Nitrifikation

Als Nitrifikation bezeichnet man die Oxidation von Ammonium via Nitrit zu Nitrat. Dieser Prozess wird genutzt um den giftigen Ammoniak NH₃ und das sauerstoffzehrende Ammonium (NH₄⁺ ) in das weniger kritische Nitrat (NO₃) umzuwandeln. Dieser Prozess weist im neutralen pH-Bereich zwischen 6-8 die grösste Aktivität auf.

Die Pflanzen nehmen einen kleinen Teil der Ammonium-Ionen, die bei der Ammonifikation entstehen, auf. Der grösste Teil wird jedoch von den Bakterien mittels Sauerstoff über Nitrit-Ionen zu Nitrat-Ionen umgewandelt. Dies über die sogenannten Nitrosomabakterien.

Dazu muss zuerst die Umwandlung des Ammonium-Ions, über die vom Enzym Ammonium Mono Oxigenase (AMO) katalysierte Reaktion, zum Hydroxylamin erfolgen. Daraufhin wird das gebildete Hydroxylamin durch die Hydroxyl Aminoxid Oreduktase (HAO) in das Endprodukt der ersten Stufe, das Nitrit, umgebaut.

Bakterien, die allgemein als Ammoniumoxidanten bezeichnet werden, führen die beiden Reaktionsschritte durch. Diese Bakterienstämme sind von den Ammoniumoxidierern abhängig, da diese durch die Nitritbildung die Lebensgrundlage für die Nitritoxidierer bilden.

In der zweiten Stufe erfolgt die Umwandlung des entstandenen Nitritstickstoffs in seine höhere Oxidationsstufe, dem Nitrat. Dieser Schritt wird von den Nitrobacter durchgeführt.

Bei dieser Reaktion werden Elektronen auf den beteiligten Sauerstoff durch Cytochrom übertragen. Dieser Stoff wirkt als Redoxsystem und dient dem Transport von Elektronen in die Atmungskette der beteiligten Bakterien.

Dank dieser Umwandlung steht den Pflanzen Nitrit, als Mineralsalzion, zur Verfügung, welches sie für ihren Stoffwechsel benötigen. Die Nährstoffe können in organische Stoffe verwandelt werden und sind so wiederum für tierische Organismen nützlich.

Diese Vorgänge dienen den beiden Bakteriengruppe, denn dadurch erzielen sie einen Energiegewinn, der durch Enzyme einer verkürzten Atmungskette zu ATP wird.

Es gibt drei verschiedene Formen von der Nitrifikation:

1. die aerobe Nitrifikation durch nitrifizierende Bakterien unter Energiegewinn,

2. die anaerobe Nitrifikation durch nitrifizierende Bakterien unter Energiegewinn,

3. Und zu guter Letzt noch die heterotrophe Nitrifikation. Dabei werden reduzierte Stickstoffverbindungen zu Nitrat oxidiert. Der Unterschiede zu den ersten zwei Formen liegt darin, dass die Bakterienhierbei keine Energie gewinnen.

Bei der heterotrophen Nitrifikation wird Nitrat direkt aus Eiweissstoffen gebildet.

Vermutlich ist diese Nitrifikation eine Nebenreaktion (CO-Oxidation) im Stoffwechsel. Die Umsatzrate ist viel geringer als die der autotrophen Nitrifikation. In sauren Böden haben sie eine etwas grössere Bedeutung, denn sie sind sehr säuretolerant und überleben bei niedrigem pH-Wert. Diese Form der Nitrifikation wird von einigen Bakterien und Pilzen durchgeführt.

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https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/nitrifikation/46538