1.3 Превращения органического азота и образование аммиака

Слайд №9. Органические азотистые соединения, синтезируемые водо­рослями и растениями, служат источниками азота для животных. Сложные азотистые соединения растений в процессе их ассимиляции животными в большей или меньшей степени гидролизуются, однако азот остается в основном в восстановленной органической форме. Животные, в отличие от рас­тений, в процессе метаболизма выделяют значительное количество азотистых соединений. Форма, в которой выделяется этот азот, у разных видов живых организмов отличается. Беспозвоночные выделяют преимущественно аммиак, но у позвоночных наблюдается выделение и органических азотистых продуктов: у пресмыкающихся и птиц основное выделяемое азотсодержащее соединение — это мочевая кислота, а у млеко­питающих — мочевина. Выделяемые животными мочевина и мочевая кислота быстро минерализуются особыми группами микроорганизмов с образованием двуокиси углерода и аммиака (рисунок 2).

Только часть азота, запасенного в органических соединениях в процессе роста растений, превращается в аммиак в результате обмена веществ у животных, а также при микробном разложении мочевины и мочевой кислоты. Значительное его количество сохраняется в растительных и животных тканях и освобождается лишь после гибели этих организмов. Когда погибает растение или животное, компоненты его тела немедленно подвергаются действию микроорганизмов, и азотистые соединения разрушаются с образованием аммиака. Часть азота ассимилируется самими микроорганизмами и таким образом превращается в компоненты микробной клетки. В итоге и эти компоненты превращаются в аммиак после отмирания микробов.

П ервый этап процесса аммонификации — гидролиз белков и нуклеиновых кислот с освобождением соответственно аминокислот и органических азотистых оснований, которые затем также расщепляются в результате дыхания и брожения.

Слайд №10 (краткий комментарий по картинке). Разрушение белка в анаэробных условиях (гниение) обычно не приводит к немедленному освобождению всего аминного азота в виде аммиака. Некоторые аминокислоты превращаются в амины. Гнилостное разложение характерно для деятельности анаэробных спорообразующих бактерий рода Clostridium. В присутствии воздуха амины окисляются другими бактериями с выделением аммиака.

1.4 Нитрификация (превращение аммиака в нитратные соединения)

В процессе всех превращений, которым подвергается азот с момента его ассимиляции растениями до его освобождения в виде аммиака, атом азота остается в восстановленной форме. Превращение аммиака в нитрат (нитрификация) осуществляется в природе двумя высокоспециализированными группами облигатно аэробных хемоавтотрофных бактерий.

Слайд №11. Нитрификация происходит в два этапа: на первом аммиак, окисляется до нитрита, на втором нитрит окисляется до нитрата. В результате деятельности бактерий аммиак, освобождающийся в процессе минерализации органического вещества, быстро окисляется в нитрат. Таким образом, нитрат основное азотистое вещество почвы, используемое растениями в процессе роста. Практика удобрения почвы навозом основана на микробной ми­нерализации органического вещества, которая приводит к превращению органического азота в нитраты путем аммонификации и нитрификации. Еще более простым способом повышения содержания нитратов в почве служит орошение полей разбавленными растворами аммиака, что является одним из современных мето­дов удобрения почв. Аммиак, который можно синтезировать химическим путем из молекулярного азота, — это наиболее концентрированная форма доступного связанного азота, поскольку он содержит около 82% азота по весу. Нитраты представляют собой хорошо растворимые соединения, поэтому они легко выщелачиваются из почвы и уносятся водой; следовательно, определенное количество связанного азота постоянно удаляется с континентов и переносится в океаны. В некоторых местностях, особенно в полузасушливых районах Чили, в почве нака­пливаются отложения нитратов в результате выхода и испарения поверхностных вод. Такие отложения — ценный источник удобрений, хотя их значение существенно снизилось за последние 50 лет вследствие развития химических методов производства азотистых соединений из атмосферного азота.