Cuestionario de Ciclos Biogeoquímico: C, H y O 1.-¿Qué incluye el estudio de un ciclo biogeoquímico

Cuestionario de Ciclos Biogeoquímico: C, H y O

1.- ¿Qué incluye el estudio de un ciclo biogeoquímico?
El estudio de un ciclo biogeoquímico describe el movimiento y la conversión de materiales por la actividad bioquímica que se producen en la atmosfera y en la hidrosfera. Ciclos biogeoquímicos incluyen transformaciones físicas, como una disolución, precipitación, volatilización y fijación; transformaciones químicas como la biosíntesis, biodegradación y biotransformaciones óxido reductoras; y varias combinaciones de cambios físicos y químicos
2.- ¿Qué características tienen los microorganismos que los hacen tan importantes en los ciclos biogeoquímicos?
Su ubiquidad, sus diversas capacidades metabólicas y sus altas capacidades enzimáticas.
3.- ¿Qué elementos se reciclan más? ¿Cuáles después? Y ¿cuáles son las excepciones?
La mayoría de los elementos que componen a los organismos vivos (H, O, N, P y S) son reciclados más intensamente, elementos menores (Mg, K, Na y alógenos) y oligoelementos (B, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Se, Sn, V y Zn) son requeridos en menores cantidades y son reciclados menos intensamente. Los elementos menores y los oligoelementos (Fe, Mn, Ca y Si) son excepciones
4.- Defina "Reservorio", mencione sus características y como se pueden ver afectados
Las distintas formas químicas de un elemento en particular son conocidas como reservorios. Están constituidos por diversos compuestos químicos de cada elemento. Las reservas globales suelen ser estables en el marco de tiempo de la historia humana, pero pueden experimentar cambios a lo largo de las eras geológicas.
El tamaño del reservorio es una variable extremadamente importante que hay que considerar en conexión con posibles perturbaciones del sistema del reciclado. En los ciclos biogeoquímicos, los reservorios pequeños y con un reciclado activo son los más propensos a alteraciones por causas naturales y por la intervención humana ya que intervienen en los ciclos biogeoquímicos y estos pueden originar cambios en la tasa de transferencia de los elementos entre reservorios y en tamaño de los reservorios de algunos elementos.
5.- Explique cómo se relacionan los diferentes ciclos biogeoquímicos
Los ciclos biogeoquímicos (Hidrogeno, Carbono y Oxigeno) son reciclados mediante los mismos procesos opuestos de fotosíntesis y respiración. El O2 y el H participan en la oxidación aeróbica y en la anaeróbica del C orgánico, así como en la reducción del CO2
6.- Mencione los principales reservorios disponibles del C
Atmosfera antes de 1850 con 560 a 610 miles de millones de toneladas de carbono
Atmosfera en 1978 con 692 miles de millones de toneladas de carbono.
Agua de mar y agua dulce
Carbono inorgánico con 35.000 miles de millones de toneladas de carbono
Carbono orgánico disuelto con 1000 miles de millones de toneladas de carbono
Biota del suelo de 600 a 900 miles de millones de toneladas de carbono
Materia orgánica del suelo con 1500 miles de millones de toneladas de carbono
Sedimentos con 10.000.000 miles de millones de toneladas de carbono
Combustibles fósiles con 10.000 miles de millones de toneladas de carbono
7.- Describa el fenómeno del "Efecto invernadero" y sus consecuencias
Fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de la atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado por la radiación solar. Afecta a todos los cuerpos planetarios dotados de atmósfera. De acuerdo con la mayoría de la comunidad científica, el efecto invernadero se está viendo acentuado en la Tierra por la emisión de ciertos gases, como el dióxido de carbono y el metano, debido a la actividad humana
Las principales consecuencias del efecto invernadero son la deforestación, desertificación, inundación, huracanes, tifones, sequía y la fusión de los casquetes polares.
8.- ¿Qué es una red trófica?
Es el conjunto de cadenas alimenticias por las cuales sustancias nutritivas o alimentos van pasando entre organismo de diferentes especies. Cada transferencia de nutrientes ocurre por pasos y son llamados niveles tróficos.
9.- ¿Importancia del ciclo de Calvin en el reciclaje del C?
Es la principal vía metabólica para la fijación del CO2.
10.- Mencione los diferentes papeles de los microorganismos en el ciclo del C.
Microorganismos fotosintéticos: la principal vía metabólica de fijación fotosintética de CO2 es el ciclo de Calvin. En la producción primaria mediante conversión de la energía luminosa en energía química almacenada.
Los microorganismos son capaces de incorporar Co2 a través del sistema del fosfoenol piruvato carboxilasa, en el caso de microorganismos heterótrofos cambia, no ocurre la fijación de CO2; algunos organismos quimiolitotroficos ya sea en lugar de o además de la adición del ciclo de la pentosa fosfato a la red de fijación del CO2
11.- ¿Cómo se lleva la red trófica de los MO en el ciclo del C?
El CO2 se trasforma en C orgánico por los productores primarios (Productividad primaria bruta) una parte de la producción bruta se convierte en CO2 mediante la respiración de los productores primarios. El C orgánico restante es la producción primaria neta disponible para los consumidores heterótrofos; estos completan el ciclo del Carbono convirtiendo el CO2 formado por los productores primarios.
12.- ¿Cómo se pueden medir las tasas de producción primaria en base al O2?
La cantidad de O2 producido en la luz se puede utilizar como una medida de la productividad fotosintética primaria neta, el oxígeno consumido en la oscuridad puede ser añadido a la cantidad medida de O2 generado en la luz para estimar la productividad primaria bruta.
13.- ¿Por quién es producida la producción primaria en las zonas limneticas del océano?
La cadena trófica completa está basada en principales productores microbianos, predominantemente algas plantónicas unicelulares y cianobacterias.
14.- Haga un cuadro comparativo de ambientes marinos y terrestres y sus cadenas tróficas
Ambiente

