MSc. MILVIO CASAVERDE RÍO 2012-I
Posición de los bioelementos en la tabla periódica
D
I ICI
.-
Son todos aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. De todos los elementos químicos aproximadamente 27 de ellos se encuentran en la diversidad de organismos.
CLASIFICACIÓN.-
1).BIOELEMENTOS PRIMARIOS (ORGANÓGENOS) :
Son C,H,O,N; su abundancia es alrededor del 99.25%, indispensables para la estructura de las biomoléculas orgánicas e inorgánicas, su característica principal, es su bajo peso atómico lo cual facilita su agregación para formar esqueletos o armazones de las biomoléculas, de todas ellas la más abundante es el hidrógeno con el (62.6 %), le sigue el oxígeno con (25.75%), carbono (9.50 %) y nitrógeno (1.4%).
2).BIELEMENTOS SECUNDARIOS (OLIGOGÉNICOS) : Son: Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn, Co, etc. Su abundancia es del 0.75 % valores difieren según el organismos así por ejemplo el calcio en las plantas esta en 0,07% mientras que en los vertebrados es de 0,33%. Estos elementos tienen funciones especificas, interaccionan en forma libre como parte de moléculas inorgánicas (sales), u orgánicas (vitaminas, pigmentos, enzimas), generalmente se encuentran en forma de iones ,algunos están presentes en todos los organismos, mientras que otros son de distribución variable.
1. BIOELEMENTOS PRIMARIOS : Todas las moléculas orgánicas tienen como elemento central al C mientras que el H,O,N;se le unen para formar otras . El C,O,H, en las plantas, algas y bacterias se incorporan como CO2 y H2O mientras que el N, lo hace a través de bacterias . NITROGENO: componente de los aminoácidos, de las bases nitrogenadas y de muchas biomoléculas, las plantas que crecen en un medio rico en N son color verde oscuro, mientras que las que crecen en suelos pobres en N son amarillentas como las plantas carnívoras.
FOSFORO: constituyente del ATP y de los nucleótidos de ADN y ARN .En plantas es abundante en las zonas de crecimiento y en la maduración de semillas ,la deficiencia de P, provoca enanismo en plantas . En los animales es componente de la matriz ósea. AZUFRE: indispensable para la formación de clorofila su deficiencia provoca un color verde pálido , es componente importante en las proteínas como la insulina y de los glucosiditos es el que da el sabor ala cebolla ,también se muestran en la vitamina B1 y B2.
CALCIO: forma la pared celular como de pectato de calcio, actúa como cofactor enzimático y neutralizador de ácidos orgánicos y mensajero.
MAGNECIO: forma parte del núcleo de la clorofila cl orofila ,actúa como cofactor y se relaciona con la producción de aceite. HIERRO: actúa como catalizador durante el trasporte de oxigeno, forma parte de los citocromos su deficiencia provoca que la planta sea clorótica las hojas escasas en hierro se presentan moteadas. COBRE: es cofactor de enzimas ,factor importante para el crecimiento y funguicida.
MANGANESO: factor activador de enzimas ,favorece la foto reducción, su uso causa deficiencia de hierro ,participa en la fotolisis del agua como parte de la proteína Z. ZINC: Activador de sistemas enzimaticas forma parte de la anhidrasa carbónica necesaria para la síntesis de acido indolacético. MOLIBDENO: Micronutriente actúa en la formación de nitratos, necesario en el cultivo de tomates. BORO: es indispensable en plantas superiores, necesario en el cultivo de tomates y zanahorias.
EL SODIO: Principal catión extracelular ,se encuentra en los tejidos y líquidos de los animales; en forma de cloruros, fosfatos y carbonatos. - Interviene en la presión osmótica de las células. Participa en la regulación del equilibrio Ácido – Base. Interviene en la regulación hídrica. Interviene en la conducción del impulso nervioso en la polarización, despolarización y repolarización de las neuronas. + Permite el ingreso de aminoácidos a las células. Su falta de concentración determina una sensación de sed en los vertebrados. La falta de sodio en aves origina baja producción de huevos.
