La desnitrificación es un proceso facilitado por microbios en el que se reduce el nitrato (NO 3 − ) y finalmente se produce nitrógeno molecular (N 2 ) a través de una serie de productos intermedios de óxido de nitrógeno gaseoso. Las bacterias anaerobias facultativas realizan la desnitrificación como un tipo de respiración que reduce las formas oxidadas de nitrógeno en respuesta a la oxidación de un donante de electrones como la materia orgánica . Los aceptores de electrones de nitrógeno preferidos en orden de mayor a menor termodinámicamente favorables incluyen nitrato (NO 3 − ), nitrito (NO 2− ), óxido nítrico (NO), óxido nitroso (N 2 O) dando como resultado finalmente la producción de dinitrógeno (N 2 ) completando el ciclo del nitrógeno . Los microbios desnitrificantes requieren una concentración de oxígeno muy baja, inferior al 10 %, así como C orgánico para obtener energía. Dado que la desnitrificación puede eliminar el NO 3 − , reduciendo su lixiviación a las aguas subterráneas, puede utilizarse estratégicamente para tratar aguas residuales o residuos animales con alto contenido de nitrógeno. La desnitrificación puede filtrar N 2 O, que es una sustancia que agota la capa de ozono y un gas de efecto invernaderoque pueden tener una influencia considerable en el calentamiento global.
El proceso es realizado principalmente por bacterias heterótrofas (como Paracoccus denitrificans y varias pseudomonas ), [1] aunque también se han identificado desnitrificantes autótrofos (p. ej., Thiobacillus denitrificans ). [2] Los desnitrificantes están representados en todos los principales grupos filogenéticos. [3] Por lo general, varias especies de bacterias están involucradas en la reducción completa de nitrato a N 2 y se ha identificado más de una vía enzimática en el proceso de reducción. [4]El proceso de desnitrificación no solo proporciona energía al organismo que realiza la reducción de nitrato a gas dinitrógeno, sino que también algunos ciliados anaeróbicos pueden usar endosimbiontes desnitrificantes para obtener energía similar al uso de las mitocondrias en los organismos que respiran oxígeno. [5]
La reducción directa de nitrato a amonio , un proceso conocido como reducción disimilatoria de nitrato a amonio o DNRA , [6] también es posible para los organismos que tienen el gen nrf- . [7] [8] Esto es menos común que la desnitrificación en la mayoría de los ecosistemas como medio de reducción de nitrato. Otros genes conocidos en microorganismos que desnitrifican incluyen nir (nitrito reductasa) y nos (óxido nitroso reductasa) entre otros; [3] los organismos identificados con estos genes incluyen Alcaligenes faecalis , Alcaligenes xylosoxidans , muchos en el género Pseudomonas, Bradyrhizobium japonicum y Blastobacter denitrificans . [9]
La desnitrificación generalmente procede a través de alguna combinación de las siguientes semirreacciones, con la enzima que cataliza la reacción entre paréntesis:
El proceso completo se puede expresar como una reacción redox balanceada neta , donde el nitrato (NO 3 − ) se reduce completamente a dinitrógeno (N 2 ):
En la naturaleza, la desnitrificación puede tener lugar tanto en ecosistemas terrestres como marinos . [10] Por lo general, la desnitrificación ocurre en ambientes anóxicos, donde se agota la concentración de oxígeno disuelto y disponible libremente. En estas áreas, el nitrato (NO 3 − ) o el nitrito ( NO
2− ) se puede utilizar como aceptor de electrones terminal sustituto en lugar de oxígeno (O 2 ), un aceptor de electrones energéticamente más favorable. El aceptor de electrones terminal es un compuesto que se reduce en la reacción al recibir electrones. Los ejemplos de entornos anóxicos pueden incluir suelos , [11] aguas subterráneas , [12] humedales , depósitos de petróleo, [13] rincones del océano mal ventilados y sedimentos del fondo marino .