Аммонификация мочевины

Мочевина – конечный продукт белкового обмена у большинства позвоночных животных и человека, которая выводится из организма с мочой.

В моче содержится 47% азота, поэтому она считается непригодной для азотистого питания растений. Только после разложения мочевины бактериями она может усваиваться растениями.

Химизм распада мочевины представляет её ГИДРОЛИЗ в присутствии экзофермента УРЕАЗЫ, который выделяют специфичные аэробные УРОБАКТЕРИИ:

уреаза

CO(NH₂)₂ + 2H₂O → (NH₄)₂CO₃ → CO₂ + H₂O + 2NH₃

мочевина углекислый аммоний

(карбонат аммония)

УРОБАКТЕРИИ – щелочелюбивые микроорганизмы (pH 7,5-8,5): при образовании углекислого аммония происходит сильное подщелачивание среды до pH 9-10.

Более энергичные возбудители процесса – это бациллы Bacillus pasteurii – грамположительные, крупные, подвижные (перетрихи) палочки, образующие споры.

Эти бактерии способны разложить до 140 г мочевины в литре раствора.

Кокковые уробактерии – Sarcina ureae – подвижные (перетрихи), образуют споры (что довольно редко встречается у кокков). Кокки собраны по 4-8 клеток, покрыты многочисленные жгутиками. Способны разложить до 30 г мочевины в литре раствора.

Аммонификация хитина

Хитин – это стойкое органическое вещество – сложный азотсодержащий полисахарид, который входит в состав клеточных стенок плесневых грибов, панцирных покровов насекомых, ракообразных.

После отмирания организмов хитин попадает в почву и водоёмы. В неблагоприятных условиях для развития микроорганизмов хитин миллионы лет сохраняется почти в неизменном виде. Если же условия благоприятствуют развитию микроорганизмов, то хитин быстро разлагается.

В 1 г почвы может содержаться до 10⁶ микроорганизмов, использующих хитин. Хитин используется микробами как источник углерода и азота.

На I стадии происходит ГИДРОЛИЗ ХИТИНА до ГЛЮКОЗОАМИНА и УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ в результате действия на хитин экзофермента ХИТИНАЗЫ, выделяемого микробной клеткой:

C₃₂H₅₄O₂₁N₄ + 7H₂O → 4C₆H₁₁O₅NH₂ + 4СH₃COOH

хитин глюкозоамин уксусная кислота

Далее ГЛЮКОЗОАМИН гидролизуется до ГЛЮКОЗЫ и АММИАКА:

4C₆H₁₁O₅NH₂ + 4H₂O →4C₆H₁₂O₆ + 4NH₃

глюкозоамин глюкоза аммиак

ГЛЮКОЗА далее окисляется до углекислого газа CO₂ и воды H₂O или сбраживается по типу маслянокислого брожения.

АММИАК служит микроорганизмам источником азота.

Усваивать хитин могут многие виды почвенных и водных бактерий. Это различные виды бактерий грамотрицательных палочек родов Cytophaga, Achromobacter, Flavobacterium, Pseudomonas.

В разложении хитина играют роль грамположительные споровые бактерии рода Bacillus, миксобактерии Chitinophaga pinensis, актиномицеты рода Nocardia, плесневые грибы рода Aspergillus. НИТРИФИКАЦИЯ

- это следующий за аммонификацией процесс возвращения соединений азота в круговорот, так как в ходе нитрификации образуются доступные для водорослей соединения азота, что имеет огромное значение для водоёмов.

НИТРИФИКАЦИЯ – это последовательное окисления аммиака до АЗОТИСТОЙ и АЗОТНОЙ КИСЛОТ.

Нитрифицирующие бактерии – автотрофные микроорганизмы: клеточный материал образуют из CO₂; получают энергию (АТФ) за счёт окисления неорганических соединений азота с помощью ферментов-цитохромов, находящихся в дыхательной цепи.

Процесс нитрификации включает ДВЕ ФАЗЫ.

1 фаза – НИТРИТНАЯ – окисление АММИАКА до АЗОТИСТОЙ КИСЛОТЫ:

2NH₃ + 3O₂ → 2HNO₂ + 2H₂O + nАТФ

В первой фазе нитрификация идёт с участием НИТРОЗНЫХ БАКТЕРИЙ:

1. Бактерии рода Nitrosomonas – грамотрицательные бесспоровые подвижные (монотрихи) палочки. Широко распространены в почве.

2. Бактерии рода Nitrospira – клетки правильной спиральной формы; могут быть в виде коротких палочке или кокков.

3. Бактерии рода Nitrosococcus (Nitrosocystis)– кокковые бактерии, образующие зооглеи – кокки, окруженные общей капсулой.

2 фаза – НИТРАТНАЯ – окисление АЗОТИСТОЙ КИСЛОТЫ до АЗОТНОЙ:

2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃ + nАТФ

азотистая азотная

кислота кислота

Во второй фазе нитрификации участвуют НИТРАТНЫЕ БАКТЕРИИ рода Nitrobacter – грамотрицательная мелкая полиморфная неподвижная палочка, которая может иметь удлинённую, клиновидную или грушевидную форму, более узкий конец часто загнут в клювик.

Для нитрифицирующих бактерий характерно почкование – почка образуется на более тонком конце клетки, когда достигает величины материнской клетки, у неё появляется жгутик и почка отделяется. Проплавав некоторое время, она теряет жгутик, оседает на твердый субстрат и цикл повторяется.

В водоёмах наиболее интенсивно нитрификация наблюдается в поверхностном слое ила и в придонных слоях воды. Это объясняется тем, что из ила постоянно диффундирует аммиак, образующийся при аммонификации и подвергающийся далее окислению нитрификаторами, а также тем, что нитрификаторы обитают преимущественно на твёрдых субстратах. Образующиеся в воде нитраты усваиваются фитопланктоном и вновь превращаются в органическую форму азота.