Profundizando en el proceso del ciclo del nitrógeno (continuación)
La nitrificación
La nitrificación es el proceso que convierte el amoníaco en nitrito y luego en nitrato. Constituye otro paso importante en el ciclo global del nitrógeno. La mayoría de la nitrificación ocurre aeróbicamente (en presencia de oxígeno) y es llevado a cabo casi exclusivamente por los procariotas.
Hay dos etapas distintas de la nitrificación que procesadas por distintos tipos de microorganismos. El primer paso es la oxidación del amoníaco a nitrito, realizado por los microbios conocidos como amoníaco-oxidantes. Éstos convierten el amoníaco en nitrito a través de la hidroxilamina intermedia, un proceso que requiere de dos enzimas diferentes, monooxigenasa amoníaco y oxidorreductasa de hidroxilamina (véase la fórmula inferior).
El proceso genera una cantidad muy pequeña de energía en relación con muchos otros tipos de metabolismos, por lo que estos productores son muy lentos en su trabajo. Además, los oxidantes de amoníaco aeróbicos también son autótrofos, y al igual que los organismos fotosintéticos fijan el dióxido de carbono para producir carbón orgánico, pero usando amoniaco en vez de radiación luminosa como fuente de energía.
A diferencia de la fijación del nitrógeno que es llevado a cabo por muchos microorganismos diferentes, la oxidación de amoniaco la realizan los procariotas. No obstante, hasta hace poco se pensaba que toda la oxidación del amoníaco era ejercida por sólo unos pocos tipos de bacterias de los géneros Nitrosomonas, Nitrosospira, y Nitrosococcus; sin embargo, en 2005 se descubrió una arqueobacteria que también podía oxidar amoníaco (descrito por Koenneke en 2005). Desde entonces, se han encontrado a menudo en muchos hábitats arqueas amoniaco-oxidantes en número superior a las típicas bacterias oxidantes de amoníaco. Las arqueas amoniaco-oxidantes se han encontrado abundantemente en los océanos, suelos, y superficies salinas, sugiriendo que realizan un importante papel en el ciclo del nitrógeno. Actualmente, sólo una arquea amoniaco-oxidante consiguió crecer en un cultivo puro, la Nitrosopumilus maritimus, por lo que todavía es limitada la comprensión sobre su diversidad fisiológica.
El segundo paso en la nitrificación es la oxidación de nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-) (véase la fórmula inferior).
Este proceso lo ejercen un grupo completamente separado de los procariotas, conocido como bacterias oxidantes de nitrito. Algunos de los géneros implicados en la oxidación de nitrito incluyen las Nitrospira, Nitrobacter, Nitrococcus y Nitrospina. De forma similar a la oxidación del amoníaco, la energía generada a partir de la oxidación de nitrito a nitrato es muy pequeña, y por lo tanto el rendimiento es muy escaso. De hecho, los oxidantes de amoniaco y nitrito deben procesar muchas moléculas de uno u otro con el fin de fijar una sola molécula de CO2. Para que se haga una nitrificación completa, deben concurrir tanto la oxidación del amoníaco como la oxidación de nitrito.
Los amoniaco-oxidantes y nitrito-oxidantes se hallan omnipresentes en los ambientes aeróbicos. Han podido ser ampliamente estudiados en entornos naturales como suelos, estuarios, lagos y ambientes de alta mar. Sin embargo, los oxidantes de amoniaco y nitrito también juegan un papel muy importante en el tratamiento de aguas residuales, mediante la eliminación de niveles potencialmente dañinos de amonio que podrían conducir a la contaminación de las aguas receptoras. Una amplia investigación se ha centrado en cómo mantener poblaciones estables de estos importantes microorganismos en plantas de tratamiento de aguas residuales. Además, los citados oxidantes ayudan a mantener los acuarios sanos al facilitar la eliminación del amonio excretado a través de la orina de los peces, y que resulta potencialmente tóxico.
