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Fixation de l'azote

Sujets connexes: Biologie ; Chimie

Renseignements g??n??raux

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Fixation de l'azote est le processus par lequel de l'azote est extrait de sa forme mol??culaire naturel, relativement inerte (N 2) dans l' atmosph??re et converti en compos??s azot??s (tels que l'ammoniac , le nitrate et dioxyde d'azote).

Fixation de l'azote est effectu??e naturellement par un certain nombre de diff??rents procaryotes, y compris les bact??ries , Actinobacteria, et certains types de les bact??ries ana??robies. Les micro-organismes qui fixent l'azote sont appel??s diazotrophes. Certaines plantes sup??rieures, et certains animaux ( termites ), ont form?? des associations avec diazotrophes.

Fixation de l'azote se produit ??galement en raison de proc??d??s non biologiques. Il se agit notamment la foudre, industriellement par la Proc??d?? Haber-Bosch, et la combustion.

La fixation biologique de l'azote a ??t?? d??couvert par le microbiologiste n??erlandais Martinus Beijerinck.

La fixation biologique de l'azote

Repr??sentation sch??matique du cycle de l'azote .

Fixation de l'azote (BNF) se produit lorsque l'azote atmosph??rique est converti en ammoniac par une paire d'enzymes bact??riennes appel??e nitrog??nase. La formule pour BNF est:

N 2 + 8H + + 8e - + 16 ATP → 2NH 3 + H 2 + 16 ADP + 16 P i

Bien que l'ammoniac (NH 3) est le produit direct de cette r??action, il est rapidement proton?? en ammonium (NH 4 +). Dans diazotrophes vivant en libert??, l'ammonium nitrog??nasique g??n??r?? est assimil?? dans glutamate ?? travers la voie de la glutamine synthetase synthase / glutamate.

Dans la plupart des bact??ries, des enzymes de nitrog??nase sont tr??s sensibles ?? la destruction par l'oxyg??ne (et de nombreuses bact??ries cesser la production de l'enzyme en pr??sence d'oxyg??ne). Faible tension en oxyg??ne est obtenue par des bact??ries diff??rentes par: vivant dans des conditions ana??robies, respirant ?? puiser dans les niveaux d'oxyg??ne, ou la liaison de l'oxyg??ne avec une prot??ine telle que Legh??moglobine - ??galement orthographi?? legh??moglobine ..

Les plantes les plus connus qui contribuent ?? la fixation de l'azote dans la nature, sont sous la famille des l??gumineuses - Fabaceae, qui comprend tels taxons tr??fle, la luzerne, les haricots, les lupins et les arachides. Ils contiennent bact??ries symbiotiques appel??es rhizobiums sein nodules dans leur syst??mes racinaires, produisant des compos??s azot??s qui aident la plante ?? cro??tre et rivaliser avec d'autres plantes. Lorsque la plante meurt, l'azote fix?? est lib??r??, le rendant disponible ?? d'autres plantes et cela contribue ?? fertiliser le sol La grande majorit?? des l??gumineuses ont cette association, mais quelques genres (par exemple, Styphnolobium) ne le font pas. Dans de nombreuses pratiques traditionnelles et organiques agricoles, les champs sont tourn??es ?? travers diff??rents types de cultures, qui comprend habituellement un compos?? principalement ou enti??rement du tr??fle ou de sarrasin (famille Polygonaceae), qui ont ??t?? souvent d??sign?? comme ??engrais vert??, puisque l'autre fa??on naturelle de l'ajout de l'azote au sol est par l'interm??diaire des produits de d??chets animaux. La plante enti??re est souvent r??investi dans le domaine, donc non seulement ajouter plus d'azote, mais aussi am??liorer le contenu et le volume organique du sol.

Plantes fixatrices d'azote non-l??gumineuses

Un Aulne Nodosit?? sectionn??.
Un tout Alder Arbre nodule.

Bien que la grande majorit?? des plantes fixatrices d'azote sont dans la famille des l??gumineuses Fabaceae, il ya quelques plantes non l??gumineuses qui peut ??galement fixer l'azote. Ces plantes, d??nomm??es plantes actinorhiziennes, se composent de 22 genres d'arbustes ligneuses ou des arbres dispers??s dans huit familles de plantes. La capacit?? de fixer l'azote ne est pas universellement pr??sente dans ces familles. Par exemple, de 122 genres dans le Rosaceae, seulement quatre genres sont capables de fixer l'azote.

Famille: Genera

Betulaceae (Birch): Alnus (Aulne)

Cannabaceae: Trema

Casuarinaceae (elle-ch??nes):

Allocasuarina
Casuarina
Gymnostoma

Coriariaceae: Coriaria

Datiscaceae: Datisca

Elaeagnaceae (oleaster):

Elaeagnus (silverberry)
Hippophae (argousier)
Shepherdia (sh??pherdie)

Myricaceae:

Morella arborea
Myrica
Comptonia

Rhamnaceae (argousier):

Ceanothus
Colletia
Discaria
Kentrothamnus
Retanilla
Trevoa

Rosaceae (rose):

Cercocarpus (acajou de montagne)
Chamaebatia (de la mis??re de la montagne)
Purshia (bitterbrush ou falaise rose)
Dryas

Il ya aussi plusieurs associations symbiotiques fixatrices d'azote qui impliquent cyanobact??ries (comme Nostoc). Il se agit notamment des lichens tels que Lobaria et Peltigera:

