Nitrification

From Wikipedia, the free encyclopedia

질산화작용 (질화작용)

- 지료출처 : 위키피디아 -

Nitrification is the biological oxidation of ammonia with oxygen into nitrite followed by the oxidation of these nitrites into nitrates. Degradation of ammonia to nitrite is usually the rate limiting step of nitrification. Nitrification is an important step in the nitrogen cycle in soil. This process was discovered by the Russian microbiologist, Sergei Winogradsky.

질산화작용은 암모니아가 산소와 작용하여 아질산으로 변환된 후 다시 이 아질산염이 산화되어  질산염으로 생물학적으로 산화되는 과정을 말한다. 모든 경우에서 암모니아가 아질산으로 변화되는 과정이 전체 질산화작용에서의 속도결정 단계다.(아질산염에서 질산염으로의 변환은 상대적으로 빠르다.) 이런 질산화작용은 토양에서의 질소 사이클에있어서 중요한 과정이며 러시아 생물학자인 Sergei Winogradsky에의하여 최초로 발견되었다.

The oxidation of ammonia into nitrite is performed by two groups of organisms, ammonia oxidizing bacteria and ammonia oxidizing archaea[1]. Ammonia oxidizing bacteria can be found among the β- and γ-proteobacteria [2]. In soils the most studied ammonia oxidizing bacteria belong to the genera Nitrosomonas and Nitrosococcus. Although in soils ammonia oxidation occurs by both bacteria and archaea, archaeal ammonia oxidizers dominate in both soils and marine environments[3][4], suggesting that Crenarchaeota may be greater contributors to ammonia oxidation in these environments. The second step (oxidation of nitrite into nitrate) is (mainly) done by bacteria of the genus Nitrobacter. Both steps are producing energy to be coupled to ATP synthesis. Nitrifying organisms are chemoautotrophs, and use carbon dioxide as their carbon source for growth.

암모니아가 아질산으로의 산화되는 것은 암모니아 산화 박테리아와 암모니아 산화 archaea(아래 용어 참조)의 두 그룹의 생물체에 의해서 수행되며 암모니아 산화 박테리아는 β- 와 γ-프로테오박테리아 중에서 발견된다. 토양중에 있는 암모니아 산화 박테리아 중 가장 많이 연구된 것은 니트로소모나스와 니트로소코커스 종에 속한다. 비록 토양에서 암모니아로의 산화는 박테리아와 알케아 두 종에 의해서 일어나지만 알케알 암모니아 산화종들이 토양이나 바다환경에서 더 훨씬 더 많이 존재한다. 이는 Crenarchaeeota가 이런 토양 및 바다 환경에서의 암모이나 산화작용에 있어 더 주된 수행자일 것이라는 것을 말해준다. 두번째 단계 (아질산 염이 질산염으로 산화되는)는 (주로) 니트로박터 종의 박테리아에 의해서 수행된다.  이 두 과정들은 ATP합성과 연관된 에너지를 생성시킨다. 질산화 작용에 참여하는 생물체들은 chemoautrophs이며 그들의 성장에 필요한 탄소 공급원으로 이산화탄소를 사용한다.

Nitrification also plays an important role in the removal of nitrogen from municipal wastewater. The conventional removal is nitrification, followed by denitrification. The cost of this process resides mainly in aeration (bringing oxygen in the reactor) and the addition of an external carbon source (e.g. methanol) for the denitrification.

이러한 생물들의 질산화작용은 또한 도시에서 나오는 하수로 부터 질소를 제거하는 중요한 역할을 한다. 일반적인 제거는 질산화 작용과 이에 따른 탈질산화작용(denitrification : 질산염을 질소로 변환시켜 대기로 되돌리는)이다. 이 과정(탈질산화)에 사용되는 비용은 주로 에어레이션 (반응기에 산소를 넣는 것)과 외부적인 탄소 공급원을 첨가하는 데에 존재한다.

In most environments both organisms are found together, yielding nitrate as the final product. It is possible however to design systems in which selectively nitrite is formed (the Sharon process).

대부분의 환경에서 이 두개의 생물체들은 동시에 발견되며 질산염을 최종 화합물로서 생산한다.  하지만 아질산염만이 선택적으로 생성될 수 있도록 환경을 디자인 하는 것도 가능하다.

Together with ammonification, nitrification forms a mineralization process which refers to the complete decomposition of organic material, with the release of available nitrogen compounds. This replenishes the nitrogen cycle.

암모니아작용과 함께 질산화작용은 미네랄화 과정을 생성하는 데 이것은 질소 화합물들의 완전한 분해를 의미한다. 이것은 질소 사이클을 다시 보충시킨다.

[Chemistry]
Nitrification is a process of nitrogen compound oxidation (effectively, loss of electrons from the nitrogen atom to the oxygen atoms) :

NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+
NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-
NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e−

[화학반응식]

질산화작용은 질소 화합물의 산화 과정이다. (효과적으로 질소원자로 부터 전자가 떨어져 산소로 전해진다)

=== 용어설명 === 

archaea

생물계에 존재하는 세포에는 두 가지 형태가 있다.
핵막이 없어 핵 부분이 명확히 구분되지 않고 내부 구조가 간단한 원핵 세포(prokaryotic cell)와
핵막이 존재하고 내부 구조가 복잡한 진핵 세포(eukaryotic cell)가 그것이다.
보통 박테리아(bacteria)가 prokaryotic cell에 속하고, 그 외는 eukaryotic cell로 이루어져 있다.
그러나 이 중간 형태가 존재하는데 이를 archaea(또는 archaebacteria)라고 한다.

=== 역자 설명 ===