Ciclo del carbono: fijación y retorno
El carbono es la base de toda la materia orgánica. Su ciclo global comienza con la fijación, cuando las plantas, las algas y las cianobacterias capturan dióxido de carbono ($CO_2$) de la atmósfera. Este proceso se lleva a cabo gracias a los mecanismos de la fotosíntesis.
Cuando los organismos vivos mueren, los microbios entran en acción, iniciando el proceso de retorno del carbono mediante la descomposición de los restos orgánicos. La velocidad y los productos de esta descomposición dependen del acceso al oxígeno:
- Descomposición aeróbica: ocurre con la participación de oxígeno. Las moléculas orgánicas se oxidan por completo, y los productos finales son dióxido de carbono ($CO_2$) y agua común ($H_2O$).
- Fermentación anaeróbica: ocurre en un entorno sin oxígeno. La materia orgánica no se descompone por completo, por lo que, además del $CO_2$, se forman diversos ácidos y alcoholes.
Tipos de fermentación anaeróbica
Dependiendo del aparato enzimático de microorganismos específicos, se distinguen varias vías de fermentación de carbohidratos.
| Tipo de fermentación | Microorganismos principales | Productos finales |
|---|---|---|
| Alcohólica | Levaduras | Alcohol etílico y $CO_2$ |
| Láctica | Bacterias ácido lácticas | Ácido láctico, ácido acético, $CO_2$ |
| Propiónica | Propionibacterias | Ácido propiónico y otros ácidos, $CO_2$ |
| Butírica | Clostridios (fermentación acetobutílica) | Ácido butírico y ácidos correspondientes, $CO_2$ |
Ciclo del nitrógeno: fijación y descomposición de proteínas
El ciclo del nitrógeno es más complejo que el del carbono y depende críticamente de la actividad bacteriana en todas sus etapas. Primero, el nitrógeno atmosférico debe ser «fijado», es decir, convertido en una forma combinada. De esto se encargan los microorganismos del suelo de vida libre y las bacterias nodulares que establecen simbiosis con las plantas.
La siguiente etapa crucial es la amonificación, o mineralización del nitrógeno. Se trata de la conversión del nitrógeno orgánico complejo (acumulado en cadáveres de animales, restos vegetales y en los propios microbios) en compuestos simples de amonio. La destrucción de proteínas es llevada a cabo por pseudomonas, bacilos, clostridios y bacterias del género Proteus.
La descomposición de proteínas también tiene dos escenarios:
- Aeróbico: se forman amoníaco, sulfatos, agua y $CO_2$.
- Anaeróbico (putrefacción): va acompañado de la formación de amoníaco, aminas, ácidos orgánicos y $CO_2$. Es precisamente durante la putrefacción cuando se liberan sustancias tóxicas y fétidas: sulfuro de hidrógeno ($H_2S$), indol y escatol.
Nota: Cabe destacar por separado a las urobacterias. Están especializadas en la degradación de la urea, transformándola en amoníaco, dióxido de carbono y agua.
Nitrificación y desnitrificación
Las plantas son capaces de asimilar las sales de amonio formadas durante la fermentación, pero su forma más fácilmente asimilable son los nitratos (sales del ácido nítrico). El proceso de conversión del amoníaco en nitratos se denomina nitrificación. Aumenta la fertilidad del suelo y se desarrolla en dos fases estrictas:
- Primera fase: las bacterias del género Nitrosomonas oxidan el amoníaco a ácido nitroso (se forman nitritos).
- Segunda fase: las bacterias del género Nitrobacter continúan la oxidación, convirtiendo el ácido nitroso en ácido nítrico (se forman nitratos).
Paralelamente, en el suelo ocurre el proceso inverso: la desnitrificación. En este proceso, los microorganismos reducen los nitratos útiles a nitrógeno molecular libre, el cual se volatiliza de regreso a la atmósfera. Esto conduce al agotamiento de las reservas de sales de nitrógeno y a una disminución constante de la fertilidad del suelo.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué tipos de bacterias son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico?
Tienen la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico los microorganismos simbióticos y de vida libre. Entre ellos se encuentran:
- Bacterias nodulares: actúan como simbiontes.
- Bacterias del suelo de vida libre (Azotobacter, Azomonas, Mycobacterium): asimilan el nitrógeno molecular.
- Cianobacterias (algas verdeazuladas): se emplean en la agrotecnia para mejorar la fertilidad.
- Nitrobacterias (bacterias nitrificantes): también son capaces de fijar nitrógeno.
¿Qué complejo enzimático es responsable de la fijación del nitrógeno atmosférico?
La fijación y reducción del nitrógeno atmosférico en las células bacterianas corre a cargo de la enzima clave nitrogenasa. Esta enzima compleja permite llevar a cabo reacciones que son difíciles de realizar en las condiciones de la química inorgánica. Con su ayuda, el nitrógeno molecular se reduce directamente dentro de la célula bacteriana, tras lo cual se convierte en los compuestos orgánicos necesarios. El proceso se desarrolla en condiciones moderadas a temperatura y presión normales. Actualmente no es posible reproducir artificialmente el trabajo de la nitrogenasa.
Para no confundir las fases de nitrificación y las bacterias: la primera fase es Nitrosomonas (terminación -monas, de la palabra «mono», uno — primer paso, nitritos). La segunda fase es Nitrobacter (de la palabra «bacteria», más larga, etapa final — nitratos).
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué consiste la amonificación?
Es el proceso de mineralización mediante el cual el nitrógeno procedente de restos orgánicos (proteínas) se convierte en compuestos de amonio.
¿Qué bacterias provocan la fermentación láctica y butírica?
La fermentación láctica es llevada a cabo por bacterias ácido lácticas, mientras que la butírica y la acetobutílica son realizadas por bacterias del género Clostridium.
¿Por qué la desnitrificación se considera un proceso negativo para la agronomía?
Durante la desnitrificación, los nitratos del suelo se reducen a nitrógeno atmosférico libre, lo que priva a las plantas de su forma de nutrición más fácilmente asimilable y reduce la fertilidad de la tierra.
Qué más repasar sobre el tema
- El papel de las pseudomonas, Proteus y bacilos en la destrucción aeróbica de moléculas proteicas
- Especificidad de las urobacterias: mecanismos y enzimas de degradación de la urea
- Diferencias entre la descomposición aeróbica de proteínas y la putrefacción anaeróbica
- Simbiosis de bacterias nodulares y plantas superiores en la fijación del nitrógeno
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