Az aminosavak a hétköznapi életben is gyakran előforduló vegyületek. Nevük a sportolók előtt sem idegen, hiszen rengeteg készítmény van, amely tartalmaz különböző aminosavakat, és amelyet kifejezetten a nagyobb fizikai teljesítményt nyújtó emberek számára fejlesztettek ki. A vegán, azaz a pusztán növényi étrendet követő emberek is odafigyelnek erre a vegyületre, és gyakorlatilag mondhatni, hogy a mindennapjaik szerves részét képezik. De mi is az az aminosav?
Az aminosavak gyakorlatilag az élet építőkövei, és nem is ok nélkül
Az aminosavak alkotják ugyanis a fehérjéket, melyek kivétel nélkül minden földi élet számára nélkülözhetetlenek. A fehérjék térbeli, azaz háromdimenziós térszerkezetét és konkrét funkcióját határozza meg az aminosavak szekvenciája. Alapvetően három csoportba soroljuk őket: vannak az esszenciális, azaz nélkülözhetetlen aminosavak, a nem esszenciális és az úgynevezett feltételesen esszenciális aminosavak. Ez utóbbi csoportot úgy lehet a legkönnyebben demonstrálni, ha példaként említjük, hogy az emberi szervezet csak nagymértékű stressz esetén használja fel őket.
A magasabb rendű növények gyökerei szervesnitrogén-tartalmú vegyületek (aminosavak) felvételére is képesek elméletben, de a talajban gyorsan lejátszódó mineralizációs folyamat miatt a gyakorlatban elhanyagolható mértékű ez a felvétel. A metabolikusan hasznosítható nitrogén fő forrása a nitrogenáz nevű enzim által megkötött légköri nitrogénből származik, majd a növényi szervezetek elhalásával a szervesnitrogén-vegyületek lebontás, azaz mineralizáció útján ismét felvehető „ammónium-nitrogén” formába kerülnek. Ez az élet körforgása. Persze egy mezőgazdasági területen, egy ott kialakított rendszerben mivel a kultúrnövények szárának nagyrészét is betakarítják a területről, nem marad sok lebontandó növényi rész. Ilyen esetben jelentős nitrogénveszteség következhet a körforgalomban, így kénytelenek vagyunk azt pótolni. Itt jön a képbe a kicsit sem elhanyagolható biológiai nitrogénkötés, a nitrifikáció. Talajaink nitrogénkészletét nem csak mesterségesen előállított műtrágyákkal tudjuk pótolni. Sőt, sok esetben ez kifejezetten hátrányos is lehet, nem beszélve a jelen gazdasági helyzetről, az üzemanyag árának emelkedéséről, az általános inflációról és a forintárfolyam romlásából eredő veszteségről.
A műtrágyakezelés miatt fellépő elszivárgás vagy lefolyás a talajból felesleges mennyiségű tápanyagot eredményezhet a víztestekben, ahol a nitrogéntartalmú vegyületek káros hatással vannak mind az emberi, mind a vízi életre. Az ammónia mérgező a halakra, és serkenti az alga növekedését, csökkenti az oxigénszinteket a vízben, és eutrofizációt eredményez. A nitrátok májkárosodást, rákot és methemoglobinémiát okoznak (oxigénhiány a csecsemőkben), miközben a nitritek szerves vegyülettel reagálnak, aminokkal, ami rákkeltő nitrozaminokat képez.
Mi van akkor, ha egyébként bármilyen okból kifolyólag nem is áll rendelkezésünkre elegendő mennyiségű és minőségű műtrágya?
Ilyenkor érdemes visszatérni a biológiai nitrogénfixáláshoz. A nitrifikáció az ammónium (NH4+) (mikro-) biológiai átalakulása nitrátra (NO3–) oxidáció segítségével. Az oxidáció az atomok vagy vegyületek elektronelvesztését jelenti, vagy sok esetben az oxidációs állapotának növekedését. Ezeket a folyamatokat kétféle nitrifikáló aerob mikroszervezet, baktérium teszi lehetővé. Az aerob tulajdonság azt jelenti, hogy ezek a mikroszervezetek a környezetükben oldott oxigénmolekulák jelenlétét igénylik a túléléshez. A Nitrosomonas az ammóniát (NH3) és az ammóniumot nitritre (NO2– <) alakítja át. A Chemoautrophic kifejezés a baktériumok azon képességét jelenti, hogy saját szerves forrásból, azaz CO2-ból állítson elő saját tápanyagokat. A folyamatot a kémiai egyenlet mutatja: 2NH4+ + 3O2→ 2NO2– + 2H2< O + 4H+ + energia.
Ezután a Nitrobacter csoportból származó baktériumok nitritet nitráttá alakítanak a következő reakcióban: 2NO2– + O > 2 → 2NO3– + energia.
Ezek a reakciók egyidejűleg és nagyon gyorsan zajlanak; nagy általánosságban azt lehet elmondani, hogy napok alatt lejátszódik ez a folyamat, mivel fontos, hogy a nitrit teljesen nitráttá alakuljon át a talajban, hiszen a nitrit a növények számára mérgező vegyület.
