Ciclo del nitrgeno

Ciclos biogeoqumicosTania Paola Saldarriaga LondooJohann Mauricio Patio ArenasDarwin Blandn MosqueraDavid Esteban Ayala MosqueraAndrs Daro Betancourth Uribe

11Qu son los ciclos biogeoqumicos?Los ciclos biogeoqumicos describen el movimiento y la conversin de materiales por actividades bioqumicas mediante los cuales los elementos circulan por vas caractersticas entre la parte bitica y abitica de la ecosfera.

2Nutrientes3Oxgeno, hidrgeno, nitrgeno, fsforo, azufre, calcio, magnesio y potasio.

Posibilitan la migracin, la circulacin y el reciclado de bioelementos desde el medio fsico al cuerpo de los organismos y nuevamente al medio.

Hierro, cobre, zinc, cloro y yodo.34

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67TIPOS DE CICLOS BIOGEOQUIMICOS Las trasformaciones implican varios procesos

88LOS M.O EN LO CICLOS BIOGEOQUIMICOS9Funciones generales de los M.O en los ecosistemasTransformacin de nutrientes:

Descomponen Modifican (biorremediacin)Son fuente de energa y de nutrientes para otros organismos quimiohetertrofosModifican el estado de algunos compuestosInteracciones con otros organismos:

Producen compuestos inhibidores o promotores del crecimientoCompiten por nutrientes

10Servicios eco sistmicos que proveen los microrganismo

11Ciclo del aguaSecuencia de fenmenos en la superficie terrestre12

13ALTERACIN DEL CICLOLa variabilidad atmosfrica abarca fenmenos que duran:Minutos (torbellinos de vientos) Horas (tornados, tormentas elctricas) Dias (ciclones)Meses y aos (fenmeno del nio)14MICORRIZAS El termino micorriza fue acuado por el botnico alemn Albert Bernard Frank en 1885.Precede del griego mykos (hongo) y del latn rhiza (raz).Asociacin simbitica o mutualista entre el micelio de un hongo y las races de una planta terrestre.

15La historia de las micorrizas se remonta a unos 400 millones de aos, especialmente al periodo Devnico.

16Hongos Plantas Zigomicetos Arbreas Ascomicetos Herbceas pereneesBasidiomicetos Anulares (trigo) Deuteromicetos 17ENDOMICORRIZAS Intervienen hongos Zigomicetos, del orden Glomales. Aparecen en plantas con inters agrcola como el maz, el trigo, legumbres, verduras. Forman estructuras vesiculo-arbusculares.Vesculas como rganos de reserva al interior de la celula. 18Los micelios del hongo penetran la capa cortical de la raz, se alojan en el interior de sus clulas y en parte son digeridos por la planta hospedante.

19ECTOMICORRIZAS Las hifas del micelio no penetran en las clulas de la planta.El hongo presenta un micelio septado hasta formar la micorriza.Principalmente Basidiomicetos Poca especificidad del hongo con el husped.20Aparecen en pinos, robles, nogales, sauces, entre otros

21ECTENDOMICORRIZASSe da en un pequeo grupo de plantas arbreas leosas como las conferas y cupulferas.

22MECANISMOS Y PROCESOS DE COLONIZACIN Primera etapa: este reconocimiento lo facilitan sustancias exudadas o emitidas por la raz.Segunda etapa: acercamiento y acoplamiento progresivo y gradual del micelio y la raicillaTercera etapa: integracin fisiolgica de ambos simbiontes23ALTERACIONES Cambios en la estructura de los tejidos radicalesEl numero de cloroplastosBalances hormonalesLa relacin tallo-raz 24FUNCIONES PRINCIPALES Facilitar adquisicin y absorcin de agua, fosforo y nitrgenoProteccin al ataque de parsitos, hongos patgenos y nematodosAumento del rea de exploracin de la razLimitacin de la absorcin de metales pesados 25Ciclo del Carbono

Reservorios:

Sedimentos

Rocas Carbonatadas

Humus del sueloCombustibles fsiles

Biomasa

Gaseoso

26Ci b t i RespiracinFermentacinFotosntesisoxignica:Cianobacterias(CH2O)nCompuestosRespiracinorgnicosaerobia:MicroorganismosMicroalgasPlantas verdesPlantasAnimalesFotosntesisanoxignica aerobia?QuimiosntesisMetanotrofaXICOCH4MetanoCO2ANXICOMetanognesisFotosntesisanoxignicaProcariotasRespiracinanaerobiaFermentacinSedimentacinDeposicinQuimiosntesis(CH2O)nCompuestosorgnicosCICLO DELCARBONO27FOTOSNTESISOXIGNICAM.O. + O2CO2 + H2OCO2 + H2O M.O. + O2RESPIRACINAEROBIASH2,,S0 , S2Os_Fe2+H2Comp. Org. reducidosAsIII2-SOS2_4S0FOTOSNTESISANOXIGNICAS2-2-S , SO0 4NO3-NO2-; N2O; N2AsVFe3+H2OComp. Org. oxidadosRESPIRACINANAEROBIA-NO3NO2-; NH3Fe3+Fe2+SH2S02NH3CH4H2Fe2+CO2CH4QUIMIOSNTESISCO2CH3-COO-COSO42-, S0NO2-; NO3-N2CO2H2OFe3+CO2M.O. (alta energa) M.O. (baja energa)FERMENTACINM.O.CO2 +COM.O.+M.O.+CO2 +PRODUCTORES=AUTTROFOSCONSUMIDORES=HETERTROFOS28

