Fijación del nitrógeno:Se comprende que por fijación del nitrógeno es la unión de nitrógeno con hidrogeno u oxigeno que dan amonio para incorporarse a la biosfera una importante cantidad de nitrógeno, que a un nivel global pueden alcanzar a 250 millones de toneladas.

El nitrógeno es el componente mayoritario de la atmosfera, y no es aprovechada directamente por los seres vivos.

La fijación del nitrógeno puede ocurrir de dos maneras, fijación abiótica que es donde no intervienen los seres vivos, y la fijación biótica donde intervienen microorganismos, en esta última 150 millones de toneladas de amonio se incorpora a la biosfera.

1. Fijación abiótica: Se lleva a cabo mediante electrificación y reducción fotoquímica, es decir como consecuencias de las descargas eléctricas o combustión, a diferencia de la fijación de origen biológico, donde el amoniaco es el producto principal, en la fijación fotoquímica el nitrato es el producto principal.

Es un tipo de fijación de alta energía, en donde el nitrógeno con el oxígeno se unen en la atmosfera para formar el nitrato, luego el agua de lluvia se encarga de arrastrarlo al suelo los compuestos formados.

2. Fijación biótica:Se conoce como fijación biótica del nitrógeno a la reducción de nitrógeno a amonio llevado a cabo por bacterias de vida libre o en simbiosis con algunas especies vegetales (leguminosas y algunas leñosas no leguminosas.

La capacidad de fijación del nitrógeno se encuentra en diversos grupos fisiológicos, pero la propiedad de fijar el nitrógeno está restringida solo para las procariotas, y se encuentra muy repartida entre los diferentes grupos de bacterias y algunas arqueobacterias.

El organismo mejor caracterizado en condiciones aerobias es el Azotobacter. En condiciones anaerobias, el mejor caracterizado es el Clostridium. Por su parte, diversas cianobacterias también han sido caracterizadas de forma certera.

El Azotobacter es un organismo heterótrofo y móvil del suelo. El Azotobacter crece mejor en suelos neutros a alcalinos y mesofílicos. No prolifera cuando el ph está por debajo de 6 y no está presente en suelos ácidos. No resultan habituales poblaciones demasiado extensas. En consecuencia, no aportan al suelo demasiado nitrógeno fijado.

Las bacterias Beijerinckia y Derxia ocupan el lugar del Azotobacter en suelos ácidos y tropicales. Los fijadores de nitrógeno anaerobios incluyen organismos como el Clostridium pasteurianum, un heterótrofo con un rango de pH intermedio, situado entre el Azotobacter y el Beijerinckia.

Las cianobacterias pueden encontrarse en el suelo, a veces justo debajo de la superficie del mismo. Algunos pueden sobrevivir a un desecamiento extremo y formar costras secas en prados y desiertos, los cuales inician el proceso de fijación del nitrógeno una vez que se humedecen.

Es un proceso que consume mucha energía que ocurre con la mediación de la enzima nitrogenasa

El primer compuesto que se establece del proceso es el amonio, donde es asimilado por los fijadores libres o transferido al correspondiente hospedador en el caso de la asociación con plantas. Aunque el amoníaco (NH3) es el producto directo de esta reacción, se ioniza rápidamente a amonio (NH4). En diazótrofos de vida libre, el amonio de la nitrogenasa es asimilada en glutamato a través del ciclo de síntesis glutamina sintetasa/glutamato.

La fijación de nitrógeno presenta un gran interés económico y ecológico. De hecho, y como ejemplo, las altas producciones de soja a nivel mundial son debidas a este proceso a través de la aplicación de inoculante microbianos de calidad. Se da en todos los hábitats y equilibra el ciclo biogeoquímico del nitrógeno al recuperar para la biosfera el que se pierde por desnitrificacion.

La implicación en la fijación simbiótica de plantas tan importantes en alimentación humana y animal como las leguminosas, y la posibilidad de extender esta propiedad a otras especies vegetales de interés agrícola, con la consiguiente eliminación de la necesidad de usar fertilizantes nitrogenados, ha hecho de la FBN un tema de intensa investigación a lo largo de los años.