EL POTASIO: Principal catión del medio intracelular. Y participa en: - Mantenimiento de equilibrio acidobase. - La regulación de la presión osmótica. - La permeabilidad celular. - Estimula el sistema nervioso parasimpático. - Activa los movimientos intestinales. - El tejido muscular presenta seis veces más potasio que sodio, es por eso que cuando el potasio es insuficiente en las gallinas, se observa debilidad en las patas.
EL CLORO: Anión extracelular, este cumple papeles análogos al sodio en el organismo. Abunda en la mucosa gástrica, orina, sudor y leche. En la mucosa gástrica de los mamíferos se bombea cloro desde la sangre para sintetizar al ácido clorhídrico del jugo gástrico. Es necesario para la alimentación de las vacas porque su carencia ocasiona descenso de la producción láctea, perdida de apetito y peso ,ojos sin brillo, pelaje áspero y un decaimiento general.
Mineral
Alimentos en Funciones Principales los que se encuentran
Efectos de la deficiencia
Calcio
Leche, queso, legumbres, verduras
Formación de huesos y dientes, coagulación sanguínea y transmisión nerviosa
Raquitismo, osteoporosis
Cloro
Sal, algunas verduras y frutas
Equilibrio hídrico
Desequilibrio ácido-base en los fluidos corporales
Magnesio
Cereales, verduras de hoja verde
Activación en enzimas, síntesis de proteínas
Fallos del crecimiento, problemas de comportamiento, convulsiones
Fósforo
Leche, queso, yogurt, pescado, aves de corral, carnes, cereales
Formación de huesos y dientes, equilibrio hídrico.
Debilidad, perdida de calcio
Potasio
Plátanos, verduras, papas, leche, carne
Equilibrio hídrico y transmisión nerviosa
Calambres musculares, perdida de apetito, ritmo cardiaco irregular
Azufre
Pescado, aves de corral, carnes
Funcionamiento del hígado
Raro
Sodio
Sal de mesa
Equilibrio hídrico y funcionamiento del hígado
Calambres musculares, perdida del apetito
Cromo
Legumbres, cereales, vísceras, grasas, aceites vegetales, carnes, agua potable
Metabolismo de la glucosa.
Aparición de diabetes en adultos
Cobre
Carnes, agua potable
Formación de los glóbulos rojos
Anemia, afecta al desarrollo de huesos y nervios
Flúor
Agua potable, té, mariscos
Resistencia a la caries dental
Caries dental
Yodo
Pescad o de mar, Pescado mariscos, productos lácteos, verduras, sal yodada
Síntesis de las hormonas tiroideas
Inflamación del tiroides (bocio)
Hierro
Carnes magras, Formación de pan y cereales, hemoglobina legumbres, mariscos
Anemia
Zinc
Carnes magras, Componentes de huevos, muchas enzimas cereales, verduras de hoja verde, legumbres
Fallos en el crecimiento, atrofia de las glándulas sexuales y retraso en la curación de heridas
La mayoría de las de las funciones de los elementos químicos, se distinguen así : PLÁSTICAS O ESTRUCTURALES.- Son elementos que integran la arquitectura de las células y son el C, H, O, N, P, S y Ca. CATALÍTICAS.- Son los bioelementos muy variados y en pequeñísimas concentraciones, desarrollan catálisis, ejem. El Fe actúa en el transporte de oxígeno y de electrones, Zn parte integrante de enzimas, Mg integra enzimas, I forma parte de la hormona tiroidea, cobalto en la vitamina B12.
OSMÓTICAS.- Varios elementos intervienen , en forma iónica, en fenómenos osmóticos (distribución de agua en compartimentos intra y extracelulares). Mantenimiento de potenciales de membrana y otros efectos relacionados revisten especial importancia, el : Na (predominante extracelular). K ( predominante intracelular) y Cl extracelular.
