नाइट्रोजन निर्धारण बायोटिक और अजैविक प्रक्रियाएं

 नाइट्रोजन निर्धारण जैविक और गैर-जैविक प्रक्रियाओं का एक सेट है जो जीवित प्राणियों के लिए उपलब्ध नाइट्रोजन के रासायनिक रूपों का उत्पादन करता है। नाइट्रोजन की उपलब्धता पारिस्थितिक तंत्र और वैश्विक जैव-रसायन विज्ञान के कामकाज को महत्वपूर्ण रूप से नियंत्रित करती है, क्योंकि नाइट्रोजन एक ऐसा कारक है जो स्थलीय और जलीय पारिस्थितिक तंत्र में शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता को सीमित करता है।.

जीवित जीवों के ऊतकों में, नाइट्रोजन अमीनो एसिड का हिस्सा है, एंजाइमों जैसे संरचनात्मक और कार्यात्मक प्रोटीन की इकाइयां। यह न्यूक्लिक एसिड और क्लोरोफिल के संविधान में एक महत्वपूर्ण रासायनिक तत्व भी है.

इसके अतिरिक्त, कार्बन कमी (प्रकाश संश्लेषण) और कार्बन ऑक्सीकरण (श्वसन) की जैव-रासायनिक प्रतिक्रियाएं नाइट्रोजन युक्त एंजाइमों की मध्यस्थता के माध्यम से होती हैं, क्योंकि वे प्रोटीन होते हैं.

नाइट्रोजन के जैव-रासायनिक चक्र की रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, यह तत्व शून्य से एन तक अपने ऑक्सीकरण राज्यों को बदलता है_2, 3- एनएच में₃, 3+ में NO₂ ^- और एनएच₄⁺ , और NO में 5+ के लिए₃^-.

कई सूक्ष्मजीव इन नाइट्रोजन ऑक्साइड-कमी प्रतिक्रियाओं में उत्पन्न ऊर्जा का लाभ उठाते हैं और अपनी चयापचय प्रक्रियाओं में इसका उपयोग करते हैं। यह ये माइक्रोबियल प्रतिक्रियाएं हैं, जो सामूहिक रूप से वैश्विक नाइट्रोजन चक्र को चलाती हैं.

ग्रह पर नाइट्रोजन का सबसे प्रचुर रासायनिक रूप गैसीय आणविक डायटोमिक नाइट्रोजन एन है₂, जो पृथ्वी के वायुमंडल का 79% हिस्सा है.

यह ट्रिपल बॉन्ड द्वारा नाइट्रोजन के कम प्रतिक्रियाशील, व्यावहारिक रूप से निष्क्रिय, बहुत स्थिर होने की रासायनिक प्रजाति है जो दोनों परमाणुओं को एकजुट करती है। इस कारण से, वायुमंडल में इतनी प्रचुर मात्रा में नाइट्रोजन, अधिकांश जीवित प्राणियों के लिए उपलब्ध नहीं है.

जीवित प्राणियों के लिए उपलब्ध रासायनिक रूपों में नाइट्रोजन, "नाइट्रोजन निर्धारण" के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। नाइट्रोजन निर्धारण दो मुख्य रूपों के माध्यम से हो सकता है: अजैविक बाध्यकारी रूप और बायोटिक बाध्यकारी रूप.

सूची

• 1 नाइट्रोजन स्थिरीकरण के अजैविक रूप
  • १.१ थंडरस्टॉर्म
  • 1.2 जीवाश्म ईंधन जलाना
  • 1.3 बायोमास जलना
  • 1.4 मिट्टी के क्षरण और रॉक अपक्षय से नाइट्रोजन का उत्सर्जन
• नाइट्रोजन स्थिरीकरण के 2 जैविक रूप
  • २.१ मुक्त-जीवित या सहजीवी सूक्ष्मजीव
  • 2.2 तंत्र नाइट्रोजन तंत्र को सक्रिय बनाए रखने के लिए
  • २.३ मुक्त जीवित सूक्ष्मजीवों द्वारा जैव नाइट्रोजन निर्धारण
  • 2.4 एन 2 निर्धारण प्रतिक्रिया के दौरान आवश्यक ऊर्जा
  • 2.5 एंजाइमैटिक कॉम्प्लेक्स नाइट्रोजन और ऑक्सीजन
  • 2.6 पौधों के साथ सहजीवी जीवन के सूक्ष्मजीवों द्वारा जैव नाइट्रोजन निर्धारण
• 3 संदर्भ

