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Ciclos BiogeoquíMicos

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  • como se transforma en férrico en ferroso?
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  • 1. Ciclos biogeoquímicos:Nitrógeno, azufre, fosforo, hierro y otros elementos
    Jessica Coello Paredes
  • 2. Ciclo del Nitrógeno
    • Cuya valencia estable oscila entre -3 en el amoniaco (NH3) y +5 en el nitrato (NO3-)
    • 3. Se encuentra en muchosestados de oxidación.
    • 4. Es componente de los aminoácidos, los ácidosnucleicos, los aminoazúcares y de suspolímeros.
  • Las plantas, los animales y la mayoría de los microorganismos necesitan formas de nitrógeno combinado para incorporar a su biomasa celular.
    Pero la capacidad de fijar nitrógeno se restringe a un numero limitado de bacterias, arqueas y de asociaciones simbióticas
    Todos los hábitat dependen de la fijación bacteriana de nitrógeno atmosférico o la intervención humana a través de la distribución de abonos nitrogenados sintetizados.
    Las plantas no podrían continuar su metabolismo fotosintético si no dispusieran de formas fijadas de nitrógenos que les proporcionan los organismos o los abonos sintéticos.
  • 5. Fig. Esquema general de los procesos que intervienen en el ciclo biogeoquímico del nitrógeno, que depende en gran medida de la actividades de los microorganismos.
    Las diversas transformaciones del nitrógeno permiten la circulación del nitrógeno de la atmosfera a través de los ambientes terrestres y acuáticos. Este movimiento del nitrógeno a través de la biosfera determina en gran medida la productividad ecológica de los ambientes terrestres y acuáticos.
  • 6. Fijación del nitrógeno molecular
    Es el proceso donde las bacterias y arqueas convierten el nitrógeno molecular en amonio.
    • La nitrogenasa es una enzima compleja de la cual depende la fijación del nitrógeno. El complejo de la enzima nitrogenasa tiene dos coproteínas, una que tiene hierro y molibdeno y otra que solo tiene hierro.
    • 7. La nitrogenasa es muy sensible al oxigeno, necesita una presión parcial muy baja de este elemento para poder desarrollar su actividad.
    • 8. EL amonio se asimila en forma de aminoácido, que se polimerizan formando proteínas.
  • Amonificación
    Microorganismos heterótrofos convierten el nitrógeno orgánico en amoniaco .
    • El amoniaco y otras formas de nitrógeno que se encuentran en la atmo-ecosfera están sometidas a transformaciones químicas y fotoquímicas y pueden ser arrastradas a la lito-ecosfera y a la hidro-ecosfera por la lluvia.
    • 9. Los iones de amonio pueden ser asimilados por numerosas plantas y por muchos microorganismos, que los incorporan a sus aminoacidos
    y a otros compuestos bioquimicos.
  • 10. Nitrificación
    Durante la nitrificación, el amoniaco y los iones de amonio se oxidan a iones nitrito y estos son trasformados a iones nitrato.
    El proceso de nitrificación, limitado en su mayor parte a un numero restringido de bacterias autótrofas.
    Los dos pasos de la nitrificación:
    El amonio se convierte en nitrito por bacterias nitrosomas.
    El nitrito se convierte en nitrato por las bacterias nitrobacter.
    Este nitrato es en la forma en que la mayor parte del nitrógeno pasa del suelo a las raíces.
  • 11. Reducción del nitrato y desnitrificación
    Esta reacción causa el retorno del nitrógeno molecular a la atmosfera.
    Los iones de nitrato se pueden incorporar a la materia orgánica por gran variedad de organismos mediante un proceso conocido como reducción asimilatoria de nitrato.
    Un grupo heterogéneo de microorganismos lleva acabo dicho proceso que utilizan los iones de nitrato aceptores finales de electrones durante la respiración anaeróbica.
    Este proceso se conoce como Respiración de nitrato o reducción desasimilatoria de nitratoEste proceso se lleva acabo en condiciones en estricta anaerobiosis o en presión parcial del oxigeno reducido.