El agua es la sustancia más abundante de la biosfera. Tiene tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Componente más abundante en los seres vivos (65% a 95%). vid a, según la Base del surgimiento de la vida, evolución esta ha sido aprovechada muy bien. Sustancia con sorprendente reaccionabilidad y propiedades físicas y químicas.
Está formado por una molécula de oxígeno y dos de hidrógeno que determinan un ángulo de 105º. Estos átomos están unidos por enlaces covalentes.
Tiene una forma espacial tetraédrica. Presenta una distribución asimétrica de sus electrones por lo que se diferencian dos zonas: una parcialmente negativa y otra positiva. Convirtiendo al agua en una molecular dipolar, por esto se establecen enlaces puentes de hidrógeno que son enlaces débiles y son responsables de muchas de sus propiedades. Puentes de hidrógeno Carga dipolar del agua
1.
2. 3.
4. 5.
Acción disolvente Elevada fuerza de cohesión Elevada fuerza de adhesión Gran valor específico Elevado calor de vaporización
Es llamado el disolvente universal Se debe a la capacidad que tiene para formar puentes de hidrógeno con las sustancias polares o con carga iónica
Si se disocian con grupos polares (alcoholes, azúcares con grupos OH, algunos aminoácidos, etc), forma disoluciones moleculares:
Es la causante de las funciones: Sirve como medio donde ocurren las reacciones del metabolismo y sistema de transporte.
Debido a los puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno forman una compacta estructura. Forman un esqueleto hidrostático en algunos animales como los gusanos perforadores que agujerean las rocas.
Es una fuerza que se da entre las moléculas del líquido y el capilar. Se presenta cuando el capilar está compuesto de un material que tiene enlaces polares. La cohesión más la adhesión producen el fenómeno de la capilaridad, donde el líquido sube por un tubo estrecho, gracias a esto la sabia bruta desde la raíz sube hasta las hojas.
También debido a los puentes de hidrógeno. La cantidad de calor para aumentar 1º C 1 gramo o calor especifico del agua es igual a 4.184 J/g.º C. El agua absorbe calor para romper dichos puentes, entonces la temperatura se eleva lentamente. Esto es muy importante para el medio ambiente ya que ayuda a la termoregulación Utilizado por la célula para regular su temperatura.
Los puentes de hidrógeno le dan esta cualidad. Se entiende de esta manera: Primero se rompen los puentes de hidrógeno y luego se le entrega al agua una energía suficiente para evaporarla.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas. Amortiguador térmico. Transporte de sustancias. Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos. Favorece la circulación y turgencia. Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos. Interviene como reactivo en reacciones del metabolismo, es decir aporta hidrogeniones o hidroxilos.
El agua tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que es una mezcla de: agua molecular (H2O), protones hidratados (H3O+) e iones hidroxilo (OH-). El producto iónico del agua del agua a los 25º es:
Este producto es constante siendo la cantidad de hidrogeniones y de hidroxilos la misma lo que significa que tiene una concentración de 1x10-7.
Según la ecuación de Sorensen utiliza los logaritmos, definiendo el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Por ello: pH=7; es neutro, este es el pH del agua pH>7; es alcalino pH<7; es ácido › › ›
Los organismos vívos tiénen un sistema para evitar los cambios bruscos de pH, llamados sistemas de tampón o buffer.
El agua ayuda en el proceso de osmosis, sin este proceso no pasarían los nutrientes para alimentar a las células La osmosis es un proceso donde el agua pasa a través de una membrana semipermeable semipermeable desde la solución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica), (hipertónica), esto cesa cuando las dos soluciones tienen la misma concentración (isotónicas).
La presión osmótica es la necesaria para detener el flujo de agua. Si una célula está en un medio hipertónico se deshidrata y muere (plasmolisis). Si una célula se encuentra en un medio hipotónicos, el agua entra y las células se hinchan (turgencia).
