Kvävgas (N2) utgör cirka 78 % av jordens atmosfär. Även om det är nödvändigt för livet, kan de flesta organismer inte direkt använda kvävgas. Istället måste de förlita sig på kvävefixerande bakterier för att omvandla atmosfäriskt kväve till en användbar form, såsom ammoniak (NH3) eller nitrater (NO3-).

Kvävefixering är en process som omvandlar atmosfärisk kvävgas till ammoniak. Denna process kan utföras av vissa typer av bakterier, så kallade kvävefixerande bakterier, eller av industriella processer. Kvävefixerande bakterier lever i jorden eller i förening med vissa växters rötter, som baljväxter. De använder ett enzym som kallas nitrogenas för att omvandla kvävgas till ammoniak.

Ammoniaken som produceras av kvävefixerande bakterier kan sedan användas av växter för att syntetisera proteiner och andra kvävehaltiga föreningar. Alternativt kan ammoniaken omvandlas till nitrater av andra bakterier, som sedan tas upp av växter.

Här är de viktigaste stegen involverade i omvandlingen av atmosfäriskt kväve till en biologiskt användbar form:

1. Kvävefixering :Specialiserade bakterier, som Rhizobia och Cyanobacteria, har enzymet nitrogenas, som kan bryta den starka trippelbindningen i atmosfäriskt kväve (N2). Dessa bakterier omvandlar N2 till ammoniak (NH3) genom en process som kallas kvävefixering.

2. Nitrifikation :Nitrifierande bakterier, såsom Nitrosomonas och Nitrobacter, omvandlar ammoniak till nitriter (NO2-) och sedan till nitrater (NO3-). Nitrifikation sker under aeroba förhållanden, där syre finns.

3. Assimilering :Växter kan absorbera nitrater från jorden genom sina rotsystem och använda dem för att syntetisera proteiner, nukleinsyror och andra kväveinnehållande föreningar. Vissa växter, som baljväxter, har ett symbiotiskt förhållande med kvävefixerande bakterier i sina rotknölar, vilket gör att de kan få direkt tillgång till atmosfäriskt kväve.

4. Ammonifiering :När växter och djur dör bryts deras kvävehaltiga föreningar ner av nedbrytande organismer, som svampar och bakterier. Denna process frigör ammoniak tillbaka i jorden genom en process som kallas ammonifiering.

5. Denitrifiering :Under anaeroba förhållanden, såsom vattensjuka jordar, omvandlar denitrifierande bakterier nitrater och nitriter tillbaka till atmosfäriskt kväve. Denitrifikation fullbordar kvävecykeln genom att återföra kväve till atmosfären.

Genom dessa processer säkerställer kvävekretsloppet en kontinuerlig tillförsel av biologiskt användbar kväve för levande organismer.