Stikstofgas (N2) vormt ongeveer 78% van de atmosfeer van de aarde. Hoewel het essentieel is voor het leven, kunnen de meeste organismen stikstofgas niet rechtstreeks gebruiken. In plaats daarvan zijn ze afhankelijk van stikstofbindende bacteriën om stikstof uit de lucht om te zetten in een bruikbare vorm, zoals ammoniak (NH3) of nitraten (NO3-).

Stikstoffixatie is een proces waarbij stikstofgas uit de atmosfeer wordt omgezet in ammoniak. Dit proces kan worden uitgevoerd door bepaalde soorten bacteriën, de zogenaamde stikstofbindende bacteriën, of door industriële processen. Stikstofbindende bacteriën leven in de bodem of in combinatie met de wortels van bepaalde planten, zoals peulvruchten. Ze gebruiken een enzym genaamd stikstofase om stikstofgas om te zetten in ammoniak.

De ammoniak die door stikstofbindende bacteriën wordt geproduceerd, kan vervolgens door planten worden gebruikt om eiwitten en andere stikstofhoudende verbindingen te synthetiseren. Als alternatief kan de ammoniak door andere bacteriën worden omgezet in nitraten, die vervolgens door planten worden opgenomen.

Dit zijn de belangrijkste stappen die betrokken zijn bij de omzetting van atmosferische stikstof in een biologisch bruikbare vorm:

1. Stikstoffixatie :Gespecialiseerde bacteriën, zoals Rhizobia en Cyanobacteria, bezitten het enzym stikstofase, dat de sterke drievoudige binding in atmosferische stikstof (N2) kan verbreken. Deze bacteriën zetten N2 om in ammoniak (NH3) via een proces dat bekend staat als stikstoffixatie.

2. Nitrificatie :Nitrificerende bacteriën, zoals Nitrosomonas en Nitrobacter, zetten ammoniak om in nitrieten (NO2-) en vervolgens in nitraten (NO3-). Nitrificatie vindt plaats onder aerobe omstandigheden, waar zuurstof aanwezig is.

3. Assimilatie :Planten kunnen nitraten uit de bodem opnemen via hun wortelsystemen en deze gebruiken om eiwitten, nucleïnezuren en andere stikstofhoudende verbindingen te synthetiseren. Sommige planten, zoals peulvruchten, hebben een symbiotische relatie met stikstofbindende bacteriën in hun wortelknolletjes, waardoor ze rechtstreeks toegang hebben tot stikstof uit de lucht.

4. Ammonificatie :Wanneer planten en dieren sterven, worden hun stikstofhoudende verbindingen afgebroken door ontbindende organismen, zoals schimmels en bacteriën. Bij dit proces komt ammoniak weer in de bodem terecht via een proces dat ammonificatie wordt genoemd.

5. Denitrificatie :Onder anaërobe omstandigheden, zoals drassige bodems, zetten denitrificerende bacteriën nitraten en nitrieten weer om in atmosferische stikstof. Denitrificatie voltooit de stikstofcyclus door stikstof terug te brengen naar de atmosfeer.

Door deze processen zorgt de stikstofcyclus voor een continue aanvoer van biologisch bruikbare stikstof voor levende organismen.