LA LEZIONE
I CICLI BIOGEOCHIMICI DELL’AZOTO
E DEL FOSFORO (PARTE II)
Il ciclo dell'azoto
L’azoto (N2) è l’elemento più abbondante
presente nell’atmosfera. Se come gas non
è respirabile (dal greco “a-zoon = privo di
vita”) molti dei composti in cui è presente
( aminoacidi, proteine, DNA,RNA, ATP etc.) Fig.3 Schema del piccolo ciclo o di riciclizzazione
sono indispensabili per i viventi.
Inoltre nell’atmosfera esso entra in diversi Le fasi principali del ciclo dell’azoto
vengono distinte in 1) fissazione
processi chimici che incidono sul clima
inorganica 2) fissazione organica per
terrestre.
Il ciclo dell’azoto è un ciclo biogeochimico ammonificazione e per nitrificazione 3)
denitrificazione.
che si svolge tra suolo, atmosfera,
biosfera, ma viene definito gassoso perché Se in forma gassosa come N2 o come ossidi
il deposito maggiore di azoto è l’atmosfera NOx non è assorbibile dalle piante, l’azoto
dove si trova come gas nella percentuale lo è invece sotto forma solida solubile dei
suoi nitrati (X+NO-3).
dello 78,08%.
Il cammino da N2 a NO3_ parte da una
fissazione organica per ammonificazione
del gas atmosferico ad opera dei batteri
azotofissatori del suolo e dell’acqua
(simbionti o liberi):secondo la reazione
N2+ 8H++ energia 2NH4+.
I batteri azotofissatori simbionti più noti
sono quelli del genere Rhizobacterium contenuti nei tubercoli radicali delle Leguminose.
Essi fissano l’azoto presente nell’aria circolante nel suolo attraverso un primo enzima
che scinde il triplo legame di N2 e che
Fig.1 Ciclo dell'azoto: schema generale
quindi consente alla nitrogenasi di favorire
la formazione di composti ammoniacali assimilabili dalla pianta. La quantità di azoto
fissato dipende dalla pressione di O2 presente nel nodulo radicale regolata dalla leghemoglobina. [v. lezione Evoluzione delle
molecole biologiche]. La pianta a sua volta
fornisce ai batteri carboidrati e proteine.
Esistono anche batteri azotofissatori liberi
e aerobi (Azotobacter, Clostridium) che
sono in grado di fissare l’azoto solo quando
i composti azotati sono scarsi nel substrato
in cui vivono ( suolo, acqua).
Fig.2 Ciclo dell'azoto
Esso comprende un grande ciclo tra
atmosfera e biosfera e un piccolo ciclo
all’interno della stessa biosfera che prende
il nome anche di riciclizzazione.
immediata denitrificazione dei nitrati ad
opera dei batteri denitrificanti.
Il ciclo del fosforo
È un ciclo biogeochimico che descrive il
movimento del fosforo attraverso la
litosfera, l’idrosfera e la biosfera. Il fosforo
si trova per lo più allo stato solido per cui
sono soprattutto l’idrosfera e la biosfera ad
essere interessate.
È un elemento di grande importanza nel
metabolismo dei viventi in quanto rientra
sia nella molecola degli acidi nucleici e delFig.4 Schema relativo alla fissazione organica
le molecole fornitrici di energia (ATP, GTP,
Alla fissazione dell’N2 segue una nitrifica- NADPH…). Il fosforo presente nel suolo dezione in cui i sali d’ammonio (NH4+X-) ven- riva dalla degradazione di rocce fosfatiche
gono ossidati prima in nitriti (NO2-) dai bat- come l’apatite Ca [(PO4)3 F] o altre in cui il
teri nitrosanti come il Nitrosomonas e/o da fluoro (F) è sostituito da altri elementi. Il
funghi del suolo e poi, da altri eubatteri
fosforo, giunto al suolo sotto forma di ioni
come il Nitrobacter , in nitrati ( NO3-), for- fosfato (PO43-), molto stabili, sedimenta e
ma chimica in possono finalmente essere poi viene reso disponibile per gli organismi
assorbiti dalle piante.
viventi da diversi funghi e batteri che lo
Accanto alla fissazione organica esiste an- trasformano nella sua forma più solubile
che una fissazione diretta inorganica inne- ( lo ‘organicano’).
scata nell’atmosfera da radiazioni cosmiche Talvolta le piante superiori possono assoro da fulmini che forniscono l’energia neces- bire fosforo non ancora organicato grazie
saria (ben 941 kJ/mol per rompere il triplo alla presenza di micorrize, le simbiosi tra
legame NN) per far reagire l’N2 elementa- ife fungine e radici delle piante, dove la
re con l’O2 o con l’idrogeno dell’acqua at- pianta fornisce al fungo carboidrati e amimosferica permettendo la formazione di
noacidi, mentre questo trasforma fosfati e
ossidi acidi o di ammoniaca che scendono altri composti in forme solubili e quindi asal suolo con le piogge.
similabili dall'ospite.
L’acqua scioglie le rocce ricche in minerali
contenenti fosforo mettendo così in movimento l’elemento.
Fig.5 I fulmini innescano la fissazione diretta inorganica
L’azoto entrato nella catena alimentare
tramite le piante, costituisce parte delle
biomolecole fondamentali dei viventi e si
ritroverà nei prodotti ultimi della
decomposizione chimica delle sostanze
azotate presenti negli escreti e nei resti
organici degli organismi ad opera dei
batteri decompositori, tornando infine
Fig.6 Ciclo del fosforo
nell’atmosfera. Una piccola parte torna per