La diálisis, es un proceso por el cual pasan solutos de bajo peso molecular, de un medio concentrado a uno diluido. •
La difusión es un fenómeno en donde las moléculas disueltas se distribuyen uniformemente en el agua •
El agua se mueve dentro de una célula fundamentalmente a través de dos procesos: 1- Difusión. 2- Flujo de masa.
La difusión es el movimiento neto de sustancia (líquida o gaseosa) de un área de alta concentración a una de baja concentración. Dado que las moléculas de cualquier sustancia se encuentran en movimiento cuando su temperatura esta por encima de cero absoluto (0 grados Kelvin o -273 grados C), existe una disponibilidad de energía para que las mismas se muevan desde un estado de potencial alto a uno de potencial bajo. La mayoría de las moléculas se mueven desde una concentración alta a una baja, es decir el movimiento neto es desde altas concentraciones a bajas concentraciones.
Es un movimiento de grupos de moléculas, por lo general en respuesta a un gradiente de presión, como la presión hidrostática o la fuerza gravitacional. Un ejemplo de esto es lo que sucede en un tubo de cañería, con la lluvia, un río o el torrente sanguíneo. Su velocidad y cantidad de movimiento depende de la presión y del diámetro del tubo.
La difusión, es responsable del movimiento del agua de una célula a otra, aunque el paso por la membrana se afecta también por el flujo de masa.
a- En medio hipotónico el agua entra y la
célula se vuelve turgente. b- En medio isotónico el agua entra y sale en equilibrio. c- Medio hipertónico la célula pierde agua.
En las membranas se ha visto que hay como una especie de poros (acuaporinas (acuaporinas)) a través de los cuales el agua también se mueve, pero en este caso por flujo de masa. Eso era algo que se sospechaba desde hace mucho tiempo, pues resultaba difícil imaginarse como podía pasar tanta agua a través de una membrana.
AGUA ACUOPORINA
Además del agua existe otras biomoléculas inorgánicas como las sales minerales. Las sales minerales se encuentran en los seres vivos en forma sólida o en disolución.
* Forman parte de las estructuras esqueléticas
dándoles mayor consistencia a los esqueletos internos y externos de los seres vivos. Las sales más comunes son los carbonatos, fosfatos y fluoruros cálcicos El carbonato y fosfato cálcico se depositan sobre el colágeno de los huesos endureciéndolos. El carbonato cálcico predomina en los caparazones de los moluscos. El fluoruro cálcico confiere dureza al esmalte de los dientes.
En disolución, las sales minerales se encuentran parcialmente disociadas en sus correspondientes aniones y cationes que: Se pueden combinar con moléculas orgánicas con el ión fosfato que se encuentra:
- En algunos lípidos (fosfolípidos) - En las estructuras de los nucleótidos. - En los ácidos nucleicos.
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El mantenimiento estable del pH del medio extra e intracelular, actuando como tampón como: La acción carbonato-bicarbonato en el medio extracelular. La acción mono,di y trifosfato en el medio intracelular. Los fenómenos osmóticos o paso de agua a través de una membrana desde una solución de ClNa menos concentrada a otra más concentrada.
MEDIO EXTERNO ISOTÓNICO: la disolución acuosa tiene la misma concentración que el hialoplasma celular. MEDIO EXTERNO HIPERTÓNICO: la disolución acuosa tiene mayor concentración que el hialoplasma celular. MEDIO EXTERNO HIPOTÓNICO: la disolución acuosa tiene menor concentración que el hialoplasma celular.
La integración de las actividades metabólicas de todos los organismos de un ambiente es la causa de una gran parte de los cambios que se producen tanto, en sus componentes bióticos, como en los abióticos. Y estos se realizan de la siguiente forma :
El nitrógeno en el suelo está sujeto a un conjunto de transformaciones y procesos de transporte que se denomina «ciclo del nitrógeno». En los gráficos se presentan los componentes y procesos del ciclo, diferenciando los aportes, las reservas y las extracciones o pérdidas.