    Durante este proceso el nitrato se transforma en diferentes productos reducidos, simultáneamente se produce la oxidación de la materia orgánica.
  • 12. Ciclo del Azufre
    • Es un elemento reactivo con valores estables de valencia que oscilan entre -2 y +6 , es uno de los 10 elementos mas abundantes en la corteza terrestre.
    • 13. En los organismos vivos, el azufre se encuentra principalmente formando grupos sulfhidrilo(-SH) en los aminoácidos y sus polímeros.
  • Las plantas, las algas y muchos organismos heterótrofos, asimilan el azufre en forma de sulfato. Para poder ser incorporado como radical sulfhidrilo (-SH), el sulfato debe reducirse a sulfuro mediante La reducción asimilatoria del sulfato.
    Su absorción directa como sulfuro no es posible para la mayoría de microorganismos, debido a la elevada toxicidad del ácido sulfhídrico (H2S).
    La descomposición de los compuestos orgánicos de azufre del suelo y de los sedimentos produce los mercaptanos y H2S . Este proceso se denomina Desulfuración y es análogo al proceso de amonificacion. (((Los mercaptanos volátiles y el H2S son la causa del mal olor de los huevos podridos))).
    En los ambientes marinos, uno de los principales productos de la descomposición de los compuestos orgánicos de azufre es el dimetilsulfuro (DMS).
    Cuando el DMS, el H2S y los mercaptanos se escapan hacia la atmosfera, experimentan reacciones de fotooxidación cuyo producto final es algún sulfato. El H2S también reacciona con el O2 atmosférico.
  • 14. Transformaciones oxidativas del azufre
    • En presencia de oxigeno, los compuestos reducidos de azufre pueden formar parte del metabolismo quimiolitotrofico microbiano.
    • 15. Las bacterias quimioautotrofasoxidadoras de azufre están distribuidas ampliamente, y son muy activas en suelos y en ambientes acuáticos.
    • 16. La oxidación del azufre produce grandes cantidades de un acido fuerte. En los suelos esto puede permitir la solubilización y la movilización del fosforo y otros nutrientes minerales, con un efecto generalmente beneficiosos para los microorganismos y para las plantas.
  • Transformaciones oxidativas del azufre
    • El sulfuro de hidrogeno también esta sujeto a la oxidación fototrófica en los ambientes anoxicos.
    • 17. Las bacterias fotosintéticas del azufre, las cromatiáceas, las ectotiorrodospiráceas y las clorobiáceas , pueden fotorreducir el CO2 a la vez que oxidan el H2S a Sº de manera análoga a la fotosíntesis eucariota.
    • 18. Todas ellas tienen capacidad de oxidar el azufre a sulfato, contribuyendo así a la deposición biológica de este elemento.
  • Transformaciones reductoras del azufre
    La reducción del sulfato produce sulfuro de hidrogeno, que se incorpora inmediatamente a los compuestos orgánicos .
    Muchos microorganismo y las plantas pueden utilizar los iones de sulfato como fuente del azufre que necesitan para sus proteínas y demás compuestos bioquímicos sulfurados.
    Los reductores desasimilatorios de sulfato son un grupo especializado, muchos organismos pueden llevar acabo la reducción asimilatoria de sulfato.
    La reducción del sulfato a menudo es inhibida por la presencia de iones oxigeno, nitrato o férricos. La tasa de reducción del sulfato a menudo esta limitada por el carbono. Si se añaden compuestos orgánicos a los sedimentos marinos puede producirse una aceleración de la reducción desasimilatoria de sulfato.
  • 19. Ciclo del Fósforo
    • La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, pero el papel que desempeña es vital.
    • 20. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular.
    • 21. Los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, se encuentra también en los huesos y los dientes de animales, incluyendo al ser humano.
    • 22. La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.
  • Durante la mayor parte del ciclo microbiano del fósforo no se altera el estado de oxidación del elemento.
