Chimica del suolo

Il ciclo del carbonio nel suolo

MAXgestiscono male l'energia del substrato, ma esaurite le riserve, altrettanto rapidamentedecadono e lasciano poco nel suolo, in quanto mineralizzano velocemente e dissipandol'energia contenuta nei legami della sostanza organica;autoctone (v e Km bassi) crescono lentamente, ma sono brave ad utilizzare matriciMAXorganiche poco utilizzabili e sono responsabili del sequestro del carbonio.

I microrganismi per poter utilizzare il carbonio organico devono utilizzare una strategiaparticolare, perché spesso i materiali da degradare sono più grandi delle loro cellule, perquesto la digestione avviene all'esterno della cellula mediante il rilascio degli enzimi (idrolasie ossidoreduttasi sono gli enzimi principali prodotti da batteri funghi e radici) che producono,quindi un altro strumenti che permette di misurare la funzionalità del suolo è lo studio delleattività enzimatica che avvengono nel suolo. Ma gli enzimi, essendo proteine.

contengono tanto azoto e i microrganismi hanno fame di azoto e non sono in grado di capire se la proteina è prodotta da loro, quindi la attaccano, non avrebbe senso utilizzare la poca energia che hanno per produrre enzimi da degradare. Per questo ci sono dei meccanismi del suolo che hanno il compito di stabilizzare le attività enzimatiche extracellulari costruendo un sistema che agisce in modo differente, adsorbendoli sulle superfici delle argille così da allungarne la vita, anche più di quella del microrganismo che li ha prodotti, in questo modo l'attività enzimatica nel tempo è costante a differenza dell'attività microbica, anche se nel breve periodo è possibile osservare delle variazioni di attività enzimatica dovute all'attività microbica.

L'attività di un suolo è correlata al contenuto di carbonio organico. Nel suolo avvengono continuamente reazioni il cui equilibrio dipende dalle

Leggi della termodinamica e dalla velocità con cui si svolge una reazione. I fattori della velocità sono la concentrazione dei reagenti (proporzionale alla velocità), la temperatura (energia) che spesso è un fattore limitante, la pressione e la presenza di catalizzatori. Quando gli scontri tra le particelle avvengono in un certo modo avviene la reazione, ma la velocità dipende dall'energia del sistema, che nel caso del sistema suolo, la quantità disponibile non può essere controllata dall'uomo.

Le vie metaboliche di un determinato metabolismo e le reazioni sono catalizzate da enzimi. Se l'energia dei reagenti è ad un livello più elevato di quella dei prodotti, la reazione è spontanea.

Stato di transizione: punto di rottura dei legami di una molecola e costituzione di altri, maggiore sarà l'energia d'attivazione più lenta sarà la reazione. Gli enzimi non fanno parte della reazione.

maestri della catalisi, in grado di accelerare le reazioni chimiche senza essere consumati nel processo. Sono proteine specializzate che agiscono come catalizzatori biologici all'interno delle cellule. Gli enzimi sono altamente specifici e possono riconoscere e legarsi solo a determinati substrati. Questa specificità è determinata dalla forma tridimensionale dell'enzima e del substrato, che devono essere complementari tra loro come una chiave e una serratura. Una volta che l'enzima si lega al substrato, inizia a facilitare la reazione chimica abbassando l'energia di attivazione necessaria per avviare la reazione. Questo permette alle molecole di raggiungere più facilmente lo stato di transizione e quindi accelerare la velocità della reazione. Gli enzimi possono essere influenzati da diversi fattori, come la temperatura, il pH e la concentrazione dei substrati. Ogni enzima ha una temperatura e un pH ottimali in cui funziona al meglio. Inoltre, gli enzimi possono essere inibiti o attivati da altre molecole chiamate modulatori. Questi modulatori possono legarsi all'enzima e alterarne l'attività catalitica. In conclusione, gli enzimi sono fondamentali per la vita poiché permettono alle reazioni chimiche di avvenire a velocità compatibili con i tempi biologici. Senza di loro, molte reazioni sarebbero troppo lente per sostenere la vita.che contiene cofattori rappresentati da un metallo è in grado di svolgere una capacità catalitica molto efficiente e specifica. Un esempio di tale proteina è l'ureasi di origine batterica, prodotta dal Bacillus Pasteurii. Questa proteina è formata da tre monomeri uguali legati tra loro. Un'altra caratteristica degli enzimi è la presenza del sito attivo, dove avviene l'azione catalitica. Questo sito attivo è una tasca con una conformazione specifica che permette l'ingresso solo di una determinata tipologia di molecola. Nel caso dell'ureasi, la molecola che può entrare è l'urea, e al suo interno si trovano i veri responsabili della catalisi, ossia i metalli. In questo caso, due atomi di nichel svolgono la loro azione catalitica in base alla loro carica positiva. Tuttavia, per rimanere all'interno della tasca, devono essere legati alla proteina, ma non in modo eccessivo, in modo da mantenere la loro carica positiva. Pertanto, non possono formare un legame che neutralizzi la loro carica.

