1. Превращения органических азотосодержащих соединений.

Среди органических азотосодержащих соединений первое место по количеству приходится на долю белков. Процесс разложения белков и других азотосодержащих соединений, происходящее при участии микроорганизмов – аммонификация (минерализация) азота. Этот же процесс называют еще гниением. Белки подвергаются разложению как анаэробными, так и аэробными микроорганизмами. Особенно активны представители родов бактерий Pseudomonas, Bacillaceae, Clostridium и Proteus.

Молекулы белков и большинства пептидов имеют большие размеры и не могут проходить через цитоплазматическую мембрану микроорганизмов. Они расщепляются экзоферментами. Протеолитические ферменты, выделяемые микробными клетками в окружающую среду, осуществляют гидролиз пептидных связей в белковых молекулах. Образующиеся при этом полипептиды и олигопептиды поступают внутрь клеток микроорганизмов, где разрушаются внутриклеточными ферментами до свободных аминокислот. Аминокислоты используются для синтеза белка или расщепляются. Расщепление аминокислот может идти четырьмя путями:

1. Дезаминирование:

RСН₂СНNH₂COOH RCH=CHCOOH + NH₃

2. Окислительное дезаминирование:

RCHNH₂COOH + ½ O₂ RCOCOOH + NH₃

3. Восстановительное дезаминирование:

RCHNH₂COOH + 2 Н⁺ RCH₂COOH + NH₃

4. Декарбоксилирование:

RCHNH₂COOH RCH₂NH₂ + CO₂

Аминокислоты минерализуются с различной скоростью. Метионин и треонин более устойчивы, триптофан, аргинин разлагаются очень быстро. После дезаминирования углеродный остаток подвергается воздействию микробов в аэробных или анаэробных условиях. При этом образуются углекислый газ и различные органические соединения. Если в среде имеются амиды, то они первоначально разлагаются до аминокислот, затем могут быть трансформированы тем или иным путем.

При аэробном распаде белка основными конечными продуктами процесса являются углекислый газ, аммиак, сульфаты и вода. В анаэробных условиях при распаде белка образуются аммиак, амины, углекислый газ, жирные и ароматические кислоты, меркаптаны, вещества с неприятным запахом: сероводород, индол и скатол. При анаэробном расщеплении могут образовываться токсичные соединения (диамины). При разрушении сложных белков освобождаются основные составляющие, то есть белок и связанная с ним простетическая группа. Затем эти соединения (каждое самостоятельно) подвергаются более глубокому разложению. Если в состав белковой молекулы входят сахара, они могут либо окисляться кислородом, либо подвергаться одному из видов брожения.

2. Превращения минеральных азотосодержащих веществ.

Существует 3 процесса превращения минеральных азотосодержащих веществ:

1. Нитрификация – процесс окисления аммиака до азотистой и азотной кислот. Этот процесс осуществляют нитрифицирующие бактерии, их подразделяют на 2 группы:

   1. Нитрозные бактерии окисляют аммиак до азотистой кислоты;

   2. Нитратные бактерии окисляют азотистую кислоту до азотной кислоты;

Все эти бактерии являются облигатными аэробами. Процесс нитрификации осуществляется на цитоплазматических мембранах бактериальных клеток.

2. Денитрификация – процесс восстановления нитритов и нитратов до оксидов азота и молекулярного азота, осуществляется в анаэробных условиях и ингибируется кислородом воздуха. Этот процесс называется также нитратным дыханием. Способностью к нитратному дыханию обладают большое число видов бактерий, а также некоторые грибы. В наибольшей степени способны к восстановлению нитратов следующие роды бактерий Pseudomonas, Bacillaceae; среди грибов – плесневые грибы: Mucor, Penicillium.

3. Фиксация атмосферного азота. Единственные организмы, способные к азотофиксации – это прокариоты. Эти организмы самостоятельно или в симбиозе с высшими растениями превращают поглощенные молекулы азота в органические соединения и в конечном итоге переводят их в белок. Различают 2 разновидности азотофиксирующих бактерий:

   1. клубеньковые бактерии развиваются на корнях бобовые растения;

   2. бактерии – свободно живущие азотофиксаторы;