Le cycle de l'azote

Tout comme pour le carbone il existe un cycle de l'azote directement lié à la vie sur Terre. L'azote est présent dans les plantes et dans les animaux. Il se décompose dans le sol, soit en fin de cycle de vie des plantes et des animaux, soit après déjections par les animaux. La décomposition donne des ions ammonium (aussi appelé ammoniaque) qui se fixe dans le sol sous l'effet de bactéries. D'autres bactéries dites nitrifiantes transforme ces ions en nitrites et en nitrates. Ceux-ci sont absorbés par les plantes lors de leur croissance et la boucle est bouclée. Enfin pas tout à fait : une partie de ces nitrates sont absorbés par des bactéries dénitrifiantes qui libèrent du diazote qui rejoint l'atmosphère. Le diazote peut être fixé directement par certaines plantes mais c'est une exception.

L'abus d'engrais azotés conduit à l'eutrophisation des sols et de l'eau (excès de nutriments) et au développement de plantes et d'algues invasives (comme les algues vertes).

Assimilation de l'azote par les plantes

L'azote est indispensable au développement de la vie. Sans acides aminés et sans bases azotées, pas de nucléotides et pas de protéines. Les plantes sont autotrophes. La synthèse des acides aminés par les plantes passe par la production d'amides et d'amines. Or le diazote N₂ abondant dans l'air n'est utilisable directement que par les cellules de certaines plantes (les légumineuses). Dans ce cas, l'azote atmosphérique est absorbé et réduit (au sens chimique du terme du terme) par les rhizobia, des bactéries qui agissent en symbiose avec les légumineuses qui leur apportent l'énergie nécessaire sous forme d'ATP.

Nota : on dit d'un organisme qu'il est autotrophe lorsqu'il est capable de produire de la matière organique par réduction de matière inorganique et minérale.

Pour ce qui est des nitrates présents dans le sol, ils doivent tout d'abord être transformés en ions ammonium NH4⁺. Ces ions ammonium peuvent être absorbés directement par les plantes sous forme d'ammoniac mais ce n'est pas un procédé très efficace. En effet, seul l'ammoniac à proximité des racines peut contribuer au développement des plantes. Au-delà d'une certaine distance les ions ammonium se fixent sur les minéraux du sol.

La transformation des ions nitrates NO₃^- absorbés par les racines des plantes en ions ammonium (une réaction de réduction) se fait en deux étapes. Elle nécessite l'action de deux enzymes (ainsi que de l'énergie sous forme d'ATP). La première étape réduit les nitrates en nitrites :

Elle se fait en dehors du chloroplaste. La seconde réduit les nitrites en ammonium à l'intérieur du chloroplaste :

L'assimilation de l'ammonium par les cellules se fait lui aussi par étapes, tout d'abord dans les chloroplastes (ou dans le foie et les reins pour les animaux) où l'ammonium est fixé sous forme de glutamine, un acide aminé alpha-cétonique de formule (NH₂)C(=O)-(CH₂)₂-CH(NH₂)-COOH. La glutamine est ensuite transportée dans les tissus où elle permet notamment la catalyse de la pyrine et de la pyrimidine, les bases nucléiques constitutives de l'ADN.

Les animaux et parmi eux les humains dépendent entièrement de l'azote qui provient de leur alimentation. On dit qu'ils sont hétérotrophes.