Tema 12 FIJACIÓN BIOLÓGICA DE NITROGENO

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Tema 12 
Fijación Biológica de Nitrógeno : Diazótrofos en vida libre y en 
Rhizósfera. Bioquímica de la Fijación. La Nitrogenasa. 
Microorganismos vida libre y simbiótica. Sistemática. 
Características morfológicas y Fisiológicas. Influencia de los 
Factores Ecológicos. Importancia Agronómica. 
Ing. Agr. Msc. Susana Krieger
Fijación Biológica de nitrógeno
A. Descargas eléctricas de la atmósfera: rayos que hacen que el nitrógeno
atmosférico se combine con oxígeno, y los compuestos formados son
arrastrados por la lluvia hacia el suelo
B. Microorganismos: La segunda vía es la fijación biológica del nitrógeno,
llevada a cabo por bacterias capaces de tomar nitrógeno y combinarlo a
través de un complejo enzimático. Algunas de estas bacterias viven libres
en el suelo, y otras forman simbiosis con algunos tipos de plantas.
C. Industrial: producción de NH3 y fertilizantes químicos: Proceso Haber-
Bosch
N2 + 3H2 2 NH3 + CO2 UREA 
Se requiere: 500-1000ºC, 200-300 atm, H2 ( petróleo, gas, metano)
catalizadores
Fuente: Fijación Biológica de Nitrógeno. Fagro. Universidad de la República 
http://www.fagro.edu.uy
Bacterias heterótrofas aerobias y anaerobias
 Aeróbicos: Azotobacter,Azomonas, Beijerinkia, Derxia
 Aerobios facultativos: Bacillus, Klebsiella
 Microaerofílicos: Azospirillum
 Anaerobios: Clostridium, Desulfovibrio, Desulfotomaculum
Cianobacterias o algas inferiores
 Nostoc
 Anabaena
Bacterias fotosintéticas anaerobias
 Rhodospirillum
 Rhodopseudomona
FIJADORES LIBRES DE NITROGENO
La fijación biológica del nitrógeno consiste en la 
transformación de N2 en amoníaco (NH3) mediante 
la enzima nitrogenasa, que se encuentra en 
algunos tipos de bacterias y cianobacterias.
pasa a las células del huésped o son liberados al suelo por mecanismos de 
exudación, excreción o muerte microbiana.
Esta ecuación requiere de grandes cantidades de poder reductor y 
energía (ATP), y la reducción obligada de protones con un mínimo de 
1 mol de H2 producido por mol de N2 reducido 
aminoácidos
La información genética de la bacteria para fijar nitrógeno 
está dada en un cluster de genes denominado nif.
Gracias a algunos experimentos genéticos y a 
experimentos con mutantes se ha llegado a localizar los 
genes del cluster nif en el cromosoma bacteriano. 
Para que tenga lugar la reducción del nitrógeno 
se requiren:
 Enzima Nitrogenasa
 Energía en forma de ATP: 12 a 24 ATP requeridos para producir 1 mol 
de N2
 Iones Mg, Fe y Mo (imprescindibles para la nitrogenasa)
 Fuente de poder reductor: numerosos compuestos orgánicos pueden 
ser usados por los microorganismos fijadores como fuente de energía, 
de carbono y poder reductor. Ej. acido pirúvico
 Ferredoxina: transportadora de electrones (estado normal oxidada). 
Nitrogenasa
La enzima nitrogenasa que cataliza la reducción de N2 a amonio está 
constituida por dos metaloproteínas:
1) Componente I : la molibdo ferro proteína : contiene un cofactor de
hierro molibdeno “ FEMOCO” que forma parte del centro activo y es al
nivel del cual ocurre la reducción del N2.
2) Componente II : la ferro proteína. Realiza la transferencia al I de la
energía necesaria para que éste pueda realizar la reducción.
Es inhibida por la presencia del oxígeno y el amoniaco
Bioquímica de la fijación de N2
N2
Cuando ingresa un electrón al ciclo, la ferredoxina oxidada se reduce y
transfiere los electrones al componente II, que queda reducido.
El componente II reducido se une a dos moléculas de ATP, y cambia su
conformación, lo que le permite unirse al componente I.
Entonces se produce la transferencia de electrones desde el componente
II al componente I (centro donde se reduce el nitrógeno y presenta la
verdadera capacidad de reducción).
