Ciclos biogeoquimicos

CICLOS BIOGEOQUIMICOS

1.-Qué son los ciclos biogeoquímicos?

Son aquellos movimientos y conversiones de aquellos elementos que son nutrientes esenciales dentro de los ecosistemas como reservorio, dentro de los cuales están el carbono, hidrogeno y oxigeno destacando un papel importante en la nutrición. Estos ciclos se llevan a cabo por medio de la actividad bioquímica en la atmosfera, hidrosfera y litosfera principalmente de los microorganismos.

2.-Qué es un elemento biogénico?

Son aquellos nutrientes minerales que son absorbidos generalmente en forma de sales minerales por los organismos autótrofos y heterótrofos prototróficos. Dichos nutrientes se encuentran en la ecosfera reciclándose mediante procesos de óxido reducción, mineralización y sedimentación. Dentro de estos se encuentran el nitrógeno, azufre, fósforo, calcio y silicio reciclándose en ciclos minerales.

3.- Tipos de transformaciones que comprenden los ciclos biogeoquímicos (físicas, químicas y biológicas)

Los ciclos biogeoquímicos comprenden tanto transformaciones químicas y físicas como combinaciones diversas de cambios físicos y químicos que pueden causar translocaciones de materiales. Dentro de las transformaciones físicas encontramos la disolución, precipitación, volatización y fijación, mientras que en las químicas están la biosíntesis, biodegradación y biotransformaciones oxidorreductasas.

4.- Principales transformaciones que ocurren en el ciclo del carbono[pic 1]

La mayor gama de transformaciones se llevan a cabo en condiciones aeróbicas, dentro de ellas están la biodegradación de hidrocarburos y lignina, fotosíntesis y respiración aerobia; mientras que en ambientes anóxicos se llevan a cabo procesos como la metalogénesis, acetogénesis, respiración anaerobia y fermentación, pero la única vía importante de producción de carbono orgánico procede de la fotosíntesis por quimiolitótrofos.

5.- Importancia de las condiciones aerobias y anaerobias en el ciclo del carbono.

Dichas condiciones son importantes ya que en la mayoría de los hábitats la degradación y reciclado de materia orgánica se llevan a cabo por la actividad microbiana que está sujeta a diferentes condiciones. En condiciones aerobias MO  como algas, cianobacterias, quimiolitotrofas y fotoatótrofos degradan los nutrientes orgánicos sencillos y algunos biopolímeros, asi como tambien la conversión de CO2 a O2 y  en condiciones anaerobias MO como las bacterias fermentativas rojas y verdes llevan a cabo procesos como la fermentación asi como las bacterias metanogenas producen metano.

6.- Importancia de la metalogénesis y metanótrofos en el ciclo del carbono. Reacciones bioquímicas distintivas y condiciones ambientales que propician dichos procesos/microorganismos.

Tanto la metalogénesis como la metanotrofia es importante para mantener un balance en el reciclado de carbono en hábitats anóxicos, ya que un cambio significativo en las concentraciones de las formas gaseosas del carbono puede tener consecuencias globales.

Las principales reacciones distintivas son:

[pic 2][pic 3]

Por otro lado, las condiciones distintivas son:

* Metalogénesis: Las bacterias metanogénicas abundan en ambientes donde limitan aceptadores de electrones tales como O2, NO3-, Fe3+ y SO42-. Digestores anaerobios, sedimentos anóxicos, suelos de humedales y tractos gastrointestinales. Las condiciones anóxicas en hábitat microbianos son predominantemente causadas por el rápido consumo de oxígeno por microorganismos aeróbicos y anaeróbicos facultativos en la superficie del hábitat. Se produce metalogénesis en: medios psicrófilos, mesófilos, termóficos y ecosistemas hipersalinos.

*Metanotrofia: Puesto que se requiere oxígeno para este proceso todos los metanótrofos (convencionales) son aerobios obligados. La reducción de energía se produce en la forma de quinonas y NADH durante la oxidación, lo que origina la fuerza motiva del protón y, por lo tanto, la generación de ATP. Los metilotrofos y metanótrofos no se consideran autótrofos porque suelen incorporar algunos de los metanos oxidados (u otros metabolitos) como carbono celular antes de su oxidación completa a CO2.

7.- Principales transformaciones ocurriendo el ciclo del nitrógeno

[pic 4]

Las principales transformaciones que se llevan a cabo son:

• Nitrificación por Nitrosomonas y Nitrobacter
• Desnitrificación por Bacillus, Paracoccus y Pseudomonas
• Fijación de Nitrógeno por Azotobacter, Cianobacterias en condición aerobia, Clostridium, y bacterias foto tróficas rojas y verdes en anaerobia y Rhizobium, Bradyrhizobium y frankia en simbiosis.
• Amonificación por diversos MO
• Anamox por Quimiolitoautótrofas

8.- Importancia de las condiciones aerobias y anaerobias en el ciclo del nitrógeno y procesos metabólicos que propician

Ya que algunos procesos del ciclo del nitrógeno están sujetos a represión ya que algunos productos inhiben la ejecución de unos procesos como en el caso de  los iones de amonio que inhiben la fijación de N atmosférico y la actividad asimilatoria de la nitrato reductasa de la actividad asimilatoria, o bien ciertas condiciones como de los suelos favorece o desfavorece otros como en el caso de la nitrificación la cual se propicia en suelos neutros y bien drenados mientras que es inhibida por suelos anóxicos o muy ácidos, existe una separación en el espacio de los procesos del ciclo.

La fijación de nitrógeno se da tanto en condiciones aerobias como anaerobias, mientras que la nitrificación solo es posible en ambientes óxicos entre algunos MO como eubacterias y arquebacterias y entre heterótrofos y autótrofos y la Desnitrificación predomina en suelos encharcados y sedimentos anóxicos acuáticos. Por otro lado, La reducción biológica de nitrógeno molecular es llevada a cabo únicamente por microorganismos procariotas. 

9.- Principales transformaciones del ciclo del azufre

Las principales transformaciones del azufre son:[pic 5]

• Oxidación de sulfuro/azufre por quimiolitótrofos del azufre (Thiobacillus, Beggiatoa) en condiciones aerobias y bacterias fotótrofas verdes y purpuras y algunos quimiolitótrofos en anaerobias.
• Reducción de sulfato en condición anaerobia por Desulfovibrio, Desulfobacter.
• Reducción de azufre en condición anaerobia por Desulfomonas, muchas arqueas hipertermófilas.
• Dismutación del azufre por Desulfovibrio entre otros.
• Oxidación o reducción de compuestos orgánicos azufrados por varios MO.
• Desulfuración por varios MO

10.- Tipos de microorganismos y factores ambientales que modulan el crecimiento de bacterias del azufre

Las bacterias reductoras de SO4= son los principales responsables de la generación de H2S bajo condiciones anaerobias. En algunas zonas costeras, donde se acumulan grandes cantidades de materia orgánica, se produce una reducción intensa del sulfato a sulfuro de hidrógeno. Cabe señalar que animales aeróbicos asociados a las fumarolas o respiraderos termales (“thermal vents”), como el gusano plumulado Riftia pachyptila, el cangrejo Bythograea thermydron, y la almeja Calyptogena magnifica exhiben diferentes mecanismos para poder crecer en un ambiente rico en sulfuro de hidrógeno.

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