नाइट्रोजन स्थिरीकरण के अजैविक रूप

गरज

बिजली या तूफान के दौरान उत्पन्न "बिजली" सिर्फ शोर और प्रकाश नहीं है; वे एक शक्तिशाली रासायनिक रिएक्टर हैं। बिजली की क्रिया से, नाइट्रोजन ऑक्साइड NO और NO तूफानों के दौरान उत्पन्न होते हैं₂, सामान्य रूप से NO_एक्स.

ये बिजली के निर्वहन बिजली के रूप में मनाया जाता है, उच्च तापमान की स्थिति (30,000) उत्पन्न करता है^यासी) और उच्च दबाव, जो ऑक्सीजन के रासायनिक संयोजन को बढ़ावा देते हैं OR₂ और नाइट्रोजन एन₂ वायुमंडल में, नाइट्रोजन ऑक्साइड का उत्पादन नहीं_एक्स.

इस तंत्र में नाइट्रोजन निर्धारण की कुल दर में बहुत कम योगदान दर है, लेकिन यह अजैविक रूपों में सबसे महत्वपूर्ण है.

जलते हुए जीवाश्म ईंधन

नाइट्रोजन ऑक्साइड के उत्पादन में मानवजनित योगदान है। हमने पहले ही कहा है कि नाइट्रोजन अणु के मजबूत ट्रिपल बंधन एन_2, यह केवल चरम स्थितियों में ही टूट सकता है.

तेल (उद्योगों और वाणिज्यिक और निजी परिवहन, समुद्री, वायु और भूमि में) से प्राप्त जीवाश्म ईंधन का दहन, बड़ी मात्रा में कोई उत्सर्जन नहीं करता है_एक्स वातावरण को.

एन₂या जीवाश्म ईंधन के दहन में उत्सर्जित, यह एक शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस है जो ग्रह के ग्लोबल वार्मिंग में योगदान देता है.

बायोमास जलना

नाइट्रोजन ऑक्साइड्स NO का भी योगदान है_एक्स ज्वाला के उच्च तापमान के क्षेत्र में बायोमास को जलाने से, उदाहरण के लिए जंगल की आग में, हीटिंग और खाना पकाने के लिए लकड़ी का उपयोग, जैविक अपशिष्ट का उपयोग और बायोमास का उपयोग गर्मी ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जाता है।.

एन्थ्रोपोजेनिक मार्गों द्वारा वायुमंडल में उत्सर्जित NOx नाइट्रोजन ऑक्साइड, पर्यावरण प्रदूषण की गंभीर समस्याओं का कारण बनता है, जैसे कि शहरी और औद्योगिक वातावरण में फोटोकैमिकल स्मॉग, और एसिड वर्षा में महत्वपूर्ण योगदान.

मृदा अपरदन और रॉक अपक्षय से नाइट्रोजन का उत्सर्जन

मृदा अपरदन और नाइट्रोजन युक्त रॉक बेड का अपक्षय खनिजों को उजागर करता है जो तत्वों को नाइट्रोजन आक्साइड जारी कर सकते हैं। रॉक बेड का अपक्षय पर्यावरणीय कारकों के संपर्क में आने से होता है, जो एक साथ काम करने वाले भौतिक और रासायनिक तंत्र के कारण होता है.