Factores bióticos
Factores abióticos
Cadenas tróficas
Acuático
Son todos aquellos ecosistemas que tienen por biotopo algún cuerpo de agua, como pueden ser ríos, lagos, pantanos y demás fuentes. Los dos tipos más destacados son: los ecosistemas marinos y los ecosistemas de agua dulce. En un ecosistema acuático el número de especies vegetales y animales que habitan en él, es menor que en uno terrestre. La base nutritiva está en el fitoplancton y en el zooplancton. 
-Productores: vegetales (fitoplancton, algas y plantas acuáticas). 
-Consumidores: animales, primer orden, zooplancton, y de órdenes superiores, moluscos, estrellas, peces, etc. 
-Descomponedores: Hongos y las bacterias. 
- El sol 
- El aire (no sólo el de la atmósfera, sino también el que está disuelto en el agua) 
- Espacio geográfico 
- Relieve 
- Agua 
- Material en suspensión que contienen las aguas y su grado de salinidad 
-La temperatura, El clima, la presión 
En el agua dulce hay trituradores como el plecóptero, que se alimenta de la materia orgánica. El fitoplancton es un productor primario y alimento principal para los herbívoros del fondo. Otro tipo de fitoplancton es comido por el zooplancton. Los consumidores principales de zooplancton son las ballenas y los peces pequeños. Los consumidores secundarios son peces de mayor tamaño que se comen a los peces más pequeños y que a su vez también pueden ser comidos por peces más grandes o por consumidores terciarios.
Terrestre
 Los ecosistemas terrestres son aquellos en los que los animales y plantas viven en el suelo y en el aire. Allí encuentran todo lo que necesitan para vivir. Dependiendo de los factores abióticos de cada ecosistema, existen distintos tipos de hábitat terrestres: desiertos, praderas y selvas. Los distintos vegetales y animales que habitan cada uno de ellos tienen características diferentes, ya que se han adaptado al hábitat en que viven. Cuando se producen cambios y alguna especie no puede adaptarse, muere pudiendo llegar a extinguirse. 
Sobre la superficie terrestre viven numerosas especies de diversos tamaños que van desde los organismos unicelulares hasta Mamíferos y Árboles de gran altura y todos participan en grandes Cadenas tróficas.
 Clima 
- Suelo 
- Disponibilidad de Agua 
-Relieve 
-Altitud 
-Luz 
Estos factores varían las distintas Zonas del Planeta, ya que existen diferentes tipos de CLIMAS, Suelos, Relieves y el desarrollo de los animales y vegetales dependen de esas condiciones ambientales
Entre los productores se encuentran las hierbas, las bayas, las flores y las semillas. Estos productores son consumidos por insectos como las mariposas, además de ser alimento para las aves, las ardillas, los venados y omnívoros como los osos. Las aves también se alimentan de los insectos y de pequeños mamíferos, y los osos se comen a los pequeños mamíferos que consumen a los productores también. Cuando estos animales mueren, son descompuestos por los hongos y los insectos y luego se usan como fertilizante para los productores.

