Copiar en el cuaderno de biología el siguiente texto y resolver el ejercicio para enviarlo al correo electrónico rviveros@colsaludcoopsur.edu.co del 17 al 21 de mayo de 2021 y, a más tardar el 28 de mayo de 2021.
Flujo de Nitrógeno en el ecosistema
En un ecosistema existen de manera mas o menos equilibrada varios elementos químicos pasando de organismo en organismo y también toman parte en el suelo, aire o en el agua que allí circula. Aparte del carbono que vimos en el taller 8, los seres vivos cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química. Ellos reciben el nitrógeno oxidado como nitrato (NO3–). Este nitrato es transformado por las plantas a grupos aminoácidos que hacen parte de las proteínas (asimilación). Este nitrato vuelve al medio gracias a los descomponedores o detritivoros que lo extraen de la biomasa, dejándolo en la forma reducida de ion amonio (NH4+), este es el proceso de amonificación. Luego el amonio sea oxidado a nitrato con la ayuda de bacterias del suelo, proceso llamado nitrificación.
Así parece que se cierra el ciclo biológico esencial. Pero el amonio y el nitrato son sustancias extremadamente solubles, que son arrastradas fácilmente por la escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al final todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto en el mar. Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían prácticamente desprovistos de él, convertidos en desiertos biológicos, si no existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado el nitrógeno atmosférico (N2). Se trata de la fijación de nitrógeno, que origina compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación, una forma de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se mantiene un importante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un 78 % en volumen).
Fijación del nitrógeno
El primer paso en el ciclo es la fijación del nitrógeno de la atmósfera a formas distintas susceptibles de incorporarse a la composición del suelo o de los seres vivos, como el o los iones nitrito o nitrato (aunque el amonio puede usarse por la mayoría de los seres vivos, ciertas bacterias del suelo derivan la energía de la de dicho compuesto a nitrito y últimamente a nitrato), y también su conversión a sustancias atmosféricas químicamente activas, como el dióxido de nitrógeno , que reaccionan fácilmente para originar alguna de las anteriores.
Fijación abiótica
La fijación natural puede ocurrir por procesos químicos espontáneos, como la oxidación que se produce por la acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir del nitrógeno atmosférico.
Fijación biológica de nitrógeno
Es un fenómeno fundamental que depende de la habilidad metabólica de unos pocos organismos, llamados diazótrofos en relación a esta habilidad, para tomar N2 y reducirlo a nitrógeno orgánico:
La fijación biológica la realizan tres grupos de microorganismos:
1. Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo, de géneros como Azotobacter, Klebsiella o el fotosintetizador Rhodospirillum, una bacteria purpúrea.
2. Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera generalmente endosimbiótica en nódulos, principalmente localizados en las raíces. Hay multitud de especies encuadradas en el género Rhizobium, que guardan una relación muy específica con el hospedador, de manera que cada especie alberga la suya, aunque hay excepciones.
3. Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Las cianobacterias de vida libre son muy abundantes en el plancton marino y son los principales fijadores en el mar. Además hay casos de simbiosis, como el de la cianobacteria Anabaena en cavidades subestomáticas de helechos acuáticos del género Azolla, o el de algunas especies de Nostoc que crecen dentro de antoceros y otras plantas.
La fijación biológica depende del complejo enzimático de la nitrogenasa.
Cambios de forma del nitrogeno
Amonificación
La amonificación es la conversión a ion amonio del nitrógeno, en la materia viva aparece principalmente como grupos amino (-NH2) o imino (-NH-). Los animales, que no oxidan el nitrógeno, se deshacen del que tienen en exceso en forma de distintos compuestos. Los acuáticos producen directamente amoníaco (NH3), que en disolución se convierte en ion amonio. Los terrestres producen urea, (NH2)2CO, que es muy soluble y se concentra fácilmente en la orina; o compuestos nitrogenados insolubles como la guanina y el ácido úrico, que son purinas, y ésta es la forma común en aves o en insectos y, en general, en animales que no disponen de un suministro garantizado de agua.
Nitrificación
La nitrificación es la oxidación biológica del amonio al nitrito por microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular (O2) como receptor de electrones, es decir, como oxidante. A estos organismos el proceso les sirve para obtener energía, al modo en que los heterótrofos la consiguen oxidando alimentos orgánicos a través de la respiración celular. El C lo consiguen del CO2 atmosférico, así que son organismos autótrofos. El proceso fue descubierto por Serguéi Vinogradski y en realidad consiste en dos procesos distintos, separados y consecutivos, realizados por organismos diferentes:
1. Nitritación. Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2–). Lo realizan bacterias de, entre otros, los géneros Nitrosomonas y Nitrosococcus.