è una catena di amminoacidi organizzata nello spazio secondo strutture benprecise, la tasca del sito attivo viene costruita in funzione della struttura terziaria, nellospecifico il sito attivo dell’ureasi è costituito da un residuo di lisina, un amminoacido basicoche ha nella sua catena laterale il gruppo NH₂, questa lisina in particolare è carbamilata²(gruppo amminico legato ad un gruppo estere), in quanto l'azoto nel gruppo NH₂ (gruppo amminico) è legato a un gruppo COO- (gruppo estere) quindi vuol dire che tra i due atomi diossigeno è delocalizzata la carica negativa, ciò implica eccesso di carica negativa.Oltre la lisina sono presenti altri quattro residui che sono delle istidina, anche queste sonodegli aminoacidi basici che presentano nella loro catena laterale presenti degli atomi di azotoche contribuiscono a mettere a disposizione altri elettroni, perché l'azoto ha nell'orbitaleesterno un doppietto elettronico

libero. Un altro residuo è l'asportato, un aminoacido acido e quindi con il gruppo COOH deprotonato, cioè altra carica negativa. In mezzo sono presenti i due atomi di nichel (1) e nichel (2) che essendo dei centri di carica positiva, devono stare posizionati a una distanza precisa, ma senza che la propria carica positiva venga neutralizzata. Tra i due c'è un gruppo OH che fa da ponte e due molecole d'acqua per completare il guscio di coordinazione di ogni atomo di nichel. Questa ureasi, momentaneamente con il sito attivo vuoto, si trova legata ad un'argilla o ad un aggregato organo minerale. Quando si concima con l'urea, essendo estremamente solubile, si scioglie va in soluzione ed entra in contatto con le superfici degli aggregati organo minerali. Se trova l'ureasi (sicuramente la trova), l'urea (una diammide dell'acido carbonico) ha una conformazione tale da combaciare esattamente con il sito attivo. Quando entra nel sito attivo, i

Due atomi di nichel svolgono la loro azione, perché essendo dei centri di carica positiva tenderanno ad andare a polarizzare (orientare in una certa direzione) delle molecole in grado di mettere a disposizione degli elettroni. Gli atomi di nichel stanno esattamente in quella posizione perché, per quanto visto prima ci sarà un'attrazione elettronegativa esercitata dalle "pareti" del sito attivo. Quando entra la molecola dell'urea, il nichel (1) comincia ad interagire con il doppietto elettronico spaiato dell'ossigeno dell'urea, così facendo attira l'ossigeno verso di sé determinando l'indebolimento del doppio legame C=O (dell'urea), perché se il nichel tenta di rubare degli elettroni all'ossigeno, questo tenta di prenderli dal doppio legame, portando il carbonio in fame di elettroni, ma soddisfa la sua fame con l'ossigeno del gruppo OH tra i due nichel. Contemporaneamente il nichel (2) esercita

lo stesso tipo di azione su uno dei gruppi NH₂ dell'urea, perché anche l'azoto presenta un doppietto elettronico disponibile, in definitiva i due nichel vanno a polarizzare in maniera molto forte l'ossigeno e l'azoto della molecola dell'urea. Nello stato di transizione il carbonio dell'urea forma 5 legami, è lo stadio di massima instabilità della molecola dell'urea, l'energia per far ciò è stata messa a disposizione dalla capacità che il nichel ha avuto di polarizzare la molecola dell'urea. Dato che il carbonio non riesce a formare 5 legami, la molecola di urea si sfascia e dal sito attivo esce ammoniaca e acido carbonico, questa operazione avviene molto velocemente in alcuni casi talmente tanto da creare problemi.

Da una mole di urea, otteniamo 2 moli di ammoniaca (NH₃) e 1 di acido carbonico (H₂CO₃) che escono dal sito attivo e vanno in soluzione ed essendo una base e un acido reagiscono.

Insoluzione è presente acqua che funge da acido coniugato dell'ammoniaca e reagendo si4+ -producono ione ammonio (NH ) e OH . Dato che l'ammoniaca è una base forte, la reazione è tutta spostata verso destra, per quanta ammoniaca esce dal sito attivo tanti gruppi OH verranno prodotti. L'acido carbonico è un acido debole, quindi la sua idrolisi in acqua sarà spostata verso sinistra, significa che non riesce a liberare tutti i protoni necessari a tamponare gli OH che derivano dall'idrolisi dell'ammoniaca e il pH sale. Se in un suolo dove l'attività ureatica è rilevante, i granuli di urea distribuiti finiscono molto vicini gli uni con gli altri il pH in quella zona arriva a 9/9,5. A quel valore l'ammoniaca se ne va sotto forma di gas in atmosfera. Inoltre, un pH così elevato altera il processo di nitrificazione, a partire dalla nitrazione, determinando l'accumulo di azoto nitroso, che è

tossico (le piantine che stanno germinando in alcuni casi muoiono) e una parte di ammonio dell'ammoniaca se ne va sottoforma di gas, significa che l'efficienza dell'urea è bassissima (dipende dal tipo di suolo). Ci sono delle operazioni che si possono fare per cercare di ridurre la scarsa efficienza. Basterebbe che l'urea potesse scendere nel profilo di suolo di qualche centimetro in modo da diluirsi nella soluzione del suolo e questo effetto così negativo non si avrebbe, però non sempre è possibile perché in casi di concimazione di copertura l'urea non si può interrare, perché essendo di copertura ci sono le piante. Dipende sempre dal tipo di suolo in quanto tanto più è sabbioso e ricco di calcare (che ha già un pH elevato) il problema sarà molto rilevante, mentre in un suolo con pH minore, con una maggiore concentrazione di argille, il problema sarà ridotto, perché ilre il nutriente alle piante. Questo può essere vantaggioso in alcune situazioni, ad esempio quando c'è un eccesso di azoto nel terreno che potrebbe causare problemi di inquinamento delle acque sotterranee. Tuttavia, l'argilla può anche trattenere l'azoto in modo eccessivo, impedendo alle piante di assorbirlo e causando carenze nutrizionali. Pertanto, è importante trovare un equilibrio nella gestione dell'azoto nel terreno argilloso.