टेक्टोनिक मूवमेंट शारीरिक रूप से नाइट्रोजन से भरपूर चट्टानों को मौसम के अनुसार उजागर कर सकते हैं। इसके बाद, रासायनिक साधनों के द्वारा, अम्लीय वर्षा के कारण रासायनिक अभिक्रिया होती है जो NO को छोड़ती है_{एक्स,} इस प्रकार की चट्टानें और मिट्टी दोनों.

मिट्टी के कटाव और रॉक अपक्षय के इन तंत्रों के लिए ग्रह के कुल जैवउपलब्ध नाइट्रोजन का 26% असाइन करने वाली हालिया जांच हैं.

नाइट्रोजन स्थिरीकरण के जैविक रूप

कुछ जीवाणु सूक्ष्मजीवों में तंत्र होते हैं जो एन के ट्रिपल बंधन को तोड़ने में सक्षम होते हैं₂ और अमोनिया एनएच का उत्पादन₃, जो आसानी से अमोनियम आयन, NH में बदल जाता है₄⁺ metabolizable.

मुक्त-जीवित या सहजीवी सूक्ष्मजीव

सूक्ष्मजीवों द्वारा नाइट्रोजन निर्धारण के रूप, मुक्त जीवों के माध्यम से या जीवों के माध्यम से हो सकते हैं जो पौधों के साथ सहजीवन के संघों में रहते हैं.

यद्यपि नाइट्रोजन फिक्सिंग सूक्ष्मजीवों के बीच बड़े रूपात्मक और शारीरिक अंतर हैं, लेकिन निर्धारण प्रक्रिया और उन सभी द्वारा उपयोग किए जाने वाले नाइट्रोजनस एंजाइम प्रणाली बहुत समान है.

मात्रात्मक रूप से, इन दो तंत्रों (मुक्त जीवन और सहजीवन) के माध्यम से नाइट्रोजन का जैविक निर्धारण विश्व स्तर पर सबसे महत्वपूर्ण है.

तंत्र नाइट्रोजन प्रणाली को सक्रिय बनाए रखने के लिए

नाइट्रोजन-फिक्सिंग सूक्ष्मजीवों में उनके एंजाइमेटिक नाइट्रोजनोज सिस्टम को सक्रिय रखने के लिए रणनीतिक तंत्र होते हैं.

इन तंत्रों में श्वसन सुरक्षा, उत्थान रासायनिक संरक्षण, एंजाइमिक गतिविधि का प्रतिवर्ती निषेध, वैनेडियम के साथ एक वैकल्पिक नाइट्रोजन के अतिरिक्त संश्लेषण और कोफ़ेक्टर्स के रूप में लोहा, ऑक्सीजन के लिए प्रसार अवरोधों का निर्माण और स्थानिक पृथक्करण शामिल हैं। nitrogenase.

कुछ में माइक्रोएरोफिलिया होता है, जैसे कि जेनेमा के काइमोट्रोपिक बैक्टीरिया एज़ोस्पिरिलियम, एक्वास्पिरिलम, एज़ोटोबैक्टर, बेजेरिंकिया, अज़ोमोनस, डेरक्सिया, क्रायनेबैक्टीरियम, राइज़ोबियम, एग्रोबैक्टीरियम, थियोबासिलस और शैलियों की फोटोट्रोफ ग्लीकोप्सा, अनाबाएना, स्पिरुलिना, नोस्टोक, ओस्सिलटोरिया, कालोथ्रिक्स, लिंग्ब्या.

अन्य में फेशियलेटिव एनारोबायोसिस होता है, जैसे कि केमोरेटोफोरस: क्लेबसिएला, सिट्रोबैक्टर, एरविनिया, बैसिलस, प्रोपियोनीबैक्टीरियम और शैलियों की फोटोट्रोफ रोडोस्पिरिलम, रोडोपसुडीमोनस.