Una vez reducido el componente I éste transfiere los electrones (y los
protones) al N2, hasta convertirlo en dos moléculas de amoniaco.
El amoniaco entra entonces en las rutas biosintéticas para convertirlo en
N orgánico, incorporable a las macromoléculas
El NH4+ formado por la fijación de Nitrógeno 
inmediatamente se incorpora a cadenas carbonadas, 
generalmente provenientes del ciclo de Krebs, formando 
aminoácidos. 
Pueden intervenir dos enzimas:
 la glutamina-sintetasa 
 la glutamato-sintasa 
Protección del complejo enzimático frente 
al O2
Estas estrategias van desde la: 
 Anaerobiosis total, como en Clostridium 
 Producción de gran cantidad de polisacáridos extracelulares que 
hacen de filtro para el oxígeno, exclusión metabólica (Azotobacter) 
 Compartimentación, caso de las cianobacterias. 
 La protección conformacional, en la cual la nitrogenasa cambia su 
disposición a una forma reversible inactiva. 
 En la simbiosis Rhizobium-leguminosa, la estructura del nódulo crea
el ambiente microaerobio adecuado y la leghemoglobina facilita el
transporte de oxígeno al bacteroide para soportar el metabolismo
aerobio requerido para obtener la energía necesaria para la
reducción del nitrógeno
Condiciones ecológicas que influyen en la 
fijación de N2
 Disponibilidad de compuestos carbonados
metabolizables: azúcaressimples, ac. Orgánicos, 
alcoholes.
 Salinidad: variable el comportamiento, depende de la 
resistencia de los microorganismos
 Nivel de P: limitante en suelos pobres en P
 Mo, Fe y Co: indispensables ya que forman parte del 
FEMOCO
 Humedad: cercana capacidad de campo
Cianobacterias fijadoras de Nitrógeno 
Son numerosas las especies de algas inferiores (antiguamente llamadas algas
verde azuladas) que fijan nitrógeno, siendo más abundantes en las zonas
tropicales y templadas; comprenden aguas dulces y saladas, ambientes
terrestres y fijan nitrógeno en vida libre o en simbiosis con un gran número
de organismos.
Las algas implicadas en la fijación de nitrógeno son fotosintéticas por lo que no 
requieren aporte del exterior de compuestos carbonados.
Existen tres grupos principales de algas cianofíceas fijadoras de nitrógeno:
 Formas filamentosas con heterocistos (células filamentosas de pared gruesa; 
no fotosintéticas, intercaladas en los filamentos del alga)
 Formas filamentosas sin heterocistos
 Formas unicelulares
El grupo de las algas filamentosas poseen estructuras 
denominadas “ heterocistos” lugar donde se produce la 
fijación de nitrógeno.
Algunos géneros como Nostoc y Anabaena, fijan nitrógeno en vida 
libre pero también pueden establecer simbiosis con un gran 
número de plantas.
Desde un punto de vista de aplicación a la agricultura, hay que 
destacar, las asociaciones simbióticas de estos organismos 
con plantas
CIANOBACTERIAS 
Anabaena sp
Empleo de la simbiosis Azolla-Anabaena
Su aplicación más extendida es como biofertilizante en los cultivos de 
arroz.
El género Azolla agrupa a seis especies de pequeños helechos 
acuáticos que viven flotando en aguas tropicales y templadas de todo 
el mundo las principales características que la hacen útil como 
biofertilizante son:
 capacidad fijadora de N del sistema, del orden de 3Kg/ Ha/ día.
 rápida propagación, duplican su biomasa entre 3 y 6 días.
 rápida descomposición en el suelo.
 no trasmiten enfermedades a los cultivos.
Es preciso controlar su desarrollo, ya que pueden causar algunos 
problemas ecológicos provocando la desaparición de otras plantas ya 
existentes. 
En los folíolos de 
Azolla
se encuentra el alga 
azul verdosa 
Anabaena
azollae
Bibliografía
 Bedmar E.J. et al (2006) Fijación de Nitrógeno: Fundamento y 
Aplicaciones.Universidad de Granada. CSIC. Ed. Sociedad 
Española de Fijación de Nitrógeno ( SEFIN). España 
 Frioni, Lilian. 2011. Microbiología: Básica, Ambiental y Agrícola.1ª 
edición. Orientación Gráfica Editora. Buenos Aires. Argentina.