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• Melania Pacheco

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Biogeoquímica microbiana  Ciclo de carbono. Transferencia de carbono a través de cadenas tróficas, fotosintéticas, metanogénesis. Limitaciones del ciclo microbiano del carbono.  Ciclos biogeoquímicos Describen el movimiento y la conversión de materiales por medio de la actividad bioquímica que se produce en la atmosfera, hidrosfera y litosfera. Impulsados directamente por la energía del sol -Funcionamiento de los ecosistemas -Materiales experimenten conversiones cíclicas Los elementos biogénicos, forman grupos definidos de los primeros cinco periodos, base a criterios de peso atómico y reactividad química. Los ciclos biogeoquímicos están interrelacionados como, por ejemplo: el ciclo del carbono, hidrogeno y oxigeno intervienen forzosamente en la fotosíntesis, respiración, etc. Los diversos compuestos de cada elemento constituyen los llamados reservorios o depósitos y generalmente se consideran a escala mundial. Tenemos muchos reservorios a escala mundial, bien sabemos de: atmosfera, aguamarina superficial con compuestos inorgánicos, aguas marinas profundas, litosfera, hidrosfera, combustibles fósiles, biomasa, etc.  El reciclado del carbono como materia orgánica Lo realizan, macroorganismos y microorganismos heterótrofos. *Ambientes anóxicos: indican la ausencia de oxígeno puro. En condiciones anóxicas pueden encontrarse presentes sustancias tales como nitratos o sulfatos. Transformaciones del carbono como la metanogénesis ocurren en condiciones de anoxia.  Metanogénesis y metilotrofia Reducen el CO2 utilizando el H2 producido en la fermentación se les considera quimiolitótrofos. El CO2 se convierte en metano a través de una ruta en la que intervienen varias coenzimas poco frecuentes. Los metanógenos, para convertir el en material celular siguen la vía del acetil-CoA sintetasa. *La unidad de un carbono del metano es accesible a un grupo de microorganismos muy especializado, los melitrofos. Se han descrito estos microorganismos en la zona de transición entre la producción de metano y la reducción del sulfato.  Acetogénesis Grupo de quimioautótrofos anaerobios facultativos que pueden reducir el CO con H2, produciendo acetato. El rendimiento energético es menos favorable que el de la metanogénesis. Comparten muchas características metabólicas con las bacterias metanogénicas.

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Ciclo del monóxido de carbono 1.- Oxidación fotoquímica del metano atmosférico. Durante la respiración animal y de microorganismos. 2.- Reacción fotoquímica secundaria en las plantas y microorganismos fotosintéticos. 3.- La destrucción del CO ocurre en parte por las reacciones fotoquímicas de la atmosfera, que lo convierten en CO2. 4.- El monóxido de carbono es metabolizado tanto aeróbicamente como anaeróbicamente por microorganismos especializados, las carboxidobacterias

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Limitaciones del ciclo microbiano del carbono -La falta de oxígeno, una elevada acidez y altas concentraciones de fenoles y de taninos, pueden impedir la biodegradación de algunas sustancias naturales. -La actividad de los microorganismos afecta a la accesibilidad para la comunidad biológica del carbono y de la energía procedente de compuestos orgánicos. -Algunas transformaciones del carbono orgánico reducen o inmovilizan la velocidad de reciclado del carbono y de energía almacenada.

• Degradación microbiana de polisacáridos La degradación de la celulosa está catalizada por las celulasas. La celulasa comprende tres tipos de enzimas: una enzima C1, una C* o β-1-4glucanasa, y una β-glucosidasa. Síntesis de la lignina: las oxidasas y las peroxidasas producen radicales metil quinona muy reactivos que polimerizan espontáneamente. *La biodegradación de la lignina intacta no ocurre anaeróbicamente La capacidad de las bacterias acuáticas para asimilar bajas concentraciones de compuestos orgánicos disueltos llega a ser bastante importante Ciclo del hidrogeno El H2 gaseoso se produce biológicamente en • • •

Fermentaciones anaeróbicas Fotosíntesis acoplada a la fijación de nitrógeno En los sistemas de fijación de di nitrógeno pueden dar producción del hidrógeno molecular.

