Amonificación
Los humanos y la amonificación
Recursos
La amonificación, en química, se define como la saturación con amoníaco o alguno de sus compuestos. En sentido estricto, la amonificación se refiere a cualquier reacción química que genera amoníaco (NH3) como producto final (o su forma iónica, el amonio, NH4+). La amonificación puede producirse a través de diversas reacciones inorgánicas o debido a las funciones metabólicas de microorganismos, plantas y animales. Sin embargo, en el contexto ecológico, la amonificación se refiere a los procesos por los que las formas de nitrógeno unidas orgánicamente que se encuentran en la biomasa muerta (como los aminoácidos y las proteínas) se oxidan en amoníaco y amonio. El proceso ecológico de amonificación se lleva a cabo en el suelo y el agua por una gran diversidad de microbios y es uno de los muchos tipos de transformaciones químicas que se producen durante la descomposición de la materia orgánica muerta.
La amonificación es un componente clave en el ciclo del nitrógeno de los ecosistemas. El ciclo del nitrógeno consiste en un complejo de procesos integrados por los que el nitrógeno circula entre sus principales compartimentos en la atmósfera, el agua, el suelo y los organismos. Durante varias fases del ciclo del nitrógeno, este elemento se transforma entre sus diversos compuestos orgánicos e inorgánicos.
Al igual que ocurre con todos los componentes del ciclo del nitrógeno, el correcto funcionamiento de la amonificación es fundamental para la salud de los ecosistemas. En ausencia de amonificación, las formas orgánicas de nitrógeno se acumularían en grandes cantidades. Dado que las plantas en crecimiento necesitan acceder a formas inorgánicas de nitrógeno, en particular al amonio y al nitrato (NO3-), la oxidación del nitrógeno orgánico de la biomasa muerta a través de la amonificación es necesaria para el mantenimiento de la productividad de las especies y los ecosistemas.
Amonificación
El nitrógeno es uno de los elementos más abundantes en los tejidos de todos los organismos y es un componente de muchos productos bioquímicos, en particular de los aminoácidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. En consecuencia, el nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes y es requerido en cantidades relativamente grandes por todos los organismos. Los animales reciben su suministro de nitrógeno a través de los alimentos que consumen, pero las plantas deben asimilar formas inorgánicas de este nutriente de su entorno.
Sin embargo, la velocidad a la que el medio ambiente puede suministrar nitrógeno inorgánico es limitada y normalmente pequeña en relación con las demandas metabólicas de las plantas. Por lo tanto, la disponibilidad de formas inorgánicas de nitrógeno es frecuentemente un factor limitante para la productividad de las plantas. Esto es particularmente común para las plantas que crecen en ambientes terrestres y marinos y, en menor grado, en aguas dulces (donde el suministro de fosfato es usualmente el principal nutriente limitante, seguido por el nitrato).
La biomasa muerta de plantas, animales y microorganismos contiene grandes concentraciones de nitrógeno ligado orgánicamente en varias formas, como proteínas y aminoácidos. El proceso de descomposición se encarga de reciclar los componentes inorgánicos de la biomasa muerta y evitar que se acumule en grandes cantidades inutilizables. La descomposición se lleva a cabo, por supuesto, en su mayor parte a través de las funciones metabólicas de un conjunto diverso de bacterias, hongos, actinomicetos, otros microorganismos y algunos animales. La amonificación es un aspecto particular del proceso más complejo de la descomposición orgánica, que se refiere específicamente a la conversión microbiana del nitrógeno orgánico en amoníaco (NH3) o amonio (NH4+).
La amonificación se produce en condiciones de oxidación en prácticamente todos los ecosistemas y la llevan a cabo prácticamente todos los microorganismos que participan en la descomposición de la materia orgánica muerta. En situaciones en las que no hay oxígeno, una condición denominada anaeróbica, se producen diferentes reacciones de descomposición microbiana; éstas producen compuestos de nitrógeno conocidos como aminas.
Los microbios obtienen algo de energía metabólicamente útil de la oxidación del nitrógeno orgánico a amonio. Además, gran parte del amonio es asimilado y utilizado como nutriente para los fines metabólicos de los microbios. Sin embargo, si los microbios producen amonio en cantidades que superan sus propias necesidades, como suele ser el caso, el excedente se excreta al medio ambiente (como el suelo), y está disponible para ser utilizado como nutriente por las plantas, o como sustrato para otro proceso microbiano, conocido como nitrificación (véase más adelante). Los animales, por el contrario, excretan principalmente urea o ácido úrico en sus desechos líquidos que contienen nitrógeno (como la orina), junto con diversos compuestos de nitrógeno orgánico en sus heces. La urea, el ácido úrico y el nitrógeno orgánico de las heces son todos sustratos para la amonificación microbiana.