Debido a las interacciones que existen entre las partes del sistema, para poder reducir la lixiviación de nitrato, sin disminuir apreciablemente la presencia de N, es necesario conocer cómo influyen en el aprovechamiento de los organismos autotrofos, los itinerarios técnicos y los factores ambientales en los diversos procesos de este ciclo. Los principales elementos del ciclo del nitrógeno en los suelos que conviene considerar son:
El Nitrógeno (N2) es sumamente importante para los seres vivos ya que permite la producción de proteínas, esenciales para la vida. El N2 es el gas más abundante en la atmósfera, comprende el 78% de su composición, sin embargo, dado que el N2 atmosférico no puede ser utilizado directamente por los seres vivos para la elaboración de sus aminoácidos y proteínas, se requiere usar el nitrógeno existente en el suelo principalmente en forma de amonio y de nitratos, formas asimilables por las plantas.
Los seres vivos requieren átomos de Nitrógeno para la síntesis de moléculas orgánicas esenciales como las proteínas, los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo, por lo tanto es otro elemento indispensable para el desarrollo de los seres vivos.
1. Consiste en la conversión del nitrógeno gaseoso (N2) en amoníaco (NH3), forma utilizable para los organismos. Tres procesos desempeñan un papel importante en la fijación del nitrógeno en la biosfera: a. Uno de estos es el relámpago. La energía contenida en un relámpago rompe las moléculas de nitrógeno y permite que se combine con el oxígeno del aire.
b. Mediante el proceso industrial industrial se fija el nitrógeno, en este proceso el hidrógeno y el nitrógeno reaccionan para formar amoniaco, NH3. Dicho proceso es utilizado por ejemplo para la fabricación de fertilizantes. c. Las bacterias nitrificantes son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico que utilizan las plantas para llevar a cabo sus funciones. También algunas algas verde-azules son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico.
a. Nódulos en raíces de leguminosas:
b. Las cianobacterias, realizan la mayor parte de la fijación del nitrógeno. Algunos helechos acuáticos tienen cavidades donde viven las cianobacterias.
2. Nitrificación: Proceso de oxidación del amoníaco o ion amonio, realizado por dos tipos de bacterias: Nitrosomonas y Nitrobacter (comunes del suelo). Este proceso genera energía que es liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energía primaria. Este proceso ocurre en dos etapas: a. Un grupo de bacterias, las Nitrosomonas y Nitrococcus, oxidan el amoníaco a nitrito (NO2-): 2NH3 +3 O2 g 2NO2 + 2 H+ + 2H2O
b. Otro grupo de bacterias, Nitrobacter , transforman el nitrito en nitrato, por este motivo no se encuentra nitrito en el suelo, que además es tóxico para las plantas. 2 NO2 - + O2 g 2
NO3 –
3. Asimilación: Las raíces de las plantas absorben el amoníaco (NH3) o el nitrato (NO3 -), e incorporan el nitrógeno en proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. Cuando los animales se alimentan de vegetales consumen compuestos nitrogenados vegetales y los transforman en compuestos nitrogenados animales.
4. Amonificación: Consiste en la conversión de compuestos nitrogenados orgánicos enamoníaco, se inicia cuando los organismos producen desechos como urea (orina) y ácido úrico (excreta de las aves), sustancias que son degradadas para liberar como amoníaco el nitrógeno en el ambiente abiótico.
5. Desnitrificación: Es el proceso que realizan algunas bacterias ante la ausencia de oxígeno, degradan nitratos (NO3 -) liberando nitrógeno (N2) a la atmósfera a fin de utilizar el oxígeno para su propia respiración. Ocurre en suelos mal drenados.
V e r E x p l i
Los procesos principales del ciclo del nitrógeno son: La amonificación: Los compuestos orgánicos nitrogenados presentes en restos orgánicos son degradados rápidamente por bacterias y hongos, las cuáles usan los aminoácidos para construir sus propias proteínas y liberan el exceso de N2 en forma de amoníaco (NH3) ó amonio (NH4).