  • Mosquito foug??re ( esp??ces Azolla)
  • Cycads
  • Gunnera

Les micro-organismes qui fixent l'azote

  • Diazotrophes
  • Cyanobact??ries
  • Azotobacteraceae
  • Rhizobiums
  • Frankia

Fixation de l'azote par les cyanobact??ries

Les cyanobact??ries habitent presque tous les environnements ??clair??s sur la Terre et jouent un r??le cl?? dans le carbone et le cycle de l'azote de la biosph??re . G??n??ralement, cyanobact??ries sont capables d'utiliser une vari??t?? de sources inorganiques et organiques d'azote combin??, comme le nitrate , nitrite, ammonium, l'ur??e ou des acides amin??s . Plusieurs souches de cyanobact??ries sont ??galement capables de diazotrophes croissance. Le s??quen??age du g??nome a fourni une grande quantit?? d'informations sur la base g??n??tique du m??tabolisme de l'azote et de son contr??le dans les cyanobact??ries diff??rente. La g??nomique comparative, ainsi que des ??tudes fonctionnelles, a conduit ?? une avanc??e significative dans ce domaine au cours des derni??res ann??es. 2-oxoglutarate se est av??r?? ??tre la mol??cule de signalisation central refl??tant l'??quilibre carbone / azote de cyanobact??ries. Acteurs centraux de contr??le d'azote sont le facteur de transcription NtcA mondiale, qui contr??le l'expression de nombreux g??nes impliqu??s dans le m??tabolisme de l'azote, ainsi que la prot??ine de signalisation P II, quelles activit??s peaufine cellulaire en r??ponse ?? l'??volution des conditions C / N. Ces deux prot??ines sont des capteurs de niveau 2-oxoglutarate cellulaire et ont ??t?? conserv??s dans tous les cyanobact??ries. En revanche, l'adaptation ?? la privation d'azote implique r??ponses h??t??rog??nes dans les diff??rentes souches.

Fixation de l'azote chimique

L'azote peut ??galement ??tre fix?? artificiellement pour une utilisation dans les engrais , les explosifs, ou dans d'autres produits. La m??thode la plus populaire est par le Proc??d?? Haber. Cette production d'engrais chimiques a atteint une telle ampleur qu'il est maintenant la plus grande source d'azote fix?? dans la terre de l ' ??cosyst??me.

Le proc??d?? Haber n??cessite des pressions ??lev??es et des temp??ratures tr??s ??lev??es et de la recherche active est engag??e dans le d??veloppement de syst??mes de catalyseurs qui transforment l'azote en ammoniac ?? des temp??ratures ambiantes. De nombreux compos??s peuvent r??agir avec de l'azote atmosph??rique dans des conditions ambiantes (par exemple le lithium fait nitrure de lithium se il est laiss?? expos??), mais les produits de ces r??actions ne sont pas facilement convertis en sources d'azote biologiquement accessibles. Apr??s la premi??re diazote complexe a ??t?? d??couvert en 1965 sur la base de l'ammoniac coordonn??e de ruth??nium ([Ru (NH 3) 5 (N 2)] 2+), la recherche dans la fixation chimique concentr?? sur des complexes de m??taux de transition. Depuis ce temps, un grand nombre de compos??s de m??taux de transition qui contiennent en tant que ligand diazote ont ??t?? d??couverts. Le ligand de diazote peut ??tre li?? soit ?? une seule deux (ou plusieurs) des m??taux m??tallique ou d'un pont. La chimie de coordination de diazote est riche et l'??tude intense. Cette recherche pourrait mener ?? de nouvelles fa??ons d'utiliser diazote dans la synth??se et ?? l'??chelle industrielle.

Le premier exemple de clivage homolytique de diazote dans des conditions douces a ??t?? publi?? en 1995. Deux ??quivalents d'une molybd??ne complexe mis ?? r??agir avec un ??quivalent de diazote, cr??ant un triple complexe MoN coll??. Depuis ce complexe d??limit??e triple a ??t?? utilis?? pour faire nitriles. Le premier syst??me catalytique de conversion de l'azote de l'ammoniac ?? la temp??rature ambiante et 1 atmosph??re a ??t?? d??couvert en 2003 et est bas?? sur un autre compos?? de molybd??ne, une source de protons et un fort agent r??ducteur. Malheureusement, la r??duction catalytique ne subit quelques revirements avant le d??c??s de catalyseur.

R??duction de l'azote synth??tique Yandulov 2006



Contrairement au graphique illustr?? ci-dessus, le principal produit de cette r??action est de l'ammoniac (NH3) et non un sel d'ammonium ([NH4] [X]). En fait, environ 75% de l'ammoniac produit peut ??tre ??limin?? par distillation ?? partir de la cuve de r??action (ce qui sugg??re l'ammoniac ne est pas proton??e) dans un r??cipient contenant du HCl en tant que pi??ge. Cette m??thode de pi??geage est sans doute le NH3 choisi parce qu'il rend le produit plus facile ?? manipuler. Notez ??galement que parce que seulement 1 ??quivalent de l'anion Cl est disponible dans des conditions catalytiques (par r??duction du chlorure de molbdenum pr??catalyseur, repr??sent??e) par cons??quent, il est peu probable que le sel d'ammonium produit aurait toujours cette contre-ion.

Notez ??galement que m??me si le complexe de diazote est indiqu?? entre parenth??ses cette esp??ce peuvent ??tre isol??s et caract??ris??s. Ici, les crochets ne indiquent pas que l'interm??diaire ne est pas observ??e.

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