عنصر موجود في البروتينات ويتركز أكثر في الغلاف الجوي

عنصر موجود في البروتينات ويتركز أكثر في الغلاف الجوي

عنصر النيتروجين Nitrogen .

النيتروجين الذي يستخدم العلماء حرف N اختصاراً له، يوجد في جميع الكتل والعناصر المكونة لسلاسل البروتين، وهو العنصر السابع في الجدول الدوري، النيتروجين عنصر موجود في البروتينات يشكل نسبة 78% من الغلاف الجوي، بينما يشكل الأكسجين نسبة 21% من الغلاف الجوي للأرض، أي إنه أكثر العناصر توافراً وتركيزاً في الغلاف الجوي Atmosphere.

يتميز النيتروجين بإنه عنصر عديم اللون والرائحة والطعم، ليس ذلك فقط النيتروجين سبب مهماً لاستمرار حياة الكائنات الحية، هو موجود في الهواء الذي نتنفسه، الماء الذي نشربه وفي التربة، كما إنه عنصر أساسي في تكوين الحمض النووي DNA والحمض الريبوزي RNA في الكائنات الحية، بالإضافة إلى دوره في عملية نمو النباتات، وبالتالي قلة عنصر النيتروجين في التربة يؤدي إلى اصفرار النباتات وعدم اكتمال نموها، لذلك هو المسئول عن قلة أو زيادة المحاصيل الغذائية، النيتروجين يوجد أيضاً في البحيرات، الأنهار وله عدة أشكال مثل الأمونيا NH3، النتريت NO2 و النترات NO3. [1]

لماذا نسبة النيتروجين عالية في الغلاف الجوي

ذلك بسبب 3 أسباب رئيسية وهي:

• النتروجين متغير ومتقلب في أغلب أحواله.
• النتروجين لا يتفاعل مع العناصر المكونة للأرض الصلبة.
• النتروجين عنصر مستقر في الإشعاعات الشمسية.

النيتروجين عنصر غير مستقر أو متقلب في البنيات البلورية المكونة من عدة ذرات، لذلك وهو غير متفاعل مع العناصر المكونة للأرض الصلبة مثل السيليكون، المغنسيوم، الكالسيوم والأكسجين، لذلك هو متوافر بكثرة في عناصر الغلاف الجوي، بل هو أكثر العناصر توافراً واستقراراً حتى عن الأكسجين في الغلاف الجوي. [2]

خواص النيتروجين الكيميائية

أهمية النيتروجين في حياتنا

• من ضمن المكونات والعناصر الأساسية في خلايا الكائنات الحية هو البروتينات أو ما يعرف علمياً باسم بوليمر الأحماض الأمينية، والنيتروجين عنصر موجود في البروتينات ويتركز أكثر في الغلاف الجوي.
•  موجود بكثرة في البروتينات وهي المكونة للأحماض النووية والريبوزية DNA وRNA، هذا ما يجعل العنصر الأساسي وراء حياة جميع الكائنات الحية.
• عنصر مهم في استمرار الحياة على كوكب الأرض، لأنه خامل، يحمي من آثار حدوث التفاعلات الكيميائية، على سبيل المثال اندلاع النيران.
• النيتروجين هو المسئول عن نمو النباتات بشكل طبيعي وبالتالي زيادة نسبة المحاصيل الزراعية.
•  هو السبب في حياة الكائنات البحرية، لأن ينمي الطحالب التي تمدهم بالأكسجين.

دورة النيتروجين في الطبيعة

دورة النيتروجين هي علمية مستمرة ومتكررة، يتحرك فيها عنصر النيتروجين بين الكائنات الحية وغير الحية، الغلاف الجوي، التربة، الماء، النبات، الحيوانات، البكتيريا وأيضاً الكائنات الميكروسكوبية أو المجهرية الحية أحادية الخلية والتي تتواجد تقريباً في كل مكان، وحتى يتحرك النيتروجين في كل هذه المسارات، يجب أن يتغير شكله لذلك ذكرنا من قبل إنه متقلب، وأشكاله كالتالي على كوكب الأرض:

• الغلاف الجوي: يوجد النيتروجين في الغلاف الجوي على شكل غاز ويرمز إليه ب N2.
• التربة: يوجد النيتروجين بشكلين في التربة وهم أكسيد النيتروجين NO وثاني أكسيد النيتروجين NO2، وهو العنصر الموجود بشكل أساسي في البروتينات.
• السماد: شكل عنصر النيتروجين في السماد هو الأمونيا NH3 ونترات الأمونيا NH3 ونترات الأمونيوم NH4NO3.

مراحل دورة عنصر النيتروجين في الطبيعة

• التثبيت Fixation.
• الامتصاص والاستيعاب Assimilation.
• التمعدن أو التحول إلى أمونيا Ammonification.
• النترتة Nitrification.
• إرجاع أو نزع النترات Denitrification.