Ciclo del oxigeno La cantidad de oxígeno derivado de la fotosíntesis El oxígeno atmosférico producido durante la fotosíntesis se elimina de la atmósfera por respiración, un proceso que produce CO2 y reconstituye el agua desintegrada por la fotosíntesis. Este elemento sirve como aceptor terminal de electrones -Degradación de materia orgánica -Oxidación de compuestos inorgánicos (quimilitótrofos)

La utilización microbiana del oxígeno durante la degradación de compuestos orgánicos puede producir condiciones anóxicas. En esta condición se puede recuperar el oxígeno por difusión. Ozono La capa de ozono provee protección contra la radiación UV. -Radiación ionizante transforma el oxígeno molecular en ozono El depósito de ozono atmosférico está sujeto por: Actividad humana y/o Alteraciones en el proceso biogeoquímico de desnitrificación y metanogénesis

 Ciclo de nitrogeno. Fijación d nitrogeno, amonificación, nitrificación y desnitrificación. Rol ecológico de bacterias en el ciclo del nitrogeno. Ciclo del nitrógeno IMPORTANCIA: -Las plantas no podrían continuar su metabolismo fotosintético -Las diversas transformaciones del nitrógeno permiten la circulación del nitrógeno de la atmósfera a través de los ambientes terrestres y acuáticos. El ciclo del nitrógeno sigue varios pasos que pueden ser resumidos en palabras claves de cada paso     

Fijación Nitrificación Asimilación Amonificación Desnitrificación

Los macroorganismos y la mayoría de los microorganismos necesitan nitrógeno para incorporarlo a su biomasa celular. La capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico (bacterias, arqueas y asociaciones simbióticas). El ciclo biogeoquímico del nitrógeno depende en gran medida de la actividad biológica. (10%-20% del fijado biológicamente) Los MO generan el retorno del nitrógeno molecular a la atmósfera (desnitrificación). Los iones de nitrógeno inorgánico, amonio, nitrito y nitrato se distribuyen como pequeños reservorios.  Fijación Es un proceso exclusivamente procariota, aparte de la cantidad limitada de nitrógeno que se fija durante los impactos de rayos. ●

La fijación del nitrógeno necesita, además de la nitrogenasa, ATP, una ferredoxina reducida y quizás otros citocromos o coenzimas.

Nitrogenasa: enzima compleja, Es muy sensible al oxígeno, Necesita una Pi muy baja de O2 para poder desarrollar su actividad. Está conformada por (Dinitrogenasa reductasa y Dinitrogenasa) Nitrógeno atmosférico (N2)

Amoníaco (NH3)

Nitrito (NO2−)

Nitrato NO3−

 Nitrificación El amoníaco y los iones de amonio se oxidan a iones nitrito. Los nitritos son transformados a iones nitrato, durante esta etapa se puede acumular nitrito y se produce una pequeña cantidad de energía. (proceso aeróbico e exotérmico) Esta etapa la realizan bacterias heterótrofas y hongos que oxidan a compuestos nitrogenados, (pocos géneros bacterianos intervienen en el proceso de nitrificación), cualquier tipo de estrés ambiental puede afectar este proceso. La nitrificación realiza la movilización de nitrógeno entre diferentes hábitats del suelo generando un cambio de carga (+) partículas de arcilla del suelo, (-) agua del suelo  Asimilación (reducción de nitrato) Ocurre cuando las plantas absorben a través de sus raíces, nitrato o amonio (Elementos formados por la fijación de nitrógeno o por la nitrificación.). El proceso es llevado por un grupo de microorganismos que comprende muchas especies de bacterias, de hongos y algas. Intervienen varios sistemas enzimáticos, entre ellos las reductasas de nitrato y nitrito, que forman amonio que puede incorporarse a proteínas, ácidos nucleicos y clorofila.  Amonificación Es el proceso por el cual los compuestos nitrogenados encontrados en el suelo son degradados a compuestos simples por organismos que habitan el suelo, principalmente bacterias y hongos. Gran parte del nitrógeno del suelo proviene de la descomposición de la materia orgánica y, por lo tanto, ciertos microorganismos utilizan las proteínas y aminoácidos para formar las proteínas que necesitan y liberar el exceso de nitrógeno como amoníaco o amonio.  Desnitrificación A través de la desnitrificación, las formas oxidadas de nitrógeno como el nitrato y el nitrito (NO2-) se convierten en dinitrógeno (N2) y, en menor medida, en gas óxido nitroso. La secuencia de desnitrificación es: 𝑁𝑂3 → 𝑁𝑂2 → 𝑁𝑂 → 𝑁2 𝑂 → 𝑁2 El fenómeno de la desnitrificación se debe, a que en condiciones de mucha humedad en el suelo, la falta de oxígeno obliga a ciertos microorganismos a emplear nitrato en vez de oxígeno en su respiración. Principales géneros desnitrificadores: Pseudomonas y Alcaligenes

*importancia: La desnitrificación es la única transformación del nitrógeno que lo remueve del ecosistema (irreversible) y es fundamental para que el nitrógeno vuelva a la atmósfera, la única manera de que no termine disuelto íntegramente en los mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin la desnitrificación la fijación de nitrógeno, abiótica y biótica, terminaría por provocar la depleción (eliminación) del N2 atmosférico.