मुक्त रहने वाले सूक्ष्मजीवों द्वारा जैविक नाइट्रोजन निर्धारण

नाइट्रोजन-फिक्सिंग सूक्ष्मजीव जो मुक्त रूप में मिट्टी में रहते हैं (एसिम्बायोटिक) मूल रूप से अर्कबैक्टीरिया और बैक्टीरिया हैं.

कई प्रकार के बैक्टीरिया और साइनोबैक्टीरिया हैं जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन, एन को परिवर्तित कर सकते हैं_2, अमोनिया में, एनएच₃. रासायनिक प्रतिक्रिया के अनुसार:

एन₂+8H⁺+8e^-+16 एटीपी → 2 एनएच₃+एच₂+16 ADP + 16Pi

इस प्रतिक्रिया के लिए एंजाइमैटिक नाइट्रोजनोज सिस्टम और एक कोफ़ेक्टर, विटामिन बी की मध्यस्थता की आवश्यकता होती है₁₂. इसके अतिरिक्त नाइट्रोजन निर्धारण का यह तंत्र बहुत अधिक ऊर्जा की खपत करता है, एंडोथर्मिक है और इसके लिए N के 226 किलो कैलोरी / मोल की आवश्यकता होती है।₂; यही है, यह एक उच्च चयापचय लागत वहन करता है, यही कारण है कि इसे ऊर्जा पैदा करने वाले सिस्टम के साथ जोड़ा जाना चाहिए.

एन-फिक्सेशन प्रतिक्रिया के दौरान आवश्यक ऊर्जा₂

इस प्रक्रिया के लिए ऊर्जा एटीपी से प्राप्त की जाती है, जो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (जो अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करती है) के लिए ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन से आती है।.

अमोनिया में आणविक नाइट्रोजन को कम करने की प्रक्रिया भी प्रोटॉन फॉर्म एच में हाइड्रोजन को कम करती है⁺ आणविक हाइड्रोजन एच_2.

कई नाइट्रोजनोजेन्स सिस्टम ने हाइड्रोजन हाइडेज द्वारा मध्यस्थता वाली हाइड्रोजन रीसाइक्लिंग प्रणाली को युग्मित किया है। नाइट्रोजन फिक्सिंग के लिए नाइट्रोजन फिक्सिंग साइनोबैक्टीरिया, प्रकाश संश्लेषण.

एंजाइमैटिक कॉम्प्लेक्स नाइट्रोजन और ऑक्सीजन

एंजाइमैटिक कॉम्प्लेक्स नाइट्रोजन के दो घटक होते हैं, घटक I, मोलिब्डेनम के साथ डाइनट्रोजेनेस और कोफ़ेक्टर्स (जिसे हम Mo-Fe-protein कहेंगे), और घटक II, dinitrogenase reductase आयरन के साथ कोफ़ेक्टर (Fe- प्रोटीन).

प्रतिक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों को पहले घटक II और फिर घटक I में दान किया जाता है, जहां नाइट्रोजन की कमी होती है.

II से I तक इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के लिए, यह आवश्यक है कि Fe- प्रोटीन दो सक्रिय स्थलों पर Mg-ATP से बंधे। यह संघ Fe-प्रोटीन में एक परिवर्तनकारी परिवर्तन उत्पन्न करता है। ऑक्सीजन की अधिकता प्रतिकूल Fe- प्रोटीन में एक और परिवर्तनकारी उत्पादन कर सकती है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों की अपनी स्वीकर्ता क्षमता को रद्द कर देता है.

यही कारण है कि एंजाइमैटिक नाइट्रोजनेज़ कॉम्प्लेक्स, सहनीय सांद्रता से ऊपर ऑक्सीजन की उपस्थिति के लिए अतिसंवेदनशील है और कुछ बैक्टीरिया माइक्रोएरोफिलिक जीवन रूपों या फैकल्टेटिव एनारोबायोसिस का विकास करते हैं.

