Номер 3, страница 89 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Используя знания по биологии, охарактеризуйте биологическую роль азота. Нарисуйте схему круговорота азота в природе.

Биологическая роль азота

Азот (N) — один из важнейших биогенных элементов, без которого невозможно существование живых организмов. Хотя в атмосфере содержится около 78% азота в виде инертного газа $N_2$, в такой форме он недоступен для большинства живых существ (кроме азотфиксирующих бактерий). Биологическая роль азота заключается в том, что он является незаменимым структурным компонентом важнейших органических соединений:

• Белки и аминокислоты: азот входит в состав аминогрупп ($-NH_2$) всех аминокислот, которые являются мономерами белков. Белки выполняют в организме строительную, каталитическую (ферменты), транспортную, защитную и многие другие функции.
• Нуклеиновые кислоты: азот является ключевым компонентом азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил), которые входят в состав нуклеотидов — строительных блоков ДНК и РНК. Эти молекулы отвечают за хранение, передачу и реализацию наследственной информации.
• АТФ (аденозинтрифосфорная кислота): эта молекула, являющаяся универсальным источником энергии в клетке, содержит в своем составе азотистое основание аденин.
• Некоторые витамины и гормоны: азот входит в состав многих витаминов (например, группы B) и некоторых гормонов (например, тироксина, адреналина), которые регулируют обмен веществ и физиологические функции.
• Хлорофилл: у растений и цианобактерий азот является частью порфиринового кольца молекулы хлорофилла, пигмента, необходимого для фотосинтеза.

Таким образом, азот необходим для синтеза фундаментальных для жизни молекул, обеспечивая рост, развитие и метаболизм всех организмов.

Ответ: Азот является ключевым элементом в составе белков, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), АТФ, многих витаминов, гормонов и хлорофилла, выполняя таким образом важнейшую структурную и метаболическую роль во всех живых организмах.

Схема круговорота азота в природе

Круговорот азота — это циклический процесс превращения соединений азота в биосфере. Он включает в себя несколько ключевых этапов, обеспечиваемых в основном микроорганизмами.

Общая схема процесса:

1. Азотфиксация: Это процесс превращения атмосферного молекулярного азота ($N_2$), недоступного для большинства организмов, в усвояемые соединения, такие как аммиак ($NH_3$) и ионы аммония ($NH_4^+$).
   • Биологическая фиксация: осуществляется азотфиксирующими бактериями (например, клубеньковыми бактериями рода Rhizobium на корнях бобовых растений, свободноживущими бактериями Azotobacter, цианобактериями).
   • Атмосферная фиксация: происходит во время гроз, когда энергия молний заставляет азот реагировать с кислородом, образуя оксиды азота, которые с водой попадают в почву в виде азотной и азотистой кислот.
   • Промышленная фиксация: производство азотных удобрений (например, аммиака) человеком.
2. Нитрификация: Процесс окисления аммиака и ионов аммония до нитритов ($NO_2^−$), а затем до нитратов ($NO_3^−$). Этот процесс в две стадии осуществляется нитрифицирующими бактериями в аэробных условиях. Нитраты являются основной формой азота, усваиваемой растениями.
   $NH_4^+ \rightarrow NO_2^- \rightarrow NO_3^-$
3. Ассимиляция: Растения поглощают из почвы ионы аммония ($NH_4^+$) и нитраты ($NO_3^−$) и используют их для синтеза собственных органических молекул (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот). Животные получают азот, поедая растения или других животных.
4. Аммонификация (минерализация): После гибели организмов или в процессе выделения ими продуктов жизнедеятельности (мочевины) деструкторы (бактерии и грибы) разлагают органические азотсодержащие соединения до неорганических — аммиака ($NH_3$) и ионов аммония ($NH_4^+$), которые вновь могут быть использованы растениями или подвергнуться нитрификации.
5. Денитрификация: Процесс восстановления нитратов до молекулярного азота ($N_2$), который возвращается в атмосферу. Осуществляется денитрифицирующими бактериями в анаэробных условиях (например, в заболоченных почвах). Этот процесс замыкает круговорот.
   $NO_3^- \rightarrow N_2O \rightarrow N_2$

Упрощенная схема круговорота:

Атмосферный азот ($N_2$) → (Азотфиксация) → Аммоний ($NH_4^+$) в почве → (Нитрификация) → Нитраты ($NO_3^−$) в почве → (Ассимиляция растениями) → Органический азот в растениях → (Потребление) → Органический азот в животных → (Аммонификация при разложении) → Аммоний ($NH_4^+$) в почве.
Параллельно: Нитраты ($NO_3^−$) в почве → (Денитрификация) → Атмосферный азот ($N_2$).

Ответ: Круговорот азота представляет собой совокупность процессов (азотфиксация, нитрификация, ассимиляция, аммонификация и денитрификация), в ходе которых азот переходит из атмосферы в почву и живые организмы, а затем возвращается обратно в атмосферу, обеспечивая непрерывное снабжение экосистем этим жизненно важным элементом.