El nitrógeno es un elemento esencial para los seres vivos, tanto en cuanto forma parte de las moléculas orgánicas que componen las proteínas (aminoácidos) y los ácidos nucléicos (bases nitrogenadas). Se trata de un elemento químico muy abundante en la atmósfera, pero su fijación en forma de nitrógeno orgánico es muy compleja, pues se encuentra en forma de N2 que es químicamente inerte y recae de forma exclusiva en los microorganismos.
La mayor parte de los organismos, por lo tanto, dependen de otras formas de nitrógeno para su utilización, tales como el amoniaco, nitrato o compuestos orgánicos ricos en nitrógeno. La mayor parte de los flujos de nitrógeno, por lo tanto, se llevan a cabo entre estas otras formas químicas, que son más accesibles a los seres vivos.
La Fijación del nitrógeno atmosférico es la transformación del nitrógeno atmosférico en otras formas de nitrógeno y depende de una serie de bacterias denominadas diazótrofas. Mediante un complejo enzimático denominado Nitrogenasa transforman el nitrógeno atmosférico, es decir, N2, en formas de nitrógeno accesibles para los seres vivos, principalemente amoniaco, es decir, NH3.
Entre las bacterias fijadoras del nitrógeno se distinguen dos grandes grupos, las bacterias de vida libre y las bacterias que se encuentran en simbiosis con algún otro organismo. Entre las bacterias de vida libre destacan algunos grupos de gramnegativos, como las bacterias del género Azotobacter, así como algunas cianobacterias. Las simbióticas viven asociadas a algún ser vivo, fundamentalmente plantas. Les ceden los compuestos nitrogenados derivados del amoniaco y a cambio reciben materia orgánica fabricada por el organismo al que se asocian. Un ejemplo son las bacterias del género Rhizobium que viven asociados a las raíces de plantas, o cianobacterias como la Anabeana que crecen asociadas a helechos acuáticos.
Una vez fijado, el nitrógeno es captado por los organismos, principalmente los productores, que lo incorporan en forma de ion nitrato (NO3-) o amoniaco (NH3). Este proceso se denomina Asimilación.
El nitrógeno contenido en las moléculas orgánicas puede tender a acumularse en algunos organismos que no tienen capacidad de oxidar nitrógeno, siendo transformado para formar sustancias de desecho de las que tendrá que deshacerse. Los sistemas de eliminación de los excesos de nitrógeno varían ligeramente entre distintos seres vivos, pudiendo transformarse en amoniaco, urea, ácido úrico o incluso guanina.
Estos restos nitrogenados, junto con proteínas aminoácidos liberados o procedentes de otros organismos son utilizados por ciertos organismos que acabarán transformando el nitrógeno en la forma más simple, el amoniaco (NH3). Este proceso se denomina Amonificación. Y es llevado a cabo por bacterias amonificantes.
Las bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico también llevan a cabo procesos de amonificación para transformarlo en amoniaco.
Algunas bacterias usan el amoniaco para generar iones nitrato, obteniendo energía en el proceso. El proceso se denomina Nitrificación y es llevado a cabo por bacterias quimiolitótrofas de los géneros Nitrosomonas y Nitrobacter. El proceso de transformación requiere oxígeno, por lo que estas bacterias son aeróbicas.
El nitrógeno transformado por las bacterias nitrificantes en nitratos puede ser incorporado a algunas plantas mediante procesos de asimilación (similares a los procesos de asimilación que tienen lugar cuando una bacteria fijadora le cede nitrógeno a la planta con la que se encuentra en simbiosis).
Para mantener el equilibrio, debe existir algún sistema de transformar el nitrógeno fijado en forma de amoniaco o de nitrato en nitrógeno molecular gaseoso (N2) de nuevo (de no ser así, el nitrógeno atmosférico tendería a disminuir). Esto tiene lugar mediante un proceso que conocemos como Desnitrificación. Y es llevado a cabo por ciertas bacterias heterótrofas, que aprovechan el proceso para obtener energía, como por ejemplo Pseudomonas fluorescens. Este grupo de bacterias usan amonio y nitritos como aceptores finales de electrones en sustitución del oxígeno (es decir, se trata de reacciones anaeróbicas) y se denominan genéricamente bacterias desnitrificantes. Y el conjunto de reacciones catabólicas que conducen a la transformación de amoniaco y nitrito en nitrógeno molecular se denomina oxidación anaerobia del ion amonio o Anammox.