मुक्त रहने वाले नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया के बीच, जननांग से संबंधित कीमोफ्रासेस का उल्लेख हो सकता है क्लोस्ट्रीडियम, डेसल्फोविब्रियो, डेसल्फोटोमैकुलम, मेथनोसारसीना, और शैलियों की फोटोट्रॉफ़ क्रोमेटियम, थियोपीडिया, एक्टोथियोर्डोस्पिरा, दूसरों के बीच में.

पौधों के साथ सहजीवी जीवन के सूक्ष्मजीवों द्वारा जैविक नाइट्रोजन निर्धारण

अन्य नाइट्रोजन-फिक्सिंग सूक्ष्मजीव हैं, जो पौधों के साथ सहजीवी संघों को स्थापित करने में सक्षम हैं, विशेष रूप से फलियां और घास के साथ, या तो एक्टोसिम्बायोसिस (जहां सूक्ष्मजीव पौधे के बाहर स्थित है), या एंडोसाइम्बीओसिस (जहां सूक्ष्मजीव) कोशिकाओं के अंदर या पौधे के अंतरकोशिकीय स्थानों में रहता है).

स्थलीय पारिस्थितिक तंत्र में नियत अधिकांश नाइट्रोजन, जेनेरा के बैक्टीरिया के सहजीवी संघों से आती है राइजोबियम, ब्रैदिरहिज़ोबियम, सिनोरिहिज़ोबियम, अज़ोरिज़ोबियम, अल्लोरिज़ियम और Mesorhizobium, फलदार पौधों के साथ.

नाइट्रोजन-फिक्सिंग सिम्बायोसिस के तीन दिलचस्प प्रकार हैं: साहचर्य राइज़ोकेनोसिस, साइबोबैक्टीरिया सहजीवन के रूप में, और पारस्परिक एंडोरिज़ोबायोसिस.

Rizocenosis

साहचर्य राइज़ोकेनोसिस सिम्बायोसिस में, पौधों की जड़ों में विशेष संरचनाएं नहीं बनती हैं.

मक्का के पौधों के बीच इस प्रकार के सहजीवन के उदाहरण स्थापित किए गए हैं (ज़िया मकई) और गन्ना (सेकरुम ऑफ़िसिनारम) के साथ ग्लूकोनासेटोबैक्टर, अज़ोरेकस, azospirillum और Herbaspirillum.

राइज़ोकेनोसिस में, नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया एक पोषक माध्यम के रूप में पौधे के कट्टरपंथी एक्सयूडेट का उपयोग करते हैं और रूट कॉर्टेक्स के इंटरसेलुलर रिक्त स्थान को उपनिवेशित करते हैं।.

साइनोबैक्टीरियल सिम्बियन

सिस्टम में जहां साइनोबैक्टीरिया शामिल हैं, इन सूक्ष्मजीवों ने एनोक्सिक नाइट्रोजन निर्धारण और उनके ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण के सह-अस्तित्व के लिए विशेष तंत्र विकसित किए हैं।.

उदाहरण के लिए, में Gleothece और Synechococcus, वे अस्थायी रूप से अलग हो जाते हैं: वे दिन के प्रकाश संश्लेषण और रात में नाइट्रोजन की फिक्सेशन करते हैं.

अन्य मामलों में, दोनों प्रक्रियाओं का स्थानिक पृथक्करण होता है: नाइट्रोजन विभेदित कोशिकाओं (हेटेरोसिस्ट) के समूहों में तय होती है, जहां कोई प्रकाश संश्लेषण नहीं होता है.

जीन के साइनोबैक्टीरिया के नाइट्रोजन-फिक्सिंग सहजीवी संघों का अध्ययन किया गया है नोस्टॉक गैर-संवहनी पौधों (एंटोसेरस) के साथ, गुहाओं में नथोकेरस एंडिवियाफोलियस, यकृत के साथ Gakstroemia magellanica और चाइलोस्फीस में obvolutus एक्टोसिम्बायोसिस अलग से, ब्रायोफाइट्स के साथ (काई के प्रकंद में लाइकेन का निर्माण), और उच्च पौधों एंजियोस्पर्म के साथ, उदाहरण के लिए जीनस के 65 बारहमासी जड़ी बूटियों के साथ Gunnnera.