2. Nitratación. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3–). Lo realizan bacterias del género Nitrobacter.
La combinación de amonificación y nitrificación devuelve a una forma asimilable por las plantas, el nitrógeno que ellas tomaron del suelo y pusieron en circulación por la cadena trófica.
Desnitrificación
La desnitrificación es la reducción del ion nitrato (NO3–), presente en el suelo o el agua, a nitrógeno molecular o diatómico (N2), la sustancia más abundante en la composición del aire. Por su lugar en el ciclo del nitrógeno este proceso es el opuesto a la fijación del nitrógeno.
Lo realizan ciertas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens, para obtener energía.
El proceso es parte de un metabolismo degradativo de la clase llamada respiración anaerobia, en la que distintas sustancias, en este caso el nitrato, toman el papel de oxidante (aceptor de electrones) que en la respiración celular normal o aerobia corresponde al oxígeno (O2). El proceso se produce en condiciones anaerobias por bacterias que normalmente prefieren utilizar el oxígeno si está disponible.
El proceso sigue unos pasos en los que el átomo de nitrógeno se encuentra sucesivamente bajo las siguientes formas:
nitrato → nitrito → óxido nítrico → óxido nitroso → nitrógeno molecular
Como se ha dicho más arriba, la desnitrificación 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.
La desnitrificación es empleada, en los procesos técnicos de depuración controlada de aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la eutrofización y reduce la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por la flora intestinal, y este es cancerígeno.
Ciclo del fósforo
En resumen general el ciclo del fósforo consiste en un proceso biogeoquímico que describe el movimiento de este elemento químico dentro de un ecosistema. Los seres vivos toman el fósforo en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas, que mediante meteorización se descomponen y liberan los fosfatos. Los fosfatos deben pasar de los minerales al suelo. para ello se lleva a cabo el proceso de meteorización, que consiste en la alteración física y química de las rocas por efecto de los agentes atmosféricos, tales como sol, lluvia, vientos, descargas eléctricas de las tormentas, etc.
Luego de esto el fósforo, en forma de fosfato, se encuentra disponible y puede ser tomado desde las raíces por las plantas en los ecosistemas terrestres. Como se sabe, en los organismos autótrofos inicia el flujo de energía en todos los ecosistemas, con el fósforo sucede lo mismo, según sea su disponibilidad en las plantas, así será en todo el ecosistema. Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de fosfatos que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a otros ecosistemas acuáticos como ríos, lagos o a los océanos. El ciclo del fósforo difiere con respecto al del carbono, nitrógeno y azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años.
La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, pero el papel que desempeña es vital. En las Biomoléculas que podemos encontrarlo estan:
1. El ADN, ya que es componente de los ácidos nucleicos que se encuentran con mayor densidad en el núcleo celular, es el encargado de unir los azucares de desoxirribosa que se enlazan con las bases nitrogenadas.
2. El ARN, que es otro de los acidos nucleicos que componen los ribosomas y otras estructuras celulares. en este caso une los azucares de ribosa entre sí, para formar las cadenas sencillas de RNA mensajero, ribosomal y de transferencia.
3. El ATP, que es uno de los nucleotidos fundamentales en la celula para la obtención de energía. consiste en una molécula de adenida unida por una ribosa a tres grupos fosfatos. para su formación es fundamental la presencia de fosforo en la célula. Este compuesto es derivado de la respiración celular y también es un componente importante de la fotosíntesis.
4. En el ser humano el fósforo es un mineral que constituye el 1% del peso corporal total de una persona. Es el segundo mineral más abundante en el cuerpo. Está presente en cada célula del cuerpo. La mayor parte del fósforo en el organismo se encuentra en los dientes y en los huesos. El fósforo trabaja con las vitaminas del complejo B. También ayuda con: Funcionamiento de los riñones, Contracción de músculos, Palpitaciones normales, Señales nerviosas.
Ejercicio
1. copiar a mano el texto anterior
2. Hacer un dibujo de un ecosistema y señalar su flujo de nitrógeno con todos los pasos
3. hacer un dibujo de un ecosistema y señalar el flujo de fósforo en él.
TENER EN CUENTA LA SIGUIENTE INFORMACIÓN:
Copiar en el cuaderno de biología, a mano, el texto anterior y resolver el ejercicio. Después marcar cada página con nombre completo y curso (a mano), luego tomar las fotos de cada página del cuaderno con el texto y el ejercicio resuelto, pasar las fotos a PDF y enviar dicho archivo al correo electrónico rviveros@colsaludcoopsur.edu.co antes del 21 de mayo para recibir retroalimentación, en caso de necesitarla o, a más tardar el 28 de mayo de 2021.
