¿Podrían existir organismos que respiran nitrógeno?

No, no en analogía a que respiramos oxígeno.

Todo el esquema del metabolismo energético consiste en tomar electrones de moléculas que están energéticamente dispuestas a renunciar a ellos, usar esa energía almacenada para hacer una química útil y luego descargar los electrones en las moléculas que los desean enérgicamente. Llamamos a estos receptores de electrones receptores de electrones terminales. Los productos de esa reacción son compuestos muy estables, altamente oxidados.

La única excepción a este esquema es la fotosíntesis, que utiliza la energía de la luz para descomponer compuestos de baja energía (agua y dióxido de carbono) y liberar electrones, que luego se utilizan para construir moléculas altamente reducidas. Esas moléculas pueden entonces entrar en la lógica descrita en el párrafo anterior.

Puede estimar el grado de reducción de una molécula orgánica mirándola: cuente el número de enlaces a un átomo de carbono y a qué están unidos. Aproximadamente el orden H> C> N> = C> O> = O. Para el nitrógeno, se aplican reglas más o menos similares.

El oxígeno es un elemento muy hambriento de electrones, por lo que el O2 es un gran receptor de electrones. El agua es una molécula muy estable, como lo es el CO2. O2 mucho menos; así es como funciona el fuego.

N2 es una molécula muy estable; Por eso es tan abundante en la atmósfera. El producto de la fijación de nitrógeno es amoníaco, NH3, un nitrógeno altamente reducido. De hecho, la ecuación para formar amoníaco a partir de nitrógeno deja en claro que este proceso consume energía.

N2 + 8 H + + 8 e− → 2 NH3 + H2. Fijación de nitrógeno – Wikipedia

La fijación de nitrógeno es crítica para la vida ya que los bits que contienen nitrógeno son clave para proteínas, ácidos nucleicos, cofactores y demás. Sin fijación biológica, las moléculas de nitrógeno reducido solo se generarían a niveles bajos por los rayos. Por lo tanto, describir el amoníaco como un producto de desecho es absurdo; ¡Todo el punto de fijación de nitrógeno está generando amoníaco!

¡Ellas hacen! Algunos microbios respiran nitrógeno. En una forma, el nitrato, se usa para generar energía, al igual que las células usan oxígeno para quemar los compuestos que contienen carbono. Este no es solo un truco evolutivo marginal: la fijación microbiana de nitrógeno es un tipo antiguo de respiración que ha sobrevivido al aumento del oxígeno respirable durante la historia temprana de la Tierra. Este proceso de respiración genera menos energía que la respiración aeróbica. Su origen se menciona brevemente en este artículo de Scientific American (David Biello, 2006). El antepasado de los animales respira nitrógeno y espero que otros contribuyentes de Quora puedan indicarle más fuentes.

Si tenemos una visión más amplia de su pregunta, algunas bacterias también “respiran” el N2 atmosférico como parte de su metabolismo. Esta actividad no genera energía, por lo que no es técnicamente “respiración”, pero es esencial para nuestros sistemas alimentarios. Las bacterias que poseen la enzima nitrogenasa pueden convertir el nitrógeno gaseoso en amoníaco, una forma de nitrógeno que las células convierten para formar aminoácidos. La bacteria Rhizobium es un fijador de nitrógeno que forma una relación simbiótica con las plantas leguminosas. Un compañero de Quora ofreció una buena explicación del resto del ciclo en la respuesta de Mannoj Srivastava a ¿Pueden las plantas leguminosas absorber amoníaco?

(Corregido en respuesta al comentario de Keith a continuación, ¡gracias, Keith!).

Un organismo capaz de metabolizarlo como fuente de energía, probablemente no. El gas nitrógeno es increíblemente estable químicamente.

Sin embargo, el conjunto de organismos que lo inhala con cada inhalación y exhala con cada exhalación cubre todos los organismos que respiran en nuestro planeta.

Imagen cortesía de Makeup Of Air We Breathe – Food Ideas

Existen organismos que metabolizan azufre en lugar de oxígeno en algunos de los océanos muy profundos. Por lo tanto, pueden existir organismos que utilizan nitrógeno. Pero no soy biólogo, así que no estoy al tanto de eso. Sin embargo, el Departamento de Oceanografía de la Universidad de Southampton, Reino Unido, es el departamento líder en el Reino Unido en organismos metabolizadores de azufre en aguas profundas. Pueden tener una idea de si existen organismos metabolizadores del nitrógeno.