Otra fuente de Nitrógeno en el suelo es la fijación de nitrógeno atmosférico, que es realizada por diversas bacterias. Las bacterias del género Rhizobium se encuentran asociadas a las raíces de las leguminosas (frijoles, alfalfa, guaba o pacae, etc.). Artificialmente se puede inocular estas bacterias y aumentar la productividad de cualquier leguminosa. Otras bacterias como el Azotobacter y las cianofitas realizan la fijación de nitrógeno libremente en el suelo.
Este ciclo no está sometido a procesos redox porque la forma esencial del fósforo (tanto orgánico como inorgánico) es el fosfato. La actividad microbiana reside en la capacidad de producción de otros ácidos orgánicos que aumenten o disminuyan la solubilidad de los fosfatos en el ecosistema haciéndolos más o menos accesibles a otros organismos.
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El fósforo (PO4H3) es un elemento esencial para los seres vivos, y los procesos de la fotosíntesis de las plantas, como otros procesos químicos de los seres vivos, no se pueden realizar sin ciertos compuestos en base a fósforo. Sin la intervención de fósforo no es posible que un ser vivo pueda sobrevivir. El ciclo del fósforo consiste en: Utilización de la planta en forma de fosfatos.
Las plantas absorben los iones de fosfato y los integran a su estructura en diversos compuestos. Sin fósforo las plantas no logran desarrollarse adecuadamente. · Los animales herbívoros toman los compuestos de fósforo de las plantas y los absorben mediante el proceso de la digestión, y los integran a su organismo, donde juegan un rol decisivo en el metabolismo.
En ciertas zonas de la Tierra se han formado acumulaciones de compuestos fosforados y que son ampliamente explotados para fertilizar los suelos agrícolas y mejorar su contenido en fósforo. En el Perú existen dos depósitos muy importantes de compuestos fosforados: los yacimientos de roca fosfórica de Bayóvar (Piura) y el guano de las islas.
Los seres vivos (plantas y animales) al morir restituyen los compuestos de fósforo al suelo y al agua por el proceso de descomposición. Los compuestos liberados son otra vez aprovechados por las plantas para reiniciar el ciclo. ·
Los compuestos de fósforo pueden ser transportados por los sedimentos de los ríos y acumulados en los suelos aluviales, o sea, aquellos que se originan por la acumulación de los sedimentos del agua, generalmente a lo largo de los ríos y en el fondo de los lagos.
Es un ciclo sedimentario y presenta a los sgtes. procesos: 1. El fósforo se encuentra en la naturaleza en forma de fosfatos (de Ca, Fe, Mn, Al) poco solubles en el agua. Los fosfatos se producen por la descomposición de rocas o producto de las erupciones volcánicas, mediante la erosión natural llegan a los suelos y a las aguas (ríos, lagos y mares de distintos ecosistemas formando sedimentos.
2. Las plantas absorven los iones de fosfato
presentes en la solución del suelo y los integran a la estructura de diversas moléculas: ATP, ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas, etc. Los consumidores toman los 3. compuestos de fósforo de las plantas y lo integran a las moléculas de su organismo, donde juegan un rol decisivo en el metabolismo.
4. Los desintegradotes restituyen los
compuestos de fósforo al suelo y al agua, por el proceso de descomposición de restos orgánicos. Los compuestos de fósforo también pueden ser restituídos por excreción de los organismos. Los compuestos liberados son otra vez aprovechados por las plantas para reiniciar el ciclo.
El potasio (K) es un elemento esencial para las plantas, los animales y los humanos porque interviene en procesos de la fotosíntesis, en procesos químicos dentro de las células, y contribuye en mantener el agua en las células. Es por esto que el potasio, junto con el nitrógeno y el fósforo, son elementos esenciales para los seres vivos.
El ciclo del potasio consiste en los sgtes, pasos: 1. El potasio se encuentra en forma natural en el suelo, especialmente en los suelos ricos en arcillas, que lo contienen hasta un 3%. En los suelos pantanosos y los pobres en arcilla el contenido de compuestos de potasio es menor y puede ser deficitario, originando problemas en los cultivos.
