ciclos biogeoquimicos
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CICLOS BIOGEOQUIMICOSTRANSCRIPT
Ciclos Biogeoquímicos(CBGQs)
Ciclos Biogeoquímicos(CBGQs)
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Atmósfera
Litosfera
Hidrosfera
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)
Biosfera
Transformaciones Físicas- Precipitación- Disolución- Volatilización- Fijación
Transformaciones químicas:- Biosíntesis- Biodegradación- Biotransformaciones Redox
Combinaciones de ambas
Transformaciones FísicasTransformaciones Físicas-- PrecipitaciónPrecipitación-- DisoluciónDisolución-- VolatilizaciónVolatilización-- FijaciónFijación
Transformaciones químicas:Transformaciones químicas:-- BiosíntesisBiosíntesis-- BiodegradaciónBiodegradación-- Biotransformaciones Biotransformaciones RedoxRedox
Combinaciones de ambasCombinaciones de ambas
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)
Ciclos BiogeoquímicosCiclos BiogeoquímicosProtagonistas: los microorganismosProtagonistas: los microorganismos
Ubicuidad
Capacidades metabólicas diversas
Altas tasas de actividad enzimática
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclos BiogeoquímicosCiclos BiogeoquímicosReservorios y Tasas de transferenciaReservorios y Tasas de transferencia
Tipo de reservorio a escala globalTipo de reservorio a escala global
Tamaño del reservorioTamaño del reservorio
Actividad de reciclaje del mismoActividad de reciclaje del mismo
Ciclos BiogeoquímicosCiclos BiogeoquímicosReciclaje de elementos biogénicosReciclaje de elementos biogénicos
Reciclaje intenso:Reciclaje intenso:
Elementos principales (C,H,O,N,P y S)Elementos principales (C,H,O,N,P y S)
Reciclaje limitado:Reciclaje limitado:
ElemElem. secundarios (. secundarios (Mg,Na,KMg,Na,K y halógenos)y halógenos)
ElemElem. traza (. traza (B,Co,Cr,Cu,Mo,Ni,Se,Sn,VB,Co,Cr,Cu,Mo,Ni,Se,Sn,V y y ZnZn))
Excepciones (Fe y Excepciones (Fe y MnMn; ; CaCa y Si)y Si)
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclo del CarbonoCiclo del Carbono
Corteza terrestre Formaciónde la roca
Plantas terrestres
Muerte y mineralizaciónen los sedimentos
CO2atmosférico
CO2disuelto
Plantas acuáticasy algasCombustibles
fósiles
Animales y m.o.
acuáticos
Animales y microorganismos
Formacióndel suelo
Humus
Materia orgánicamuerta
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: Importancia de la fotosíntesisdel C: Importancia de la fotosíntesis
Óxico
Crecimiento Muerte y sedimentación
FotosíntesisPlantasAlgasCianobacterias
Bacteriasquimiolitotrofas
CO2(CH2O)nCompuestos
orgánicos
+ H20
RespiraciónPlantasAnimalesMicroorganismos
+ O2
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: Importancia de la descomposicióndel C: Importancia de la descomposición
Óxico
CO2
Crecimiento Muerte y sedimentación
(CH2O)nCompuestos
orgánicos
FotosíntesisPlantasAlgasCianobacterias
Bacteriasquimiolitotrofas
RespiraciónPlantasAnimalesMicroorganismos
+ H20
+ O2
(CH2O)nCompuestos
orgánicos
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: la descomposición del C: la descomposición óxicaóxica
Polímeros complejos: Polisacáridos, proteínas...Polímeros complejos: Polisacáridos, proteínas...