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33Sistemas acuticos

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37Fuentes de metanoVertederosGanadera intensivaContaminacin de aguasProspeccin de petrleoCultivos de arroz

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41Proceso de autodepuracin

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Esquema de una planta de tratamiento

Vista area de una EDAR

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eutrofizacin4546

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49Como molcula, en forma de O2, su presencia en la atmsfera se debe a la actividad fotosinttica de primitivos organismos. Al principio debi ser una sustancia txica para la vida, por su gran poder oxidante.

Pero el metabolismo celular se adapt a usar la molcula de oxgeno como agente oxidante de los alimentos abriendo as una nueva va de obtencin de energa mucho ms eficiente que laanaerbica.

Lareservafundamental de oxgeno utilizable por los seres vivos est en la atmsfera. Su ciclo est estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosntesis), supone tambin devolucin del oxgeno a la atmsfera, mientras que el proceso de respiracin ocasiona el efecto contrario.Ciclo del Oxgeno (Generalidades)50

Fotosntesis

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Phytoplankton

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Capacities and fluxes53Ciclo del nitrgenoPrincipal componente atmosfrico54caractersticas

55organismos asimilan diferentes formas del nitrgenoCiclo biolgico del nitrgeno

56Proceso dado en 6 etapasCiclo redox

571. fijacinReduccin del nitrgeno atmosfrico, para posterior incorporacin58N. reductasa (Fe) dmero 60 kDa

Nitrogenasa (Fe-Mo-Co) tetramero 2 2,240 kDa.

Complejo nitrogenasa

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60Bajo capas de moco en races.Dentro de ndulos (Tampn leghemoglobina)

61Consumo rpido

Capas Mucosas

62CompartimelizacinMecanismo switching-off con protena Fe-S (Shetna). Proteccin conformacional

63Conocidas como DiaztrofosBacterias fijadoras

64Azotobacter vinelandiiGram (-)Vida librePleomrficasFlagelos peritrcosAerobios

10 mg de N2 por gramo de carbohidratoCatalasa (+)Rango pH activo 7.0-7.565Polmeros biodegradablesAlginatoIndustria: espesante, gelificante y estabilizante.Microbio: enquistamiento, adhesin y barrera.Polihidroxibutirato (PHB)Industria: plstico biodegradable.Microbio: reserva de carbono, proteccin.

66rizobioBacterias desarrolladas en tallo y racesplantamicrobioFuente de carbono y ambiente favorableNutrientes nitrogenados

A. Indeterminados B. Determinados Existe simbiosis leguminosa, actinorriza y acutica67Mecanismo de nodulacin

68leguminosaGeneroCaractersticasEspeciesMacrosimbionteAllorhizobiumGram (-), crecimiento lento. Gen simbitico en cromosoma.A. undicolaPlanta acutica,Neptunia natans.AzorhizobiumGram (-). Flagelos peritricales, colonias circulares, translcidas, gomosas color cremoso. Crecimiento rpido. Microaerbicas, y de vida libre. Gen simbitico en cromosoma. A. caulinodansHierba leguminosa Sesbania rostrataBradyrhizobiumGram (-). Flagelo polar o subpolar. Crecimiento lento. Colonia circular y blanca. Gen simbitico en cromosoma.B. japonicumB. elkaniiB. liaoningenseSoya, Glycine max.69MesorhizobiumPleomrficas, flagelos peritricales o un flagelo polar, colonias circulares, convexas, semitranslcidas y mucilaginosas. Crecimiento medio. Plsmido simbiticoM. lotiM. amorphaeM. ciceriM. huakuiiM. mediterraneumM. plurifariumM. tianshanensePlantas leguminosas de regiones templadas y subtropicales.RhizobiumSe mueven por medio de 1-6 flagelos peritricales. Colonias de color beige, circulares, convexas, opacas y mucilaginosas. Requieren biotina, cido nicotnico y tiamina como F.C. Crecimiento rpido. Presentan plsmidos simbiticos.R. leguminosarumR. etliR. galegaeR. gallicumR. giardiniiR. hainanenseR. huautlenseR. mongolenseR. TropiciNodulan diferentes especies de leguminosas en zonas templadas o tropicales.SinorhizobiumCrecimiento extra-rpido. Megaplsmidos simbiticos. S. meliloti, S. arboris, S. fredii, S. kostiense, S. saheli, S. terangaeS. xinjiangenseAmplio espectro de huspedes. Leucaena leucocephala.70actinorrcicasPlantas no leguminosas perenes dicotiledneas infectadas con Frankia.

