresa, lo usan las células de las raíces y la otra se distribuirá por el llamado xilema, para alcanzar toda la estructura vegetal.

Pero cuando necesite ser usado, el nitrato se reducirá a nitrito en el citoplasma, gracias a la intervención de una enzima denominada nitrato reductasa. De allí los nitritos son llevados a otra zona de la planta llamada cloroplastos, a fin de ser reducidos a ión amonio (NH4) que se usa para formar aminoácidos y otras moléculas.

Después, otros seres vivos tomarán el nitrógeno alimentándose directamente de la planta, o a través de otros animales inferiores en la cadena trófica que se nutren de la misma forma.

Amonificación

El nitrógeno también  forma parte de la materia orgánica muerta y desechos de animales  tales como la orina de mamíferos o urea, y el ácido úrico proveniente de las heces de aves.

Microorganismos ciclo del nitrógenoEn este proceso de amonificación los compuestos nitrogenados del suelo serán reducidos a formas químicas más simples, cuando los microorganismos producen proteínas a partir de los aminoácidos presentes en estos compuestos.

Aquí se libera entonces el exceso de nitrógeno, pero como amoníaco o ión amonio. Y quedan disponibles para que las bacterias intervengan en las subsiguientes etapas del ciclo.

Nitrificación

En esta fase,  las bacterias toman ese amoníaco y el ión amonio disponible en los suelos,  oxidándolos para usar esa energía en sus metabolismos.

Esa oxidación la ejecutan las bacterias nitrosificantes del género Nitrosomas, especiales para fabricar nitritos.

Después se activa una enzima alojada en la membrana de estos microorganismos, la llamada amoníaco mooxigenasa, capaz de oxidar el NH3 a un compuesto denominado hidroxilamina, nuevamente reducido a nitrito por oxidación, en una zona de la bacteria que se llama periplasma.

Los nitritos serán más tarde nitratos, nuevamente por efectos oxidantes causados por la batería responsable y su enzima nitrito oxidoreductasa. Pero cabe destacar que los nitritos quedaran disponibles en el suelo, para que las plantas les absorban y se nutran.

Desnitrificación

atmósfera cielo contaminaciónOcurre en esta fase que  los nitritos y nitratos producidos por oxidación, serán convertidos de nuevo a nitrógeno atmosférico.  También se agrega un poco de óxido nitroso.

Hay otros factores importantes para que se cumpla esta etapa, como son una temperatura y saturación del suelo adecuada y una cantidad respetable de nitrito, para que intervenga una bacteria anaeróbica que use los compuestos nitrogenados, como nitratos NO3, para asimilar electrones y cumplir este proceso que devuelve a la atmósfera el nitrógeno atmosférico, cerrando el ciclo en forma perfecta.

¿Cuál es la importancia de este ciclo para la vida?

El ciclo del nitrógeno es de suma importancia para la vida porque interviene en distintos procesos biológicos vitales para los organismos, que necesitan producir aminoácidos, ácidos nucleicos y proteínas.

A pesar de hallarse en forma abundante en la atmósfera, tiene  limitantes porque poquísimos organismo pueden asimilarlo en forma directa. 

Por ejemplo:
Las plantas absorberán eficientemente sus nutrientes siempre que tenga la forma de iones de amonio NH4 o nitratos NO3, así como pequeñas dosis de aminoácidos y urea.

Es además, importantísimo para elevar la calidad en la productividad de los suelos y como se aloja en grandes cantidades en las raíces de las leguminosas, estas plantas se suelen usar para mejorar la calidad del suelo en la agricultura.

ciclo del nitrógeno fertilizanteEn la industria química y gracias al descubrimiento del alemán Fritz Haber, se desarrolló un proceso que permite hacer reaccionar el nitrógeno atmosférico N2 con hidrógeno en forma gaseosa para obtener amoníaco usado como fertilizante artificial, para incrementar la producción de alimentos a nivel mundial.

Pero este sistema ha traído consigo la contaminación masiva del agua, que en este caso estimulará negativamente el crecimiento exagerado de algas en los ecosistemas marinos, ocasionando un consumo excesivo de oxígeno y algunas toxinas que terminan perjudicando a otras especies del ecosistema afectado.

 

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Mi nombre es Teresa Vaz Ferrà y soy estudiante de Biología en Barcelona. Me gusta colaborar con esta página porque desde bien joven me ha encantado el funcionamiento de la naturaleza y la biología. Tenía claro que quería estudiar algo relacionado con estos temas y por eso me acabé decidiendo por Biología.

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