Прокариоты как диазотрофы

Количество азота, который ежегодно переводится из свободной молекулярной формы в аммонийную и нитратную формы, составляет 2 • 108 т.

По приблизительным подсчетам, 15% азота связывается в атмосфере под действием жесткого ультрафиолетового излучения и грозовых разрядов; 25% приходится на промышленный синтез. Остальные 60% связанного азота — это результат ферментативного восстановления молекулярного азота в аммиак. Эту реакцию катализируют свободноживущие и симбиотические диазотрофные бактерии.

Способностью к диазотрофии обладают многие фототрофные, хемолитотрофные и хемоорганотрофные бактерии. Кроме того, диазотрофы обнаружены в домене Archaea (например, Methanobacterium thermolithoautotrophicum и Methanosarcina barken).

Особое место среди диазотрофов занимают цианобактерии, которые используют в этом процессе продукты оксигенной фототрофии — АТФ и донор электронов (восстановленный ферредоксин или НАДФН). Хотя все известные типы нитрогеназ инактивируются кислородом, цианобактерии обладают защитными механизмами, которые позволяют этим ферментам сохранять активность даже при эндогенном образовании кислорода.

Основной вклад в глобальный процесс диазотрофии вносят нитчатые цианобактерии. В частности, штаммы Trichodesmium sp. обеспечивают другие планктонные формы в (суб)тропических акваториях связанным азотом. По имеющимся данным только на долю этой цианобактерии приходится 6% глобальной диазотрофии, что составляет не менее 20% продуктивности клубеньковых бактерий.