Una de las reacciones de amonificación más elementales es la oxidación del compuesto orgánico simple urea (CO(NH2)2) a amoníaco mediante la acción de una enzima microbiana conocida como ureasa. (Nótese que se producen dos unidades de amoníaco por cada unidad de urea que se oxida). La urea es un fertilizante agrícola de uso común, utilizado para suministrar amoníaco o amonio para su absorción directa por las plantas, o como sustrato para la producción microbiana de nitrato a través de la nitrificación (véase más adelante).
El amonio es una fuente adecuada de absorción de nitrógeno para muchas especies de plantas, especialmente las que viven en suelos y aguas ácidas. Sin embargo, la mayoría de las plantas que se encuentran en suelos no ácidos no pueden utilizar el amonio de manera muy eficiente, y requieren el anión nitrato (NO3+) como fuente de absorción de nitrógeno. El nitrato se obtiene generalmente mediante la oxidación bacteriana del amonio a nitrito, y luego a nitrato, en un importante proceso ecológico conocido como nitrificación. Dado que las especies de bacterias que llevan a cabo la nitrificación son extremadamente intolerantes a la acidez, este proceso no se produce a tasas significativas en suelos o aguas ácidas. Esta es la razón por la que las plantas que crecen en hábitats ácidos sólo pueden depender del amonio como fuente de nutrición de nitrógeno.
Debido a que el amonio es un catión con carga positiva, es retenido con relativa fuerza por las reacciones de intercambio de iones que se producen en las superficies de los minerales de arcilla y la materia orgánica de los suelos. En consecuencia, el amonio no es lixiviado muy eficazmente por el agua cuando se filtra hacia abajo a través del suelo. Esto contrasta con el nitrato, que es muy soluble en el agua del suelo y se lixivia fácilmente. Como resultado, la contaminación por nitratos puede ser un problema importante en las zonas agrícolas que han sido fuertemente abonadas con fertilizantes que contienen nitrógeno.
Los humanos y la amonificación
Los humanos tienen una gran influencia en el ciclo del nitrógeno, especialmente a través del uso de fertilizantes en la agricultura. En condiciones de limitación de nutrientes, los agricultores suelen intentar aumentar la disponibilidad de nitrógeno en el suelo, especialmente en forma de nitrato y, en menor medida, de amonio. Las tasas de fertilización en los sistemas agrícolas intensivos pueden superar las 446,2 lb/ac (500 kg/ha) de nitrógeno al año. El nitrógeno del fertilizante puede añadirse como nitrato de amonio (NO4 NH4) o como urea. Este último compuesto debe ser amonificado antes de que estén presentes las formas inorgánicas de nitrógeno, es decir, el amonio y el nitrato que pueden ser absorbidos por las plantas. En algunos sistemas agrícolas, se puede añadir a los suelos compost u otros materiales orgánicos como acondicionador y fertilizante. En estos casos, el nitrógeno orgánico se convierte en amonio disponible a través de la amonificación microbiana, y el nitrato puede generarse posteriormente a través de la nitrificación.
En situaciones en las que las tasas de fertilización son excesivas, la capacidad del ecosistema para asimilar el aporte de nitrógeno se satura. Aunque el amonio producido por la amonificación no se lixivia fácilmente, el nitrato sí lo hace, y esto puede llevar a la
Términos clave
Descomposición- Descomposición de las moléculas complejas que componen los organismos muertos en nutrientes simples que pueden ser reutilizados por los organismos vivos.
Eutrofización- Proceso natural que se produce en un lago o estanque envejecido a medida que esa masa de agua aumenta gradualmente su concentración de nutrientes vegetales.
Lixiviación- Proceso de movimiento de sustancias disueltas en el suelo junto con el agua de percolación.
Nutriente- Cualquier sustancia química necesaria para la vida.
Contaminación de aguas subterráneas y superficiales, como arroyos y ríos. La contaminación de las aguas subterráneas con nitrato plantea riesgos para la salud humana, mientras que las aguas superficiales pueden experimentar un aumento de la productividad a través de la eutrofización.
Recursos
Libros
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Bill Freedman