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La reducción de nitrógeno a amonio llevada a cabo por bacterias de vida libre o en simbiosis con algunas especies vegetales (leguminosas y algunas leñosas no leguminosas), se conoce como fijación biológica de nitrógeno (FBN). Los organismos capaces de fijar nitrógeno se conocen como diazótrofos.
Esta propiedad está restringida sólo a procariotas y se encuentra muy repartida entre los diferentes grupos de bacterias y algunas arqueobacterias. Es un proceso que consume mucha energía que ocurre con la mediación de la enzima nitrogenasa según la siguiente ecuación:
{\displaystyle N_{2}\ +16ATP+8e^{-}+8H^{+}\rightarrow 2NH_{3}+H_{2}+16ADP16P_{i}}{\displaystyle N_{2}\ +16ATP+8e^{-}+8H^{+}\rightarrow 2NH_{3}+H_{2}+16ADP16P_{i}}
El amonio, primer compuesto estable del proceso, 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 nitrogenasa, formada por dos metaloproteínas, ferroproteína y molibdoferroproteína, está bastante bien conservada en todos los microorganismos fijadores. Presenta un rango de actividad extendido frente a otras moléculas que contienen triples enlaces lo que ha dado base a un práctico método de detección y medida de la capacidad fijadora, y a pensar en el posible papel detoxificador de esta enzima en el ambiente primigenio de la tierra.
En muchas bacterias, la nitrogenasa es muy susceptible a la destrucción por oxígeno (muchas bacterias dejan de producir fijar nitrógeno en presencia de oxígeno). Tensiones bajas de oxígeno son aprovechadas por diferentes bacterias que viven en anaerobiosis, respirando niveles bajos de oxígeno, u obteniendo el oxígeno con una proteína (p. ej. leghemoglobina).
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 desnitrificación. 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.
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