15.- Realice un cuadro comparativo: metabolismo aerobio vs. Anaerobio con los datos (características) dadas en el apartado "Carbon Cycling Within Habitats"
Hábitat
Características
Aerobio
La capacidad de degradar nutrientes orgánicos sencillos y de algunos biopolímeros, como el almidón, la peptina.
La pueden realizar tanto microorganismos y macro-organismos.
Producen más energía para las células.
Predomina la respiración sobre la fermentación
La respiración completa conduce a la producción de CO2
Anaerobio
Los microorganismos son los únicos que pueden realizar la degradación anaerobia.
La fermentación necesita consumir más materia orgánica.
Causa la acumulación de alcoholes y ácidos orgánicos de bajo peso molecular.

16.- Realice un cuadro comparativo Metanogénesis vs. Acetogénesis, que contenga: Reacciones principales, energía producida, enzimas principales, microorganismos que lo llevan a cabo, ambientes donde se lleva a cabo, etc. (los que le parezcan importantes)

Energía Producida
Enzimas Principales
Microorganismos participantes
Ambientes en donde ocurre
Reacciones

Acetogénesis
-107.5 kJ/mol


-----------------------------

Son quimioautotrofos anaerobios facultativos: Clostridium thermoaceticum y Acetobacterium woodii.

Comparten ambientes con los Metanogenos (mayor tolerancia al pH)
2CO2+ 4H2 CH3COOH+ 2H2O

Metanogénesis

-135.6 kJ/mol

Tetrahidrometanopterina, acido 2- metil tiotanosulfónico

Ácido 2-mercaptoetanosulfónico,
monóxido de carbono deshidrogenasa

Acetil- CoAsintasa

Son exclusivos del grupo Arquea y anaerobios: Methanosarcina barkeri, Syntrophobacter, Methylomomas.


Agua anoxica, mantos acuíferos
HCO3- + H + 4H2 CH4+3H2O


17.- Diga de que formas (biológicas o no) se produce CO
Biológicamente se produce CO durante la respiración animal y de microorganismos por la ruptura de compuestos hemo. Otra fuente biológica es una reacción fotoquímica secundaria de la fotosíntesis, la quema de biomasa, fotoxidación.
18.- Escriba las bacterias y reacciones que procesan el CO aeróbica y anaeróbicamente.
Carboxidobacterias: CO + H2O CO2 + H2
Metanogenos: CO + 3H2 CH4 + H2O
Acetógenos: 2CO + 2H2 CH3COOH
19.- Enliste 3 limitaciones microbianas del ciclo del C
Ciertas condiciones ambientales que son adversas, la falta de O, acidez elevada, altas concentraciones de fenoles y taninos, impiden la degradación de algunas sustancias orgánicas.
Compuestos orgánicos que son resistentes al ataque enzimático, algunos no son aptos para la degradación enzimática (recalcitrantes).
Algunas transformaciones del C orgánico, por ejemplo la producción de polímeros como los ácidos húmicos del suelo, reducen la velocidad de reciclado o inmovilizan esa parte de C y energía almacenada.
20.- Realice un cuadro comparativo "Degradación Microbiana de: polisacáridos vs lignina", que contenga: Reacciones principales, energía producida, enzimas principales, microorganismos que lo llevan a cabo, ambientes donde se lleva a cabo, etc. (los que le parezcan importantes)

Energía Producida
Enzimas Principales
Microorganismos participantes
Ambientes en donde ocurre

Polisacáridos

Muy poca producida por fermentación

Enzima C1,

Enzima C3 o β- 1 – 4- glucanasa,

Β-glucosidasa

Quitinasas

Hongos del género: Aspergillus, Fusarium, Phoma, Trichoderma.

