Stickstoffkreislauf

Hallo, ich bin Julia und möchte euch heute den Stickstoffkreislauf erklären. Du solltest bereits wissen, was eine Oxidation und eine Reduktion ist. Und es ist gut, wenn du mit dem Begriff Symbiose etwas anfangen kannst.

Stickstoff ist für alle Lebewesen essenziell. Er ist Bestandteil von Aminosäuren, Nukleinsäuren, Enzymen und Hormonen. Die Atmosphäre besteht zu 78% aus Stickstoff. Dieser Stickstoff ist jedoch nur für die wenigsten Lebewesen direkt zugänglich, da je 2 Stickstoffatome durch eine sehr energiereiche Dreifachbindung gebunden sind. Nur Prokaryonten wie z.B. Cyanobacterium oder Rhizobium können Luftstickstoff zu Ammoniak reduzieren. Dazu nutzen sie das Enzym Nitrogenase. Dabei reagieren ein Mol N2 mit 2 Elektronen und 6 Protonen zu 2 Mol Ammoniak. Dadurch erniedrigt sich die Oxidationszahl des Stickstoffs von 0 auf -3. Für die Reduktion von einem Gramm Luftstickstoff ist etwa die Energie von 2 Gramm Zucker notwendig, ungefähr 33 Kilojoule.

Auch durch Düngemittel und Abwässer gelangen Stickstoffverbindungen ins Ökosystem, die für Pflanzen und Tiere nutzbar sind. Bei Gewittern entstehen ebenfalls stickstoffhaltige Verbindungen, wenn durch Blitze N2 und Sauerstoff zu Stickstoffoxiden verschmelzen.

Zurück zu den Bakterien. Ist der Luftstickstoff in Form von Ammoniak fixiert worden, wird er durch Nitritbakterien zu Nitrit oxidiert. Dabei werden 2 Mol Ammoniak und 4 Mol Sauerstoff in 2 Mol Nitrit, 2 Protonen und 2 Mol Wasser umgewandelt. Nitritbakterien sind z. B. Nitrosomonas oder Nitrosococos. Sie leben in Böden und Gewässern. Anschließend wird Nitrit von Nitratbakterien wie z. B. Nitrobacter in Nitrat umgewandelt. So entstehen aus 2 Mol Nitrit und 1 Mol Sauerstoff 2 Mol Nitrat. Den Prozess der Umwandlung von Ammoniak in Nitrat bezeichnet man als Nitrifikation. Nitrat ist die Hauptstickstoffquelle für Pflanzen, mit Ausnahme der Leguminosen. Leguminosen leben mit Knöllchenbakterien, Bakterien der Gattung Rhizobium, in Symbiose.

Die Rhizobium-Leguminosen-Symbiose. Pflanzen der Familie der Leguminosen locken die Rhizobien an und umschließen sie mit ihren Wurzelhaaren. Die Bakterien dringen in die Wurzeln ein, bleiben aber stets von einer Membran umschlossen. Die Wurzelzellen teilen sich besonders häufig, wenn sie die Präsenz der Bakterien spüren. So entstehen die charakteristischen Knöllchen. Rhizobien beginnen nun dank ihrer Nitrogenase Stickstoff zu fixieren. Es entsteht Ammoniak, der teilweise an die Pflanzen weitergeleitet wird. Dafür erhalten die Bakterien von der Pflanze Zucker. Über die Pflanzen gelangen die Stickstoffe in herbivore Tiere, sogenannte Konsumenten 1. Ordnung. Diese werden von Konsumenten 2. Ordnung gefressen. Über Exkremente und Kadaver gelangen die Stickstoffverbindungen zurück in den Boden. Dort werden sie von Destruenten, wie Pilzen und Bakterien, hydrolisiert. Es entsteht erneut Stickstoff. Einige Bakterien gewinnen Energie aus Nitrit und Nitrat, das sie im Boden vorfinden. Dabei entsteht N2, das wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Dies bezeichnet man als Denitrifikation. Der Stickstoffkreislauf ist geschlossen.

Zusammenfassung: Stickstoff liegt in der Atmosphäre gasförmig vor und kann in dieser Form nur von Bakterien wie Rhizobium genutzt werden. Es entsteht Ammoniak, Ammoniak wird zuerst in Nitrit und dann in Nitrat umgewandelt. Das ist Nitrifikation. Nitrat und Ammoniak werden von den Pflanzen aufgenommen und in Aminosäuren, Nukleinsäuren und vieles mehr umgewandelt. Pflanzen dienen als Stickstoffquelle für Konsumenten 1. Ordnung. Diese werden wiederum von Konsumenten 2. Ordnung gefressen. Durch Exkremente und abgestorbene Tier- und Pflanzenreste gelangt der Stickstoff zurück in den Boden. Dort wird er von Bakterien in Ammoniak umgewandelt und teilweise als N2 wieder an die Atmosphäre abgegeben.

Ich hoffe, ihr habt alles gut verstanden und hattet Spaß diesen Film zu schauen. Tschüss.