| จากภาคที่ 1 เราได้เกริ่นเกี่ยวกับความรู้ทั่ว ๆ ไปของวัฏจักรไนโตรเจน
ซึ่ง นักเลี้ยงหลาย ๆ คน สามารถหาอ่านได้ทั่วไป ทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษ
เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับตัวละคร ( สิ่งมีชีวิต ) ที่มีบทบาทสำคัญ แต่เรายังไม่รู้เกี่ยวกับการใช้งานไนโตรเจน
ระดับ เซล การสร้างสารประกอบไนโตรเจนระดับต่าง ๆ รวมไปถึง วิธีการจัดระบบให้เข้ากับวัฏจักรไนโตรเจนนี้
ซึ่งอันที่จริงบทความนี้เป็นหัวข้อที่ใหญ่เอาการ แต่มันก็คุ้มที่ทุก ๆ ท่านจะเรียนรู้และนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์
ดังนั้น เนื้อหาต่อไปในบทความเรื่องวัฏจักรไนโตรเจนนี้ จึงเป็นบทความเชิงลึก
มากกว่าผิวเผินที่จะเกริ่นคร่าว ๆ ขอรับ และเนื้อหาบางส่วน ก็จะพลิกไป ไม่เหมือนกับภาคแรก
เพราะความยากและความซับซ้อน จึงไม่สามารถอธิบายในภาคแรกให้เข้าใจได้อย่างถ้วนถี่
รวมทั้งคำศัพท์ จะใช้คำศัพท์ภาษาอังกฤษเสียมาก หากผู้เริ่มต้นอ่านไม่เข้าใจ
ก็ขอให้ดูได้ที่ อภิธานคำศัพท์ รวมทั้งคำอธิบายใน ภาคแรก ได้ขอรับ
วัฏจักรไนโตรเจน เริ่มจาก Nitrogen Fixation
หากจะเริ่มต้นวัฏจักรไนโตรเจนจริง ๆ ก็ควรเป็นไนโตรเจนที่สามารถจับต้องได้ใกล้ตัวและมีปริมาณมากที่สุด
ก็คือ ไนโตรเจนที่เราหายใจเข้าไปทุกวันนั่นเอง ไนโตรเจนเหล่านี้ คงสภาพเป็นก๊าซ
ที่ทำปฏิกริยาช้า คือ ก๊าซไนโตรเจน หรือ N2 ซึ่งมีสัดส่วนในอากาศประมาณ 79
%
ก๊าซไนโตรเจน จะถูก ดึงให้กลับมาเป็นสารประกอบไนโตรเจน ด้วยกลไกต่าง ๆ กันมากมาย
โดยรวม ๆ เราเรียกว่า Nitrogen Fixation หรือการตรึงไนโตรเจน ที่เราคุ้นเคยกันดีก็คือ
ปรากฏการณ์ฟ้าฝ่า และ การตรึงไนโตรเจนโดยสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน ( ซึ่งก็คือแบคทีเรียชั้นสูงหรือตะไคร่
) ที่มีชื่อว่า แอนนาบีนา แนะ นอสตอค Anabena sp., Nostoc sp.
แต่ความเป็นจริง Nitrogen Fixation ยังเกิดจากกระบวนการอื่น ๆ ได้อีก ดังนี้
| Type of fixation |
N2 fixed (1012 g per year, or 106 metric tons per year)
|
| Non-biological |
|
| Industrial |
about 50 |
| Combustion |
about 20 |
| Lightning |
about 10 |
| Total |
about 80 |
| Biological |
|
| Agricultural land |
about 90 |
| Forest and non-agricultural land |
about 50 |
| Sea |
about 35 |
| Total |
about 175 |
| Data from various sources, compiled by DF Bezdicek &
AC Kennedy, in Microorganisms in Action (eds. JM Lynch & JE Hobbie).
Blackwell Scientific Publications 1998. |
ขณะตรึงไนโตรเจนจากอากาศด้วยวิธีชีวภาพ สิ่งมีชีวิตจะต้องใช้พลังงานเพื่อตรึงไนโตรเจนในอากาศเข้ารวมกับไฮโดรเจน
เกิดเป็นแอมโมเนีย ดังสมการ
N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi ----------------------
(1)
ปฏิกริยาเหล่านี้ อ้างไปถึงสิ่งมีชีวิตระดับล่าง หรือ Prokaryotes ( เช่นพวก
แบคทีเรีย ตะไคร่ ฯลฯ ) โดยการใช้กลุ่มของเอนไซม์ Nitrogenase
ซึ่งประกอบไปด้วยโปรตีน 2 ตัว ก็คือ โปรตีนที่จับกับธาตุเหล็ก และ โปรตีนที่จับกับธาตุโมลิปดีนั่ม
ปฏิกริยาเริ่มจากการที่ก๊าซไนโตรเจน จับกับ Nitrogenase Enzyme Complex
โปรตีนที่จับกับเหล็กก็จะถูกรีดิวซ์โดยเริ่มจากส่วน Ferredoxin
. เป็นส่วนที่ปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาแล้วจับเข้ากับ ATP ( สารให้พลังงานในเซลมีชีวิต)
ต่อมา Fe Protein ที่จับกับ ATP แล้วจะไปรีดิวซ์โปรตีนที่จับกับโมลิปดีนั่ม
( Mo Protein ) ที่จะปล่อยอิเล็คตรอนให้ก๊าซไนโตรเจน เมื่อก๊าซไนโตรเจนมีอิเล็คตรอนเพิ่มขึ้น
( รีดิวซ์ ) จึงจับกับไฮโดรเจนได้ ออกมาเป็น HN=NH เมื่อกระบวนการนี้ดำเนินไปอีกรอบ
ก็จะเกิดเป็น 2HN=NH2 และเมื่อดำเนินไปอีกขั้นหนึ่งจะกลายเป็น 2NH3 ( แอมโมเนีย
)
( โปรดคอยติดตามต่อไป )
Reference:
Nitrogen Fixation , The microbial world http://helios.bto.ed.ac.uk/bto/microbes/nitrogen.htm
Cyanobacteria http://www.miljolare.no/fagstoff/vann/artikler/kompendier/planteplankton/
blogronnbakterier.php
|