التثبيت Fixation: التثبيت هو المرحلة الأولى في دورة النيتروجين Nitrogen Cycle، عبارة عن انتقال النيتروجين من الغلاف الجوي في صورته الغازية N2، وتحويلها إلى الأمونيا NH3، يقوم بهذا الدور أنواع من البكتيريا وهم البكتيريا الآزوتية Azotobacter و بكتيريا تسمى بالمستجذرة، هذه الكائنات الحية تقوم بنقل النيتروجين من الغلاف الجوي إلى التربة بعد تحويله إلى أمونيا، وهنا يوجد طريقتان لتثبيت عنصر النيتروجين طبيعياً عن طريق الغلاف الجوي من خلال البرق أو الأمطار، وأيضاً صناعياً عن طريق التعرض لمستويات ضغط ودرجة حرارة عالية.

الامتصاص والاستيعاب Assimilation: الامتصاص أو التي يطلق عليها الاستيعاب، هي ثاني مرحلة في دورة النيتروجين، الذي ذكرنا من قبل إنه عنصر موجود في البروتينات ويتركز أكثر في الغلاف الجوي، تحدث فيها قيام جذور النباتات بامتصاص النيتروجين الذي قدمته لها البكتيريا بعد تحويله من الغلاف الجوي.

التمعدن أو التحول إلى أمونيا Ammonification:  هذه المرحلة تقوم البكتيريا في التربة بها، وهي إنتاج الأمونيا من خلال تكسير بقايا الحيوانات والنباتات الميتة الموجودة في التربة.

النترتة Nitrification: هذه المرحلة من دورة النيتروجين تتكون من جزئين هم:

• تحول الأمونيا NH3 إلى نترات أمونيا NO3.
• ثم تقوم أنواع أخرى من البكتيريا موجودة في التربة بتحويل NH3 إلى NO2، وأنواع كائنات حية دقيقة أخرى بتحويل NO2 إلى NO3.

إرجاع أو نزع النترات Denitrification: هذه المرحلة الأخيرة في دورة النيتروجين، وهي عكس مرحلة النترتة Nitrification، الجدير ذكره أن هذه المرحلة تحدث في طبقات التربة العميقة حيث لا يوجد أكسجين وبدلاً منه يوجد النيتروجين، وتتحول فيها البكتيريا التي ذكرناها سابقاً وتقوم بتحويل النيتروجين إلى NO3، إلى مركبات غازية مثل N2 وNO2.

ما اهمية دورة النيتروجين

• دورة النيتروجين تجلب النيتروجين الخامل من الغلاف الجوي للأرض للنباتات ثم الحيوانات التي تتغذى عليها.
• النباتات تحتاج لدورة النيتروجين لتصنيع مادة الكلوروفيل المهمة في عملية البناء الضوئي.
• خلال مرحلة التمعدن أو التحول إلى الأمونيا، تقوم البكتيريا بتحليل وتكسير بقايا النباتات والحيوانات الميتة في طبقات التربة العميقة، وهذا بدوره يؤدي لتنظيف البيئة بشكل طبيعي.
• دورة النيتروجين Nitrogen Cycle مهمة في تغذية التربة، لإنتاج محاصيل وفيرة عالية الجودة.
• تستفيد الحيوانات من النيتروجين وأشكاله المختلفة الموجودة في النبات، بالإضافة للموجود في الهواء.
• دورة النيتروجين هي السبب الأساسي وراء الحفاظ على نسبة النيتروجين في كوكب الأرض. [4] [5]

أضرار عنصر النيتروجين على البيئة والإنسان

• زيادة النيتروجين عن نسبته الطبيعية في الهواء، يؤثر بالسلب على عملية تنفس الإنسان والكائنات الحية، ليس ذلك فقط بل يؤثر على عملية نمو النبات بشكل طبيعي الذي يقوم بامتصاصه من التربة.
• زيادة نسبة النيتروجين في الماء أيضاً يؤدي إلى كوارث بيئية خطيرة، لإنه عامل أساسي لنمو الطحالب والنباتات المائية في البحيرات والأنهار والجداول المائية، التي بحد ذاتها تعتبر السبب وراء حياة الكثير من الكائنات البحرية.
• خروج نسبة عنصر النيتروجين عن معدله الطبيعي في الماء، يؤدي أيضاً إلى تسريع وتيرة نمو الطحالب التي تؤثر بدورها على نسبة الاكسجين التي تحصل عليها الكائنات الحية في الماء، قد تتفاقم الأمور وتؤدي إلى موت الأسماك.
• زيادة نمو الطحالب يسمم المياه ويلوثها وهذا يهدد حياة الكائنات الحية، خاصةً إذا تناولوا الكائنات البحرية الملوثة بزيادة النيتروجين.
• اختلال نسبة الهيدروجين في التربة، يؤثر على التكوين الهيكلي والوراثي للنباتات ويؤدي إلى البط في عملية النمو اصفرارها بسبب غياب مادة الكلوروفيل. [6]

نيرة محمد