Fijación simbiótica de nitrógeno en las leguminosasEl empleo de las leguminosas en la agricultura aparece junto con el de cereales, ya en registros arqueológicos, y el reconocimiento de que fertilizan el suelo y que tienen, por tanto, gran interés para la cosecha siguiente, se manifiesta en algunos de los escritos más antiguos de griegos, romanos, chinos y civilizaciones precolombinas. A partir de la demostración a finales del siglo pasado de que intervienen en la fijación de nitrógeno, se generaliza su uso en rotación con cereales hasta nuestros días. Las estimaciones recientes indican que contribuyen en la actualidad con más de la mitad del nitrógeno fijado por sistemas biológicos, con un aporte anual superior al de los fertilizantes químicos.

Las leguminosas se utilizan para forraje, fertilización de pastizales, obtención de aceites y grano para su consumo, y como abono verde.

En teoría, se obtiene mayor beneficio para el suelo cuando el cultivo de leguminosas se hace con fines de conseguir abono verde, enterrándolo al final de la estación de crecimiento. Aproximadamente los dos tercios del nitrógeno total se encuentran en la parte aérea de la planta, de forma que si ésta se retira como heno, por pastoreo, o por cosecha de la semilla, redundará en perjuicio del suelo

disminuyendo la cantidad de nitrógeno que va a parar a él. La práctica de abonado en verde está particularmente extendida en las regiones tropicales y subtropicales, zonas donde la posibilidad de crecer plantas en cualquier época del año facilita la introducción de abonos verdes en el intervalo que existe entre los cultivos más importantes, tales como arroz, caña de azúcar y otros, si bien en regiones con estaciones de crecimiento cortas puede darse también esta práctica, siendo un ejemplo el uso del lupino en la recuperación de suelos arenosos para la agricultura.

En el caso de su empleo como forrajes para la alimentación animal se ha de elegir una que tenga calidad nutritiva aceptable, y que sea capaz de persistir y regenerarse aun cuando el pastoreo sea intensivo. Alfalfa, vezas y tréboles, entre otras, poseen esas propiedades, así como algunas gramíneas, por lo que las asociaciones gramínea-leguminosa son muy utilizadas para pastos, proporcionando no sólo un alto nivel de compuestos nitrogenados sino también un aumento de la digestibilidad e ingestibilidad de la mezcla para el animal. El animal en régimen de pastoreo favorece la trasferencia de nitrógeno de la leguminosa se incorpora al suelo por acción del ganado, habiéndose calculado en algunos países que el nitrógeno devuelto anualmente al suelo en la orina de 16 ovejas por ha., equivale a una cubierta de 2.000 Kg. de sulfato amónico.

La transferencia de nitrógeno fijado por la leguminosa a la gramínea no fijadora en un pasto mezcla de ambas. El hombre puede intervenir en el sistema suelo-planta-animal regulando la proporción de mezcla, así como en la adición de nitratos, materia orgánica y carga animal.

Fijación de nitrógeno en no leguminosas

Hay pocas plantas no leguminosas que pueden fijar el nitrógeno, son 22 generos de arbustos leñosos o arboles de 8 familias.Estas plantas forman asociaciones con bacterias del género frankia, y se denominan plantas actinoricicas. La habilidad de fijar nitrógeno no está universalmente presente en esas familias; asi, de los 122 géneros de Rosaceae, solo 4 géneros fijan nitrógeno.

La simbiosis fijadora de nitrógeno entre el actinomiceto, o bacteria filamentosa Frankia y plantas no leguminosas, todas ellas leñosas, tiene gran importancia en áreas forestales. Por la propia naturaleza de las plantas implicadas, el beneficio que se puede derivar de su empleo nos viene dado a más largo plazo que en el caso de las leguminosas. De alguna manera éste es el motivo fundamental de que las investigaciones sobre esta simbiosis hayan ido siempre por detrás de la simbiosis de leguminosas, de interés agrícola, que proporcionan un beneficio inmediato a la economía del agricultor medio, quien basa su subsistencia en productos anuales.

La simbiosis citada se llama de tipo actinorriza, por cuanto la forma un actinomiceto sobre las raíces de la planta, y su conocimiento ha experimentado recientemente un rápido progreso debido a que se ha conseguido aislar en un medio nutritivo, separado de la planta, el microbio responsable de la reducción de nitrógeno atmosférico a amoníaco.