Bacterias del género: Cytophoga, Vibrio, Polyangium, Cellulomonas, Streptomices y Nocardia.


Terrestres

Lignina

Es mayor que la producida por polisacáridos

Oxidasas y Peroxidasas

Hongos: Polyporus, Poria, Fomes, Agaricus, Pleurotus, Collybia, Schizophyllum y Fusarium.

Bacterias: Arthorobacter, FLavobacterium, Micrococcus y Pseudomonas



Terrestre



21.- Complemente y traduzca (español) el diagrama ilustrado en la Figura 10.8, para explicar la biodegradación en los ambientes acuáticos.

22.- Mencione los reservorios naturales y mecanismos de producción de H y H2
La mayor reserva de hidrogeno es el agua. Los hidrocarburos fósiles líquidos y gaseosos constituyen una reserva abundante de H inerte. La materia viva o muerta constituyen depósitos relativamente pequeños, pero de reciclado activo.

23.- ¿Por qué la cantidad de H2 es menor a la esperada en la atmósfera y materia orgánica viva y muerta?
La explicación más plausible perece ser que la cantidad de hidrogeno que la falta puede haberse perdido en el espacio. Los procesos microbianos que utilizan H2 y CH4 e impiden así su escape a la atmosfera, minimizan las perdidas actuales de H2. El H2 gaseoso libre se produce biológicamente en fermentaciones anaeróbicas, y también como un subproducto de la fotosíntesis acoplada a la fijación de nitrógeno en las cianobacterias y en asociaciones entre Rhizibium y las plantas leguminosas. El hidrogeno es de origen antropogénico; procede de la combustión de combustibles fósiles y de biomasa, y forman parte de los gases de escape de máquinas de combustión interna. También se produce en la atmosfera por la descomposición fotoquímica del metano.

24.- Mencione las bacterias del H y escriba la ecuación general de su uso
La explicación más plausible perece ser que la cantidad de hidrogeno que la falta puede haberse perdido en el espacio. Los procesos microbianos que utilizan H2 y CH4 e impiden así su escape a la atmosfera, minimizan las perdidas actuales de H2.
6H2+ 2O2+ CO2 CH2O+ 5H2O
25.- Describa el proceso de reciclaje del H y H2
Los procesos más importantes de reciclado del H2, la fotosíntesis la respiración, normalmente no conducen a la producción ni al proceso de H2. En cambio, los electrones del H2S o de algunos compuestos orgánicos de bajo peso molecular se utilizan directamente en la fotosíntesis para reducción del CO2 .
26.- Mencione los reservorios de Oxígeno
Los grandes reservorios de minerales reducidos como el hierro ferroso y los sulfuros. Los Carbonatos oxigeno atmosférico y el nitrato, oxigeno de materia viva o muerta.
27.- ¿En qué casos se usa en O como acepto final de e-? y ¿Qué da paso a otro tipo de metabolismos?
Durante la degradación de materia orgánica y la oxidación de compuestos químicos inorgánicos reducidos.
La reducción del sulfuro, hierro férrico y de manganeso oxidado inicia con el agotamiento de O en un ambiente. Si esos aceptores no están disponibles, las únicas opciones metabólicas posibles son las fermentaciones y la metalogénesis
28.- ¿Cómo se puede restaurar las concentraciones de O al ambiente?
Por los procesos equilibrados de fotosíntesis y respiración de los tres materiales: CO2, O2 y H2O.
29.- ¿Cómo se forma el ozono y cuáles son sus consecuencias?
La radiación ionizante transforma parte del oxígeno molecular en O3. El ozono no está sujeto directamente a reciclado biogeoquímico. No obstante, el deposito relativamente pequeño de ozono atmosférico está sujeto a perturbación por la actividad humana y por alteraciones en el proceso biogeoquímico de desnitrificación y de metanogénesis.