박테리아와 질소 순환
질소순환(nitrogen cycle)
질소 : 단백질, 핵산, 클로로필, 조효소 등의 중요한 구성요소로 건조한 대기 가스의 약 78%가 질소 분자로 구성(가장 큰 질소 저장소) → 질소고정 박테리아를 제외한 모든 생물은 대기속의 질소를 직접 이용할 수 없음 ※ 식물과 거의 모든 생산자는 질산염 이온(NO3-) 형태로 질소 흡수 ⇒ 질산염 이온은 질산화작용(nitrification)과 질소고정(nitrogen fixation)에 의해 형성
① 생산자부터 분해자까지
생산자(식물)에 의해 질산염 이온 흡수 → 식물 단백질 형성⇒ 소비자와 분해자 영역으로 이동
소비자 … 약간의 동물 단백질 형성(나머지는 대사작용으로 변화되고 질소노폐물은 다양한 형태로 배설(요소, 요산, 암모니아))
분해자 … 여러 단계의 분해과정 통해 단백질과 질소노폐물 재순환 유기노폐물을 분해하여 암모니아, 물, 이산화탄소 생성(암모니아는 물에 쉽게 이온화되고 암모니아 이온(NH4+) 형성)
⇒ 암모니아화 박테리아 → 질화박테리아
자가영양을 하는 Nitrosomonas와 같은 박테리아에 의해 암모니아 이온은 아질산염(NO2-) 형태로 전환(질산화 작용, nitrification)
Nitrobacter 박테리아에 의해 아질산염은 질산염(NO3-)으로 전환
⇒ 교환풀로 이동(순환하여 다시 식물에 흡수)
교환풀에서의 손실 : 가용성 질소 함유 이온들이 물과 함께 토양에서 씻겨 내려가 유실
혐기성 조건 형성 → 혐기성 토양 박테리아(Pseudomonas denitrificans)에 의해 아질산염과 질산염이 질소산화물(N2O)과 질소가스로 전환
② 질소고정자
탈질화 박테리아(Pseudomonas denitrificans) → 질소원 손실(아질산염, 질산염→ 질소산화물, 질소 가스) ⇒ 대기 저장소로 이동
※ 질소고정 박테리아와 남조박테리아에 의해 대기 질소 고정
암모니아를 만들기 위해 복잡한 생화학 경로를 통해 질소와 수소 결합
(초과분은 토양과 물로 다시 방출 → 질화박테리아에 의해 아질산염과 질산염으로 전환)
인과 칼슘의 순환(phosphorus & calcium cycle) - 물과 관련되어 발생
① 인 : 수용성 인산염 이온(HPO42-)으로 식물 뿌리를 통해 흡수
인산염은 ADP, ATP, 인지질, 핵산, 광합성과 호흡의 조효소 등 중요 대사물질을 만드는데 필요
분해자의 활동에 의해 인산염 풀 안으로 방출
② 칼슘 : 세포막과 많은 효소 반응의 적절한 기능을 위해 중요
식물 세포의 경우 칼슘 부족은 수송과정을 파괴해 식물체를 죽게함
흔히 뼈와 패각에 결합되어 있기 때문에 느리게 순환