    Diversos microorganismo han desarrollado sistemas especializados de absorcion de este nutriente esencial.
    En ambientes acuaticos, las concentraciones de fosfato muestran fluctuaciones estacionales que se asocian con floraciones de algas y cianobacterias.
    Plantas y microorganismos pueden absorber fácilmente formas solubles de fosfato inorgánicos y asimilarlos formando fosfatos orgánicos.
  • 23. Ciclo de Hierro
    • El ciclo del hierro consiste principalmente en reacciones de oxido-reducción, que reducen el hierro férrico (Fe3+) a ferroso (Fe2+) y oxidan este hierro ferroso a férrico.
    • 24. Estas reacciones son importantes tanto para los compuestos orgánicos que contienen hierro como para los compuestos inorgánicos de dicho elemento.
    • 25. Prácticamente todos los microorganismos con la excepción de determinados lactobacilos necesitan hierro, que es utilizado como cofactor por muchas enzimas metabólicas y proteínas reguladoras debido a su capacidad de existir en dos estados .
  • El hierro férrico se puede reducir en condiciones anóxicas a la forma ferrosa, mas solubles.
    Si hay suficientes H2S se forman precipitados de sulfuro de hierro. La inundación del suelo crea las condiciones anóxicas que favorecen la acumulación de hierro ferroso.
    En ambientes aeróbicos, la mayor parte del hierro esta en estado férrico.
    Diversas bacterias forman sideroforos, que unen al hierro facilitando así la absorción celular.
    Algunos quimiolitotrofos oxidan hierro para formar energía celular.
    Estas bacterias oxidadoras del hierro pueden generar grandes cantidades d este elemento.
  • 26. Ciclo del Manganeso
    • De manera semejante al hierro, los microorganismos también, lo reciclan de suestadoreducido a oxidado.
    • 27. El manganeso se encuentra en la ecosferatanto en su forma reducida o manganosa (Mn2+) como en su forma oxidada o mangánica (Mn4+)
    • 28. La estabilidad de estosionesdepende mucho del pH y del potencial redox .
    • 29. En presencia de oxigeno con un pH superior a 8, el ion manganoso se oxida a ion manganico tetravalente , este forma un dioxido (MnO2) insoluble en agua, que no se puedeasimilardirectamente a lasplantas.
    • 30. En algunos habitat marinos y de aguadulce, la precipitacion de manganeso forma nódulos.
    • 31. Estosnodulos se originan en los sedimentosanoxicos, cuando el manganesoentra en un ambienteaerobico, se oxida y se precipita, en parte poraccion de lasbacterias, formandonódulos
  • Ciclo del Calcio
    • El calcio es un soluto importante en el ambiente citoplasmático y es necesario para la actividad de numerosas enzimas.
    • 32. Su disolución en forma de carbonato cálcico (CaCO3) y en bicarbonato tienen gran importancia.
    • 33. El equilibrio entre HCO3- y el CO3-2 están influenciados con el CO2 que al disolverse en agua forma acido carbónico (H3CO3). Un acido débil, un aumento de concentración de iones a hidrogeno favorece la disolución del carbonato, mientras que la disminución de dicha concentración favorece su precipitación.
    • 34. La precipitación del carbonato de calcio contribuyen a la formación de arrecifes de coral e islas en aguas tropicales.
  • Ciclo del Silicio
    • Se encuentra principalmente en forma de dioxido de silicio (SiO2) o de silicatos que son sales de ácidos silícico.
    • 35. Los hongos, las cianobacterias y los líquenes que viven sobre rocas silíceas o en el interior de las mismas en el ambiente inhóspito disuelven activamente la silicio mediante la excreción de ácidos carboxílicos.
    • 36. Este ácido contribuye a los procesos de meteorización de las rocas y formación del suelo.
    • 37. Las diatomeas que acumulan dióxido de silicio en sus frústulasforman los depósitos conocidos como tierra de diatomeas.

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