उदाहरण के लिए, सायनोबैक्टीरिया के नाइट्रोजन-फिक्सिंग सहजीवी संघ देखे गए हैं Anabaena एक ब्रायोफाइट, गैर-संवहनी पौधे के साथ, छोटे फर्न के पत्ते एजोला अनाबाने.

Endorrizobiosis

एंडोर्रिज़ोबायोसिस के उदाहरणों के रूप में, हम एक्टिनोर्रिया नामक एसोसिएशन का उल्लेख कर सकते हैं जो बीच में स्थापित है Frankia और कुछ लकड़ी के पौधे जैसे कसारुइना (कैसुरीना कनिंघमियाना) और एल्डर (अलनस ग्लूटिनोसा), और एसोसिएशन राइजोबियम-फलियां.

परिवार की अधिकांश प्रजातियाँ Leguminosae, सहजीवी संघ बनाते हैं साथ जीवाणु राइजोबियम और यह सूक्ष्मजीवसंयंत्र में नाइट्रोजन की पैदावार में विकासवादी विशेषज्ञता है.

से जुड़े पौधों की जड़ों में राइजोबियम, तथाकथित कट्टरपंथी नोड्यूल दिखाई देते हैं, जहां नाइट्रोजन निर्धारण होता है.

फलियों में Sesbania और Aechynomene, इसके अलावा तनों में पिंड बनते हैं.

• रासायनिक संकेत

सहजीवी और मेजबान के बीच रासायनिक संकेतों का आदान-प्रदान होता है। यह पता चला है कि पौधे कुछ प्रकार के फ्लेवोनोइड्स से बाहर निकलते हैं जो कि नोड जीन की अभिव्यक्ति को प्रेरित करते हैं राइजोबियम, जो नोड्यूलेशन कारकों का उत्पादन करते हैं.

नोड्यूलेशन कारक कट्टरपंथी बाल में संशोधन उत्पन्न करते हैं, संक्रमण के एक चैनल का गठन और कट्टरपंथी प्रांतस्था में कोशिका विभाजन, जो नोड्यूल के गठन को बढ़ावा देते हैं.

उच्चतर पौधों और सूक्ष्मजीवों के बीच नाइट्रोजन-फिक्सिंग सहजीवन के कुछ उदाहरण निम्नलिखित तालिका में दिखाए गए हैं.

Micorrizobiosis

इसके अतिरिक्त, अधिकांश पारिस्थितिक तंत्रों में, फिलाल ग्लोमेरोमाइकोटा, बेसिडिओमाइकोटा और एसोक्सीकोटा से संबंधित माइकोरिज़ल नाइट्रोजन फिक्सिंग कवक हैं।.

Mycorrhizal कवक ectosymbiosis में रह सकते हैं, कुछ पौधों की बारीक जड़ों के चारों ओर हाइप की एक फली का निर्माण करते हैं और मिट्टी के माध्यम से अतिरिक्त हाइप फैलाते हैं। कई उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में भी, पौधे एंडोसिंबियोसेस में माइकोराइजा की मेजबानी करते हैं, जिनके हाइफा जड़ कोशिकाओं में प्रवेश करते हैं.

यह संभव है कि एक कवक कई पौधों के साथ एक साथ mycorrhizae बनाता है, जिसके बीच उनके बीच परस्पर संबंध स्थापित होते हैं; या कि माइकोरिज़ल कवक एक पौधे द्वारा परजीवीकरण किया जाता है जो प्रकाश संश्लेषण, माइकोएथेरोट्रोफ़, जीनस के रूप में नहीं करता है monotropa. इसके अलावा कई कवक एक ही पौधे के साथ सहजीवन स्थापित कर सकते हैं.

संदर्भ

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