A talajban jelen lévő nitrátok a legfontosabb nitrogénforrásnak számítanak a növények számára. Így a nitrogén különböző vegyületekké való átalakulása, azaz egy a másikra való átmenet, a nitrogénciklus fontos része a mezőgazdasági ágazatnak. A növényekben, ellentétben az állatokkal, egész életük során találhatunk úgynevezett embrionális jellegű, intenzív fehérjeszintézist végző szerveket, mint a szár- és gyökértenyészőcsúcsok. Nem véletlenül nevezzük a növényeket „nem korlátozott növekedésű organizmusoknak”. Ugyancsak az állati szervektől eltérő tulajdonság, hogy a növények zárt nitrogénciklussal rendelkeznek. Érdekes tény, hogy az emlősállatok fehérje-anyagcsere végterméke, a karbamid a vizelettel távozik. Ezzel szemben a növények sokkal „ügyesebben” hasznosítják a nitrogént, a fehérjebomlással felszabaduló aminosavak nitrogénje nem ürül ki a szervezetből, hanem más úton, de újra bekapcsolódik a körfolyamatba. Ezek az aminosavak dezaminálódnak, azaz a fehérjék lebomlása során keletkezett aminosavak már nem vesznek részt az ismételt fehérjeszintézisben. A ketosavakat pedig a légzés során használja fel a növény.
A fenti lépések megkezdése előtt a szerves nitrogént heterotróf baktériumok bontják le hidrolízissel ammónium és ammónia képződése céljából, ammonifikációként ismert eljárásban. Az ammóniát állati hulladékokból, komposztokból és bontó takarmánynövényekből vagy terménymaradványokból lehet karbamidban megtalálni. Az ammónium ugyanakkor szintén megtalálható a legtöbb műtrágyában. A nitrifikáló baktériumok érzékenyebbek a környezeti tényezőkre, mint más egyéb feladatot végző talajbaktériumok, mikroorganizmusok. Ha a talaj hosszabb ideig nedvességgel telített, a pórusai vízzel töltve korlátozzák az oxigénellátást. A nitrifikáló baktériumok működéséhez aerob körülmények szükségesek, így az áradás korlátozza, szinte nullává redukálja a nitrifikációt. Ugyanez igaz akkor, ha a száraz talajok nagy sókoncentrációt mutatnak, mert a nagy sótartalom negatívan befolyásolja a baktériumok nitrifikáló aktivitását. Ez azért van, mert a megnövekedett ozmolaritás növeli a mikroorganizmusok által igényelt energiamennyiséget, hogy a víz a sejtmembránokon keresztül mozogjon.
A víz szintén elengedhetetlen az oldott anyagok, például a nitrátok mozgatásához a talajon keresztül. A nitrifikáló baktériumok a 6,5 és 8,5 közötti pH-nál teljesítenek a legintenzívebben, és a számukra ideális hőmérsékleti tartomány a 16 és 35 °C közötti hőmérsékletet. A talaj pH-értékét befolyásolhatja az ammónium nitrifikált forrása is. Például a monoammónium-foszfát (MAP) oldat sokkal savasabb, mint a diammónium-foszfát (DAP); így a DAP-eredmények nagyobb nitrifikációs arányokat eredményeznek, mint a MAP.
A baktériumok többsége megtalálható a talaj felső, megművelt rétegben, így a nitrifikáció csökken, ha a talajművelési gyakorlatokat nem megfelelően kezelik vagy végzik el. A vízkapcsolatok, a talaj vízháztartása és a talaj fizikai tulajdonságai csökkentett talajműveléssel javíthatók. A denitrifikáció a nitrát és nitrogéngázok biológiai átalakulása redukálással. Mindig követi a nitrifikációt. A folyamatot megkönnyíti a fakultatív baktériumok jelenléte, ezek olyan baktériumok, amelyek nem igényelnek szabad oxigént a légzésre a túléléshez. A denitrifikáló baktériumok heterotróf organizmusok, mivel szükségük van egy szerves táplálékforrásra, szén formájában. A denitrifikáció a folyamat ingerlése után akár percekkel is gyorsan elindulhat. Ámbár ez a természet korforgásainak szempontjából szükséges, mégis hátrányosan befolyásolhatja a növénytermesztést, mivel a folyamat alatt a nitrogén, a növényi növekedéshez nélkülözhetetlen tápanyag egy kis része elveszik a légkörben. Ugyanakkor előnyös a vízi élőhelyeknél, ipari vagy szennyvízkezelésnél, mivel a víz nitrátkoncentrációja csökken.
Ha a talajban vagy a vízben lévő oxigénszintek kimerültek (anoxikus körülmények), a denitrifikáló baktériumok lebontják a nitrátokat oxigénforrásként történő felhasználás céljából. Ez gyakran előfordul vízhiányos talajokban, ahol az oxigénszint alacsony.
SZERZŐ: MAGYAR NIKOLETT