GlcSistemasHidrolíticos
Xil
Aminoácidos
Metabolismo
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: hidrólisis de polisacáridosdel C: hidrólisis de polisacáridos
CelulosaAlmidónLaminarinaParamilonAgarQuitinaPectinasDextranosXilanosGlucógeno
CelulosaCelulosaAlmidónAlmidónLaminarinaLaminarinaParamilonParamilonAgarAgarQuitinaQuitinaPectinasPectinasDextranosDextranosXilanosXilanosGlucógenoGlucógeno
Estructuras Chime
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: hidrólisis de celulosasdel C: hidrólisis de celulosas
Celobiasa
Exo Endo
Glu
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: descomposición del C: descomposición óxicaóxica de celulosade celulosa
Hongos:Multitud
Bacterias:ClostridiosDeslizantes
SporocytophagaCytophaga
Actinomicetos(Streptomyces)
Descomposición de polisacáridos: enzimas Descomposición de polisacáridos: enzimas hidrolíticashidrolíticas
- Celulasas- Amilasas- Xilanasas- Pectinasas- Agarasas- Quitinasas- Dextranasas
Descomposición de polisacáridos: enzimas Descomposición de polisacáridos: enzimas hidrolíticashidrolíticas
Apl. Industriales- Detergentes- Textiles- Papeleras- Alimentarias- Piensos- T. residuos
- Celulasas- Amilasas- Xilanasas- Pectinasas- Agarasas- Quitinasas- Dextranasas
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: la descomposición del C: la descomposición óxicaóxica
Óxico
CO2 (CH2O)nCompuestos
orgánicosCrecimiento Muerte y sedimentación
(CH2O)nCompuestos
orgánicos
FotosíntesisPlantasAlgasCianobacterias
Bacteriasquimiolitotrofas
RespiraciónPlantasAnimalesMicroorganismos
+ H20
+ O2
Respiración aeróbicaMicroorganismos aeróbicos
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: la descomposición del C: la descomposición anóxicaanóxica
AnóxicoÓxico
CO2 (CH2O)nCompuestos
orgánicosCrecimiento Muerte y sedimentación
(CH2O)nCompuestos
orgánicos
FotosíntesisPlantasAlgasCianobacterias
Bacteriasquimiolitotrofas
RespiraciónPlantasAnimalesMicroorganismos
+ H20
+ O2
Respiración anaeróbica; fermentaciónMicroorganismos anaeróbicos incluyendoBacterias fototróficas
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: descomposición del C: descomposición anóxicaanóxica de celulosade celulosa
Bacterias:
- Clostridium- Sedimentos lacustres- Tracto intestinal de animales- S. Tratamiento aguas residuales
- Rumen de los rumiantes(Fibrobacter y Ruminococcus)
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: descomposición del C: descomposición anóxicaanóxicaPolímeros complejos
Monómeros
Celulosa, otros polisacáridos,proteínas
Bacterias celulolíticasBacterias hidrolíticas
Azúcares, aminoácidos
Acetato-H2 + CO2
Fermentación primariaBacterias fermentativas
Propionato-, Butirato-, Succinato-, alcoholes
Ciclo del C: Límites de la descomposición Ciclo del C: Límites de la descomposición anóxicaanóxicaLigninas
En medios óxicos → fenoles, ácidos y alcoholes aromáticos:Hongos.- Phanerochaete chrysosporium
Polyporus, Poria, Fomes, Agaricus, Pleurotus, Collybia, SchizophyllumFusarium
Bacterias.- ArtrobacterrFlavibacteriumMicrococcusPseudomonas
Ciclo del C: Límites de la descomposición Ciclo del C: Límites de la descomposición anóxicaanóxica
Plantas y animales
Hidrocarburos alifáticos de cadena larga
(hexadecano y octadecano)Petroleo
Degradación anaeróbica lenta:Bacterias sulfatoreductorasÁcidos grasos de
cadena larga
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanogénesisMetanogénesisPolímeros complejos
Monómeros
Celulosa, otros polisacáridos,proteínas
Bacterias celulolíticasBacterias hidrolíticas
Azúcares, aminoácidos
Acetato-H2 + CO2
Fermentación primariaBacterias fermentativas
Propionato-, Butirato-, Succinato-, alcoholes
Acetato-H2 + CO2
Fermentaciónsecundaria
Bacterias oxidadorasde ac. grasos y productorasde H2 (sintrofos)
CH4Metanogénesis
Metanógenos Metanógenos
MetanógenosAcetato-
AcetogénesisHomoacetógenos
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanogénesisMetanogénesis
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O (∆Gº´= -130,7 kJ/reacción)
4H2 + H+ + HCO3- → CH4 + 3H2O (∆Gº´= -135,6 kJ/reacción)
Grupo I: Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanosphaera
Grupo II: Methanothermus
Grupo III: Methanococcus
Grupo IV: Methanomicrobium, Methanogenium, Methanospirillum, Methanoplanus
Grupo V: Methanosarcina, Methanolobus, Methanoculleus, Methanohalobium,Methanococcoides, Methanohalophilus, Methanotrix
Grupo VI: Methanopyrus
Grupo VII: Methanocorpusculum
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: HomoacetogénesisHomoacetogénesis
