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元古宙_铂

木虫 (小有名气)

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[交流] 为什么一般生物反硝化不像其他化学反应把硝酸根还原到氨？已有11人参与

就想到这么个问题：
一般的生物反硝化都是把硝酸根还原到氮气，可是其他化学反应，比如电化学或者零价铁的还原等都会把硝酸根还原到氨。其实两种反应本质上都是氧化还原反应，都是电子的转移，为什么生物的反应就会稍微显得比较温和呢？或者为什么微生物不能还原到氨，一般化学反应不能停留到氮气。。。

微生物同化作用利用硝酸根合成自身氨基酸的时候貌似也可以还原到氨再被利用，但毕竟同化作用是那种加[H]的过程，呼吸作用是在传递电子。也用一种DNRA（异化还原到氨）的反硝化途径。是酶的性质么？

另外一些厌氧微生物可以把硫酸盐还原到硫化氢。是N和S元素性质的关系么？

本人化学基础不好，或者是跟活化能之类的有关系？

我承认我实在有点闲- -||总感觉这个问题可以想明白，可不知道是哪个地方总是接不上来。。。还请过路大神拔刀相助，以解某心头之乱

[ Last edited by 元古宙_铂 on 2014-1-6 at 22:10 ]

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1楼2014-01-04 16:34:48

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zlmm3890

铁杆木虫 (正式写手)

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nickxiaotong: 金币+3, EEPI+1, 回答的很全面，奖励EEPI一枚，欢迎多来交流 2014-01-06 10:44:30

这是个好问题。
对于这个问题我有以下几个看法。

1. 反硝化和反氨化的发现和名称
最开始发现的是硝化反应，氨氮在有氧的环境下，被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。
然后发现的是硝酸盐的还原过程，有机物或者Fe S2-等还原物质提供电子，将硝酸盐转化为氮气。这时候人们把这个命名为反硝化。
后来，发现硝酸盐可以被还原成氨氮，这个和硝化反应正好是逆反应，叫“反硝化”更合适。但是原有反硝化先前被用了，所以叫做反氨化了。DNRA
现在还发现了其他的氮素代谢途径，一个是厌氧氨氧化，氨氮和亚硝酸盐的反应生成氮气；另一个是厌氧甲烷氧化，甲烷和硝态氮反应。

2.微生物代谢的多样性
微生物把硝态氮转化成氮气还是氨氮，是由其酶的种类和活性决定的。有两种可能，一种微生物同时具有反硝化和反氨化过程的关键的酶，但是特定的条件下，只表达出一个生化过程的酶。这个就像人类的有氧呼吸和无氧呼吸。还有一种可能是，实现这两个反应的微生物不同，一种微生物就专一的利用一种代谢过程，或者还原到氨，或者还原到氮气。就像目前没有发现任何一种细菌，可以直接把氨氮氧化成亚硝酸盐并进一步氧化成硝酸盐。

3.如果按照上面的理论，反硝化菌的丰度高可能存在两个原因：第一两种微生物在争夺硝态氮的过程中，反硝化菌更占优势，生长更快，适应能力更强。第二是反氨化也能发生，只是我们未观察到其占主导的环境，或者为给其提供合适的条件。

4.代谢过程的形成和机理
至于生化反应中的酶是怎么在进化过程中形成的，为什么会专一性的利用一种或某几种物质。这个就是涉及到了生命科学的范畴了。在这个领域有很多问题还是没有解答的，也有很多发现让我们很意外，比如嗜热菌等。大家所持的观点也不一致。而且这个也超出了环境工程领域的研究人员的研究范畴。