3. CARACTERISTICAS DE LA FIJACION DEL NITRÓGENOResulta necesario cumplir tres condiciones para comprobar que la fijación bacteriana del nitrógeno se produce. En primer lugar, debe haber una extensa población de estos organismos, acorde con los niveles de fijación del nitrógeno observados. En segundo lugar, debe producirse una rápida formación celular, lo que indica que la fijación del nitrógeno está vinculada al crecimiento.

En tercer lugar, el nitrógeno deber ser atmosférico y no orgánico o inorgánico. La fijación del nitrógeno gasta mucha energía. De hecho, los microorganismos deben disponer de un suministro rápido de electrones para que se produzca una fijación de nitrógeno significativa. Así, los electrones son necesarios, puesto que la fijación de nitrógeno es un proceso reductivo. El carbono reducido es usado por los heterótrofos para obtener electrones, mientras que la energía luminosa es utilizada por los fotótrofos para oxidar el agua o un compuesto de azufre reducido y, de esta manera, obtener los electrones necesarios en condiciones anaerobias.

La fijación del nitrógeno requiere un complejo enzimático llamado nitrogenasa y esta debe actuar en un microambiente protegido del oxígeno. Los fijadores de nitrógeno deben encontrar o producir un ambiente libre de oxígeno, o bien provisto de este gas en cantidades limitadas. He aquí un dilema para los fijadores de nitrógeno aerobios como el Azotobacter, puesto que la respiración de oxigeno es necesaria para producir electrones para la fijación y la respiración. Los anaerobios como el Clostridium están protegidos por el oxígeno, puesto que existen en un ambiente aerobio. No obstante, la generación de energía constituye un problema en este caso. En consecuencia, la cantidad de nitrógeno fijado globalmente por los anaerobios es pequeña, pero significativa, allí no hay otras fuentes externas de nitrógeno.

Los fotótrofos, como las cianobacterias, fabrican oxígeno de la misma manera que las plantas. La habilidad de fijar nitrógeno resulta muy habitual en cianobacterias filamentosas formadoras de heteroquistes.

La fijación del nitrógeno no tiene lugar cuando el NH+4 o el NO-3, o bien el nitrógeno orgánico, están disponibles.

4. FISIOLOGÍALa fijación biológica de nitrógeno es catalizada por una asociación enzimática llamada nitrogenasa. La nitrogenasa está compuesta por dos proteínas solubles: la proteína del hierro (dinitrogenasa reductasa) y la proteína del MoFe (dinitrogenasa). El MoFe es un cofactor esencial en la dinitrogenasa. Las dos enzimas del complejo funcionan conjuntamente: la dinitrogenasa reductasa reduce la dinitrogenasa, mientras que esta última reduce el nitrógeno.

Ambas enzimas son necesarias para que se produzca la fijación. La ecuación para la fijación del nitrógeno puede ser la siguiente; el Mg+2 es el cofactor necesario:

N2 + 6e- + 6H+ + 12ATP + Mg+2 2NH3 + 12ADP + 12Pi + Mg+2

Cada electrón transferido requiere 2 ATP. La nitrogenasa no es del todo

efectiva. De hecho, también reduce otros compuestos como el H+, el N2O, el N-3 y el CN. La evolución del hidrógeno es un subproducto de carácter general de la fijación del nitrógeno, particularmente en flujos de electrones poco elevados:

2H + 2e- + 4ATP H2 + 4ADP + 4Pi

La ecuación general para la fijación catalizada por la nitrogenasa es, por tanto:

N2 + 16ATP + 8e- + 8H+ + Mg+2 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi + Mg+2

5. CONCLUCION.Sin los microorganismos del suelo, no habría prácticamente ningún ciclo de nutrientes y la vida, tal como la conocemos no podría existir. El nitrógeno es el nutriente vegetal más determinante y experimenta diversas transformaciones. Existen dos formas de fijación: la industrial y la biológica. Pero sin dudas la más económica y la que produce los mejores beneficios en cuanto a rendimiento es la biológica, a cargo de los microorganismos del suelo.