2. Los compuestos de potasio del suelo, son lavados (lixiviados) con facilidad en las zonas de altas precipitaciones y, en consecuencia, deben ser restituidos a los campos por fertilización, añadiendo cloruro de potasio o sulfato de potasio. Los cultivos de platano, alfalfa, zanahorias, pepinos y coles, son muy exigentes en potasio y no prosperan en suelos pobres en dicho elemento.
3. La deficiencia de potasio en las
plantas se detecta porque ésta tienen apariencia decaída o marchita, ya que la falta de potasio ocasiona la pérdida de agua celular.
El ciclo de este elemento está asociado a la conversión entre sus formas Fe2+ más solubles que las Fe3+. Los microorganismos que oxidan hierro (quimiolitotrofos) producen cambios en la accesibilización del elemento a otros miembros del ecosistema.
El ciclo biogeoquímico del calcio consiste en variaciones de su solubilidad debido a la formación de compuestos carbonatados más (Ca(CO3H)2) o menos (CaCO3) como consecuencia de la liberación por microorganismos de ácidos orgánicos que desplacen el equilibrio entre ambas formas.
El ciclo del carbono (C) consiste en un proceso muy complicado, cuyos elementos principales son los siguientes: · El carbono está almacenado en el aire, en el agua y en el suelo en forma de un gas llamado dióxido de carbono (CO2). En el aire está presente como gas; en el agua en forma disuelta, y en el suelo, en el aire o agua del suelo. El C02 está disponible en cantidades abundantes en el medio.
El ciclo del carbono es la sucesión de transformaciones que sufre el carbono a lo largo del tiempo. Es un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la Tierra, y en él se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida. El ciclo comprende en realidad dos ciclos que se suceden a distintas velocidades:
Ciclo biológico: Comprende los intercambio de carbono (CO2) entre los seres vivos y la atmósfera, es decir, la fotosíntesis, proceso mediante el cual el carbono queda retenido en las plantas y la respiración que lo devuelve a la atmósfera. Este ciclo es relativamente rápido, estimándose que la renovación del carbono atmosférico se produce cada 20 años.
Ciclo biogeoquímico propiamente dicho: Regula la transferencia de carbono entre la atmósfera y la litosfera (océanos y suelo). El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido carbónico que ataca los silicatos que constituyen las rocas resultando iones bicarbonato. Estos iones disueltos en agua alcanzan el mar asimilándolos los animales para formar sus tejidos, depositándose en los sedimentos tras su muerte.
El retorno a la atmósfera se produce en las erupciones volcánicas tras la fusión de las rocas que lo contienen. Este último ciclo es de larga duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además, hay ocasiones en las que la materia orgánica queda sepultada sin contacto con el oxígeno que la descomponga, produciéndose así la fermentación que lo transforma en carbón, petróleo y gas natural.
El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.. anaeróbica
La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.
Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono ozono.. Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2.
Unidades Dobson (DU).Es el modo estándar de expresar cantidades de ozono en la atmósfera de la Tierra Tierra,, más exactamente la estratósfera estratósfera.. Un DU es 2,69 × 1016 moléculas de ozono por centímetro cuadrado, ó 2,69 × 1020 por metro cuadrado. Una unidad Dobson se refiere a una capa de ozono de 10-5 metros de espesor bajo una temperatura y una presión estándar. G.M.B. Dobson era investigador en la Universidad de Oxford y fue el que, en los años 1920, 1920, construyó el primer instrumento (ahora llamado Espectrofotómetro de Ozono Dobson)) para medir el ozono total de la Tierra. Dobson
La ilustración muestra una columna de aire, 10° x 5° sobre la península del Labrador, Canadá. El monto de ozono en esta columna (por ejemplo, cubriendo el área de 10° x 5°) es medida en unidades Dobson. Si todo el ozono de esta columna fuera comprimido a temperatura y presión estándar (STP: 0° C y 1 ap.) y distribuido parejamente sobre el área, debería formar una capa de 3mm de espesor. aproximadamente. aproximadamente. 1 unidad Dobson (DU) es definida como 0,01 mm de espesor a STP, así podría establecerse que conforme con los datos dados, la capa de ozono sobre la península del Labrador es entonces de 300 DU.
