LA LEZIONE I CICLI BIOGEOCHIMICI DELL’AZOTO E DEL FOSFORO (PARTE II) Il ciclo dell'azoto L’azoto (N2) è l’elemento più abbondante presente nell’atmosfera. Se come gas non è respirabile (dal greco “a-zoon = privo di vita”) molti dei composti in cui è presente ( aminoacidi, proteine, DNA,RNA, ATP etc.) Fig.3 Schema del piccolo ciclo o di riciclizzazione sono indispensabili per i viventi. Inoltre nell’atmosfera esso entra in diversi Le fasi principali del ciclo dell’azoto vengono distinte in 1) fissazione processi chimici che incidono sul clima inorganica 2) fissazione organica per terrestre. Il ciclo dell’azoto è un ciclo biogeochimico ammonificazione e per nitrificazione 3) denitrificazione. che si svolge tra suolo, atmosfera, biosfera, ma viene definito gassoso perché Se in forma gassosa come N2 o come ossidi il deposito maggiore di azoto è l’atmosfera NOx non è assorbibile dalle piante, l’azoto dove si trova come gas nella percentuale lo è invece sotto forma solida solubile dei suoi nitrati (X+NO-3). dello 78,08%. Il cammino da N2 a NO3_ parte da una fissazione organica per ammonificazione del gas atmosferico ad opera dei batteri azotofissatori del suolo e dell’acqua (simbionti o liberi):secondo la reazione N2+ 8H++ energia 2NH4+. I batteri azotofissatori simbionti più noti sono quelli del genere Rhizobacterium contenuti nei tubercoli radicali delle Leguminose. Essi fissano l’azoto presente nell’aria circolante nel suolo attraverso un primo enzima che scinde il triplo legame di N2 e che Fig.1 Ciclo dell'azoto: schema generale quindi consente alla nitrogenasi di favorire la formazione di composti ammoniacali assimilabili dalla pianta. La quantità di azoto fissato dipende dalla pressione di O2 presente nel nodulo radicale regolata dalla leghemoglobina. [v. lezione Evoluzione delle molecole biologiche]. La pianta a sua volta fornisce ai batteri carboidrati e proteine. Esistono anche batteri azotofissatori liberi e aerobi (Azotobacter, Clostridium) che sono in grado di fissare l’azoto solo quando i composti azotati sono scarsi nel substrato in cui vivono ( suolo, acqua). Fig.2 Ciclo dell'azoto Esso comprende un grande ciclo tra atmosfera e biosfera e un piccolo ciclo all’interno della stessa biosfera che prende il nome anche di riciclizzazione. immediata denitrificazione dei nitrati ad opera dei batteri denitrificanti. Il ciclo del fosforo È un ciclo biogeochimico che descrive il movimento del fosforo attraverso la litosfera, l’idrosfera e la biosfera. Il fosforo si trova per lo più allo stato solido per cui sono soprattutto l’idrosfera e la biosfera ad essere interessate. È un elemento di grande importanza nel metabolismo dei viventi in quanto rientra sia nella molecola degli acidi nucleici e delFig.4 Schema relativo alla fissazione organica le molecole fornitrici di energia (ATP, GTP, Alla fissazione dell’N2 segue una nitrifica- NADPH…). Il fosforo presente nel suolo dezione in cui i sali d’ammonio (NH4+X-) ven- riva dalla degradazione di rocce fosfatiche gono ossidati prima in nitriti (NO2-) dai bat- come l’apatite Ca [(PO4)3 F] o altre in cui il teri nitrosanti come il Nitrosomonas e/o da fluoro (F) è sostituito da altri elementi. Il funghi del suolo e poi, da altri eubatteri fosforo, giunto al suolo sotto forma di ioni come il Nitrobacter , in nitrati ( NO3-), for- fosfato (PO43-), molto stabili, sedimenta e ma chimica in possono finalmente essere poi viene reso disponibile per gli organismi assorbiti dalle piante. viventi da diversi funghi e batteri che lo Accanto alla fissazione organica esiste an- trasformano nella sua forma più solubile che una fissazione diretta inorganica inne- ( lo ‘organicano’). scata nell’atmosfera da radiazioni cosmiche Talvolta le piante superiori possono assoro da fulmini che forniscono l’energia neces- bire fosforo non ancora organicato grazie saria (ben 941 kJ/mol per rompere il triplo alla presenza di micorrize, le simbiosi tra legame NN) per far reagire l’N2 elementa- ife fungine e radici delle piante, dove la re con l’O2 o con l’idrogeno dell’acqua at- pianta fornisce al fungo carboidrati e amimosferica permettendo la formazione di noacidi, mentre questo trasforma fosfati e ossidi acidi o di ammoniaca che scendono altri composti in forme solubili e quindi asal suolo con le piogge. similabili dall'ospite. L’acqua scioglie le rocce ricche in minerali contenenti fosforo mettendo così in movimento l’elemento. Fig.5 I fulmini innescano la fissazione diretta inorganica L’azoto entrato nella catena alimentare tramite le piante, costituisce parte delle biomolecole fondamentali dei viventi e si ritroverà nei prodotti ultimi della decomposizione chimica delle sostanze azotate presenti negli escreti e nei resti organici degli organismi ad opera dei batteri decompositori, tornando infine Fig.6 Ciclo del fosforo nell’atmosfera. Una piccola parte torna per