4H2 + H+ + 2HCO3-→ CH3-COO- + 4H2O (∆Gº´= -104,6 kJ/reacción)
Son Bacterias Gram +:AcetoanaerobiumAcetobacteriumAcetogeniumClostridium thermoaceticum, C. formicoacéticum
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanogénesisMetanogénesis
H2O + CH3-COO- → CH4 + HCO3- (∆Gº´= -31kJ/reacción)
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O (∆Gº´= -130,7 kJ/reacción)
4H2 + H+ + HCO3- → CH4 + 3H2O (∆Gº´= -135,6 kJ/reacción)
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: SintrofíaSintrofía
Fermentación del etanol:
2CH3-CH2OH + 2H2 O → 4H2 + 2CH3COO- + 2H+ (∆Gº´= + 19,36 kJ/reacción)
(etanol ) (acetato)
Metanogénesis:
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O (∆Gº´= -130,7 kJ/reacción)
Reacción acoplada:
2CH3-CH2OH + CO2 → CH4 + 2CH3COO- + 2H+ (∆Gº´= -111,33 kJ/reacción)
B. oxidadoras de ác. grasos y productoras de H2:SyntrophomonasSyntrophobacter
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: la descomposición del C: la descomposición anóxicaanóxica
AnóxicoÓxico
CO2 (CH2O)nCompuestos
orgánicosCrecimiento Muerte y sedimentación
(CH2O)nCompuestos
orgánicos
FotosíntesisPlantasAlgasCianobacterias
Bacteriasquimiolitotrofas
RespiraciónPlantasAnimalesMicroorganismos
+ H20
+ O2
Respiración anaeróbica; fermentaciónMicroorganismos anaeróbicos incluyendoBacterias fototróficas
Bacterias fototróficas
B. homoacetógenas
CH4 B. Metanógenas AcetatoC. metilados
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
HábitatsHábitats metanogénicosmetanogénicos ⇒⇒ Ambientes anAmbientes anóóxicosxicos
Pantános y zonas encharcadas Rumen de los rumiantes RumenRumen de los rumiantes de los rumiantes
T. Intestinal insectos xilófagos y mamíferos EndosimbiontesEndosimbiontes de protistasde protistas
Estimaciones de la liberación de CH4 a la AtmósferaFuente Emisión de CH4 (106 Ton./año)
Biogénica
RumiantesTermesZonas encharcadasHumedales naturalesVertederosOcéanos y LagosTundra
80-10025-15070-120120-200
5-701-201-5
Abiogénica
Minería del CarbónEmisiones de Gas naturalEscapes industriales y de gaseoductosCombustión de BiomasaHidratos de metanoVolcanesAutomóviles
10-3510-3015-4510-40
2-40,50,5
Total Biogénico 302-665 81-86% del Total
Total Abiogénico 48-155 14-19% del Total
Total 349-820
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanogénesisMetanogénesis en los Océanosen los Océanos
4H2 + SO42- → H2S + 2H2O + 2 OH- (∆Gº´= -155,13 kJ/reacción)
CH3-COO- + SO42- → 2HCO3
- + HS- (∆Gº´= -47,6 kJ/reacción)
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O (∆Gº´= -130,7 kJ/reacción)
CH3-COO- + H2O → CH4 + HCO3- (∆Gº´= -31kJ/reacción)
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanogénesisMetanogénesis en los Océanosen los Océanos
MethanosarcinaSustratos metilados CH4(metilaminas, metanol) Methanococcus
Ciclos Biogeoquímicos (CBGQs)1.1.-- IntroducciónIntroducción2.2.-- Reservorios y tasas de transferenciaReservorios y tasas de transferencia3.3.-- El Ciclo del CarbonoEl Ciclo del Carbono
3.1.- Resumen3.2.- Ciclo Redox
3.2.1.- Fotosíntesis3.2.2.- Descomposición óxica3.2.3.- Descomposición anóxica y sus límites
a) Metanogénesis
b) Transferencia interespecífica de H2 y Sintrofíac) Hábitats metanogénicosd) Metanogénesis en los Océanose) Metanotrofía
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanotrofíaMetanotrofía
AnóxicoÓxico
CO2 (CH2O)nCompuestos
orgánicosCrecimiento Muerte y sedimentación
(CH2O)nCompuestos
orgánicos
FotosíntesisPlantasAlgasCianobacterias
Bacteriasquimiolitotrofas
RespiraciónPlantasAnimalesMicroorganismos
+ H20
+ O2
Respiración anaeróbica; fermentaciónMicroorganismos anaeróbicos incluyendoBacterias fototróficas
B. Metanotrofas Bacterias fototróficas
B. homoacetógenas
CH4 B. Metanógenas AcetatoC. metilados
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanotrofíaMetanotrofía
CH4 CH3OH HCHO HCOO- HCO3-
-126 kJ -193 kJ -214 kJ -239 kJmetano metanol formaldehído formiato bicarbonato
Metanotrofos Tipo I:(Gamma-Proteobacterias)
MethylomonasMethylomicrobiumMethylobacterMethylococcus
Ribulosa monoP
Metanotrofos Tipo II:(Alfa-Proteobacterias)
MethylosinusMethylocistis
Serina
Ciclo Ciclo RedoxRedox del C: del C: MetanotrofíaMetanotrofía
AnóxicoÓxico
CO2 (CH2O)nCompuestos
orgánicosCrecimiento Muerte y sedimentación
(CH2O)nCompuestos
orgánicos
FotosíntesisPlantasAlgasCianobacterias
Bacteriasquimiolitotrofas
RespiraciónPlantasAnimalesMicroorganismos
+ H20
+ O2
Respiración anaeróbica; fermentaciónMicroorganismos anaeróbicos incluyendoBacterias fototróficas
B. Metanotrofas Bacterias fototróficas
B. homoacetógenas
CH4 B. Metanógenas AcetatoC. metilados