Frankia: Gram (+), hetertrofas microarfilas y aerobias. Poseen esporangios

Casuarina. Alnus accuminata71

72NostocBacterias presentes en helechos marinos.200 millones de toneladas anuales.

732. nitrificacinOxidacin o mineralizacin de nitrgeno 74Condiciones pH: 7.5-9.5Temperatura arriba de 10CBacterias quimiosintticas (nitrificantes)Inhibicin: thiourea y mercaptobenthiazole.

75nitrosificantes

-275kJ/Rxn76nitrosomasGram (-).Fotofbicos.UreasaDao a edificaciones

Nitrosoma erupaea77Verdaderas nitrificantes

-74.1kJ/Rxn78nitrobacterGram (+) y (-)

Nitrobacter winogradskyi

793. asimilacinAbsorcin y conversin del nitrato80

814. amonificacinConversin de los desechos orgnicos82

DeaminasasDeshidrogenasasOxidasasAmidohidrolasasAmidinohidrolasasUreasasBacterias y hongos quimiohetertrofasAerobio y anaerobio

83BacteriasHongosBacillusAspergillus nigerPseudosomasflavusfumigatusrepensPenicillium parvumMucor petrinsularisRhizopus cohnii

845. inmovilizacinConversin a formas no asimilables.856. DesnitrificacinRegreso del nitrgeno a la atmsfera86Caractersticas y condicionesMateria orgnicaHumedadAltos pHFertilizantesPerjuicios y beneficios (eutrofizacin).

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89Proceso anammoxOxidacin anaerobia de amonio.Quimiolitoauttrofos (Planctomycetes)NH4+ + NO2- N2 + 2H2O (G= -357 KJ)

90Brocadia anamoxidansCarece de peptidoglicano Gemacin Posee anamoxoma (cidos grasos y glicerol)

91Plantas de tratamiento Dokhaven/Sluisjesdijk Brocadia, Kuenenia, Jettenia, Anammoxoglobus (agua dulce).

Scalindua (marinos).

92Ciclo del azufrePrincipales reservorios:Agua de mar.Forma de minerales de sulfato.Formas de minerales de sulfuro.Combustibles fsiles.

Estados de oxidacin ms frecuentesCiclo de oxido-reduccin del azufre.

Metabolismo asimilador y desasimiladorOxidacin del H2S en ambientes aerbicos.

Entre los principales microorganismos se encuentran:

Acumulacin de grnulos internos de azufre en Beggiatoa.

Bioqumica de la reduccin de sulfato

Oxidacin fototrfica del H2S en ambientes anaerobios.

Chromatium spChlorobium spReduccin desproporcionada del azufre.Algunas bacterias sulfato reductoras (Desulfovibrio sulfodismutans) pueden utilizar compuestos del azufre en estados intermedios de oxido-reduccin, dando dos nuevos compuestos uno ms oxidado y otro ms reducido que el sustrato original.

Compuestos orgnicos de azufre.El principal compuesto orgnico de azufre mas abundante de la naturaleza es el dimetilsulfuro (DMS).

Importancia del fosforoEl fsforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de loscidos nucleicos(ADN y ARN); delATPy de otras molculas que tienen PO43-y que almacenan la energa qumica; de losfosfolpidosque forman las membranas celulares; y de loshuesosydientesde los animales.

Ciclo del fosforoEl ciclo del fsforoes unciclo biogeoqumicoque describe el movimiento de este elemento qumico en unecosistemaEl fsforo(P) es el nico macronutriente que no se halla en laatmosfera, sino nicamente en forma slida en lasrocasEs el macronutriente menos abundante .El ciclo del fsforo se efecta nicamente entre la litosfera yla hidrosfera, debido a que el elemento no es transportado por la atmsfera.

108referencias[1]. Valds M.; Octavio Prez N.; Vsquez L. La bacteria filamentosa Frankia. Escuela Nacional de Ciencias Biolgicas del Instituto Politcnico Nacional. Mxico D. F.

[2]. Wang E. T.; Romero J. M.; Lpez Lara I. Rhizobium y su destacada simbiosis con plantas. Centro de Investigacin sobre Fijacin de Nitrgeno, Universidad Nacional Autnoma de Mxico.

[3]. Crdenas, L. et al., Isolation, chemical structures and biological activity of the lipo-chitin oligosaccharide nodulation signals from Rhizobium etli, en Plant Mol. Biol., 29, 1995.

109[4]. Guadalupe E.; Biologa de Azotobacter vinelandii. Instituto de Biotecnologa, Universidad Nacional Autonoma de Mxico.

[5]. Madigan M. T.; Martinko J. M.; Parker J.; Biologa de los microorganismos, 10Ed. Editorial Pearson, Madrid 2004.

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