La unidad es llamada así por G.M.B. Dobson (1920-1960), uno de los científicos que primero estudió el ozono atmosférico y quien diseñó el Espectrómetro Dobson. instrumento standard usado para medir el ozono desde el suelo. Este espectrómetro mide la intensidad de la radiación UV solar del largo de cuatro ondas, dos de las cuales son absorbidas por el ozono y dos no lo son.
El cobre (Cu) es abundante en la naturaleza en forma de compuestos minerales y se integra al suelo por los procesos de descomposición de las rocas, que lo contienen. En el suelo se asocia con la arcilla y de esta forma está disponible para las plantas. Otra forma de disponibilidad del cobre está en la materia orgánica del suelo.
El ciclo del cobre consiste en los siguiente pasos: Las plantas absorben el cobre y lo integran a su estructura en moléculas complejas de enzimas, especialmente oxidasas, que son muy importantes en los procesos vitales de las células.
Los animales herbívoros obtienen el cobre de las plantas, y los carnívoros de la carne de los herbívoros. En algunos grupos de animales, como las arañas, el cobre es un elemento muy importante porque forma parte de la sangre de los mismos, como elemento para transportar el O2 a las células. Al morir las plantas y los animales los compuestos de cobre se reintegran al suelo y forman parte de la materia orgánica, desde donde son otra vez absorbidos por las plantas para reiniciar el ciclo.
El Silicio no se encuentra libre en la naturaleza, se presenta en forma de oxi – compuesto, tales como la sílice y los silicatos, los compuestos de silicio junto con los del oxígeno son los lo s más abundantes de todos los existentes en la corteza terrestre.
El ciclo hidrológico, se define como la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua, pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporación directa, a la transpiración por las plantas y animales y por sublimación (paso directo del agua sólida a vapor de agua).
La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrológico, por el fenómeno de sublimación es insignificante en relación a las cantidades movidas por evaporación y por transpiración, cuyo proceso conjunto se denomina evapotranspiración.
El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa luego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El agua condensada da lugar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitación.
La precipitación puede ocurrir en la fase líquida (lluvia) o en la fase sólida (nieve o granizo). El agua precipitada en la fase sólida se presenta con una estructura cristalina, en el caso de la nieve, y con estructura granular, regular en capas, en el caso del granizo.
El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta directamente a la atmósfera por evaporación; otra parte escurre por la superficie del terreno, escorrentía superficial, que se concentra en surcos y va a originar las líneas de agua. El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puede volver a la atmósfera por evapotranspiración o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas.
El agua que precipita sobre los suelos va a repartirse, a su vez, en tres grupos: una que es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración y dos que producen escurrimiento superficial y subterráneo. Esta división está condicionada por varios factores, unos de orden climático y otros dependientes de las características físicas del lugar donde ocurre la precipitación.
El ciclo hidrológico puede ser visto, en una escala planetaria, como un gigantesco sistema de destilación, extendido por todo el Planeta. El calentamiento de las regiones tropicales debido a la radiación solar provoca la evaporación continua del agua de los océanos, la cual es transportada bajo forma de vapor de agua por la circulación general de la atmósfera, a otras regiones.
Durante la transferencia, parte del vapor de agua se condensa debido al enfriamiento y forma nubes que originan la precipitación. El regreso a las regiones de origen resulta de la acción combinada del escurrimiento proveniente de los ríos y de las corrientes marinas.
Los microorganismos pueden cambiar el estado de oxidación o de modificación (metilación,. por ejemplo) de metales pesados de manera que aumenten o disminuyan su toxicidad o su adsorción a las membranas y estructuras biológicas, lo que influye determinantemente en su acumulación a lo largo de la cadena trófica.
