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CICLOS BIOGEOQUÍMICOS II

Docente: M. Sc. Ronald Gutierrez Moreno Facultad : Ingenieria/ Escuela : Ing. Civil y Ambiental Curso: Bioquímica para Ing. Ambientales

Bioquímica para Ing. Ambientales

CICLO DEL CARBONO FUENTES DE CARBONO

En la atmosfera como CO2

En la litosfera como carbonatos metálicos como CaCO3 Ponente / Docente Facultad / Escuela / Programa

En la hidrosfera como CO2 disuelto y iones CO3-2 y HCO3-2

En la biosfera elemento principal de seres vivos

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•Los organismos productores, tanto terrestres como acuáticos, incorporan el carbono en forma de CO2 mediante la fotosíntesis, formando moléculas orgánicas ( glúcidos, proteínas)

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Los organismos incorporan el carbono mediante la alimentación

Bioquímica para Ing. Ambientales

Mediante la respiración se desprende CO2 de nuevo a la atmósfera.

• La descomposición de la materia orgánica muerta por los descomponedores también libera CO2 a la atmósfera.

• Restos orgánicos pueden quedar enterrados en condiciones anaeróbicas y formar con el tiempo carbón, petróleo o gas natural. La quema de los combustibles fósiles por el ser humano devuelve a la atmósfera el CO2 enterrado hace millones de años.

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FOTOSINTESIS Fase Lumínica Depende de la luz solar (sin ella no ocurre) Creación de moléculas energéticas que se usaran en la fase oscura (ATP y NADPH)

Fase Oscura

No depende de la luz solar Creación de enlaces C – C que permiten la fabricación de carbohidratos energéticos (Glucosa) Ocurre en la membrana Ocurre en el estroma del del Tilacoide (Grana) del cloroplasto. cloroplasto. Ponente / Docente Facultad / Escuela / Programa

Bioquímica

Fase-luminosa La luz solar incide sobre la clorofila y estimula a un electrón, luego mediante una serie de reacciones de transporte de electrones la energía se convierte en ATP y NADPH. Estas moléculas energéticas serán usadas en la fase oscura. Este proceso ocurre en la membrana de los Tilacoides, donde se encuentran los Fotosistemas, que son unidades que captan energía y que poseen un conjunto de pigmentos concentrados en un lugar llamado Antera. La energía se dirige al centro de reacción donde se encuentra la clorofila y se inicia la fotosíntesis.

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Bioquimica para Ing. Ambientales

Fase Luminosa

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Nombre del Programa

Ciclo-de-Calvin

-

El proceso de síntesis de compuestos de carbono fue descubierta por Melvin Calvin y por ello se llama el ciclo de Calvin - El ciclo de Calvin tiene lugar en el estroma de los cloroplastos, los orgánulos fotosintéticos. - En este proceso extremadamente importante, el dióxido de carbono gaseoso queda atrapado en una molécula orgánica, el 3-fosfoglicerato, que tiene muchos destinos bioquímicos

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- Intervienen muchos metabolitos intermediarios que, al final, fijan el dióxido de carbono atmosférico, introducido en el vegetal por los estomas de las hojas, a compuestos existentes en el estroma del cloroplasto y que conducen a la síntesis de materia orgánica compleja (pentosas, hexosas, disacáridos, almidón, ácidos grasos y aminoácidos)

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FASE OSCURA - CICLO DE CALVIN 3 x CO2

FASE LUMINICA FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO Cadena de transporte electrónico

Fotosistema II e-

e-

Fotosistema I eeNADP+

NADPH

+ + H H

+H

+

eADP

O2

H H

P

P

FIJACIÓN DEL CO2

3 x ribulosa 1,5 bifosfato

6 x 3-fosfoglicerato

6 X ATP

3 x ADP

H2O

++ +

P

+

+ Pi

eATP

Fotón

6 x ADP

3 x ATP

Fotón

REGENERACIÓN DEL RECEPTOR DEL CO2

e-

e-

6 x NADPH

P

Cadena de transporte electrónico

+H+

5 x gliceraldehido 3-fosfato ADP

P

+ Pi

ATP

P

6 x 1,3-bifosfoglicerato

FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO Fotosistema I

P

REDUCCIÓN

6 x gliceraldehido 3-fosfato

6 x NADP 6 x Pi

e-

Fotón P

1 x gliceraldehido 3-fosfato Ponente / Docente Facultad / Escuela / Programa

GLUCOSA Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS

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Ciclo del Carbono

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- El carbono es el primer y principal elemento de la estructura de los seres vivos. - Se presenta en forma de CO2, carbonatos, combustibles fósiles y como parte de los tejidos vivos. - El carbono es absorbido por las plantas para ser usado en la fotosíntesis y transformado en carbohidratos (glucosa).

Las plantas son ingeridas por los animales y los carbohidratos son incorporados a éstos. - Al ser devorado el animal, el carbohidrato pasa al protoplasma del otro animal. - Algunos átomos de carbono retornan a la atmósfera como CO2 a través de la respiración. -

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Emisiones de CH4 Origen

Masa (Tg/año)

Porcentaje (%/año)

Total (%/año)

Emisiones naturales Humedales (incl. arrozales)

225

83

37

Termitas

20

7

3

Océano

15

6

3

Hidratos

10

4

2

Total Natural

270

100

45

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Emisiones Antropogénicas Energía

Masa (Tr/año) 110

Porcentaje (%/año)

Total (%/año)

33

18

Basureros

40

12

7

Ganadería de Rumiantes (bovinos)

115

35

19

Tratamiento de desechos

25

8

4

Combustión de Biomasa

40

12

7

Total Antropogénico

330

100

55

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Ciclo-del-Metano

-

Metanogénesis: Formación de metano (CH4) por bacterias metanógenas es una desviación del ciclo del carbono llevada a cabo por arqueobacterias. - El metano no es utilizable por otros organismos. - Producción de metano por reducción de CO2: CO2 + 4 H2 → CH4 + 2H2O - Producción de metano a partir de moléculas orgánicas: - Las bacterias metanógenas pueden producir también metano a partir de sustratos orgánicos sencillos como el ácido acético, el formiato, el metanol, la metilamina, etc CH3COOH→CH4+CO2

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Ocurrencia de la Metanogénesis - Los organismos capaces de realizar la metanogénesis se llaman metanógenos. Los microbios que realizan la metanogénesis no tienen núcleo ni orgánulos separados por membranas (es decir, son procariotas). - Los metanógenos son un grupo muy antiguo de organismos, miembros de las arqueobacterias. - Los metanógenos son anaerobios (mueren en presencia de oxígeno), por lo que sólo se encuentran en entornos en los que el oxígeno es reducido. - Sobre todo son entornos que experimentan una descomposición de materia orgánica, como terrenos pantanosos, el tracto digestivo de los animales y sedimentos acuáticos. Ponente / Docente Facultad / Escuela / Programa

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Importancia de la Metanogénesis - La metanogénesis es útil para la humanidad. Mediante ella, los residuos orgánicos se pueden convertir en el útil biogas metano. - La metanogénesis se da en el intestino de muchos animales. - Aunque se piensa que la metanogénesis no es esencial para la digestión humana, es necesaria en la nutrición de los animales rumiantes, como las vacas y las cabras. - En el rumen, organismos anaeróbicos (incluyendo metanógenos) digieren la celulosa en formas utilizables por el animal. Sin los microbios del rumen, las vacas no podrían sobrevivir sin ser alimentadas con una dieta especial. Ponente / Docente Facultad / Escuela / Programa