ESCUELA NACIONAL PREPARATORIA NUMERO 2       “ERASMO CASTELLANOS QUINTO”        TEMAS SELECTOS DE BIOLOGÍA                ...
Bacterias culpables de la fijación del nitrógeno en las leguminosas.                                                      ...
Desarrollo.Para empezar debemos de saber que muchos de los aspectos importantes de nuestro sistema deagricultura y es más ...
El ciclo del nitrógeno tiene seis etapas, de                                                       las cuales sólo la asim...
liberando el nitrógeno al medio, bajo la forma de amonio (NH3). En este nuevo proceso deintegración de nitrógeno al ciclo,...
La primera fuente contribuye con más de              toneladas métricas de nitrógeno fijado por añoen todo el mundo; a niv...
Fijación biológica. La otra forma de fijación del nitrógeno es la forma biológica que se lleva a cabo ya sea por microorga...
En las células vegetales donde residen los bacteroides se encuentra un pigmento llamadoleghemoglobina, que se une reversib...
como única fuente de nitrógeno, aunque el sistema donador de hidrogeno estaba presente aun encantidades normales. Una terc...
nitrógeno. A su vez, esta información es de gran valor para las prácticas agrícolas. (Erich E.Conn, 1998)Ideas para crear ...
fijación no biológica que al ser utilizada para crear potentes fertilizantes y ser estos utilizados laacidez del suelo aum...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Microbiologia y ecologia

7.188 visualizaciones

Publicado el

Publicado en: Educación
0 comentarios
1 recomendación
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
7.188
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
2
Acciones
Compartido
0
Descargas
40
Comentarios
0
Recomendaciones
1
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Microbiologia y ecologia

  1. 1. ESCUELA NACIONAL PREPARATORIA NUMERO 2 “ERASMO CASTELLANOS QUINTO” TEMAS SELECTOS DE BIOLOGÍA GRUPO 600CInvestigación: Las bacterias y la fijación de nitrógeno en las plantas. INTEGRANTES DEL EQUIPO: AYALA BUTANDA CITLALLI ROXANA MERÁZ ACEVEDO ADRIÁN SEBASTIÁN RIVAS MEZQUITA LUISA ANDREA SÁNCHEZ GARCÍA KARLA EDITH URIBE MEJÍA MÓNICA PAMELA
  2. 2. Bacterias culpables de la fijación del nitrógeno en las leguminosas. Introducción. Los microorganismos son componentes indispensables de nuestro ecosistema y cumplen funciones muy importantes. La ciencia de la microbiología se encuentra y utiliza en diferentes ámbitos, en este caso tocaremos el tema de la microbiología y su relación con el ecosistema, para esto se estudia el papel que tienen estos microorganismos en la biosfera.Nuestra investigación estará centrada en el papel de las bacterias sobre las leguminosas paraque estas puedan tener la capacidad de fijar el nitrógeno y aprovecharlo de varias formas. Setocara el tema del ciclo del nitrógeno, la fijación del nitrógeno, en que consiste, el proceso con elque se lleva a cabo en las plantas y la importancia de este, así como los microorganismoscausantes de este proceso, también se mencionaran los beneficios que trae consigo a la planta lafunción de estas bacterias, de qué forma lo hacen y su importancia a nivel ecológico y social.Objetivo.Con este trabajo se pretende demostrar el papelfundamental que cumplen los microorganismos eneste proceso (el proceso de fijación del nitrógenopor medio de nódulos en las plantas deleguminosas y los beneficios que esto contrae);que pocas veces es conocido por las personas yque si es conocido no se sabe que los microorganismos tienen el crédito de que esto suceda.Es decir se pretende informar acerca de la relación entre microorganismos y ecología visto desdeuna perspectiva tanto científica como social.
  3. 3. Desarrollo.Para empezar debemos de saber que muchos de los aspectos importantes de nuestro sistema deagricultura y es más en el funcionamiento de los ecosistemas dependen por completo de lasactividades microbianas.Hay microorganismos que llevan a cabo la fijación del nitrógeno estos utilizan el NH3 paraproducir los componentes nitrogenados (proteínas, ácidos nucléicos, pigmentos) de sus tejidos. Elexceso de nitrógeno fijado puede excretarse al suelo u otros medios en los cuales crece elorganismo que fija este elemento. Hay estudios acerca de cómo algunas leguminosas en arena decultivo excretan NH3. Las cianobacterias (los organismos antiguos que se caracterizan porconjugar el proceso de la fotosíntesis oxigénica con una estructura celular típicamente bacteriana.Son las responsables de la primera acumulación de oxígeno en la atmósfera) ,excretan tambiénNH3, así como aminoácidos y péptidos. Si la fijación del nitrógeno se da en el suelo puede entraral proceso de nitrificación. (Burns, 2003)La nitrificación es la etapa del ciclo del nitrógeno que selleva a cabo en los suelos.Es decir las plantas que logran establecer una relación con microorganismos son beneficiadas encuanto a crecimiento, y colonización de suelos en los que sería imposible, pero a pesar del hechode que el NH3 es la forma en la cual el nitrógeno puede entrar o incorporarse al suelo(nitrificación), poco NH3 existe en este. Los estudios indican que este compuesto se oxidarápidamente hasta ion nitrato; este último representa la fuente principal de nitrógeno para lasplantas no fijadoras de este elemento. La oxidación del NH3 es llevada a cabo por dos grupos debacterias conocidas como bacterias nitrificantes, estas son la fuente que da como resultado lafotosíntesis pues lo que hace la planta es obtener energía para crecer de la oxidación decompuestos orgánicos simples.Entonces con esto se deduce que no todas las plantas u organismos tienen la capacidad de fijarel nitrógeno. Introducción a la definición de fijación del nitrógeno.El nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera de nuestro planeta y como otroselementos de la tierra, el nitrógeno posee un ciclo de suma importancia, ya que juega un papelfundamental en la cadena alimenticia al fijarse en determinados microorganismos convertirse enproteína vegetal y aminoácidos.
  4. 4. El ciclo del nitrógeno tiene seis etapas, de las cuales sólo la asimilación no es realizada por bacterias: 1. Fijación. La fijación biológica del nitrógeno consiste en la incorporación del nitrógeno atmosférico, a las plantas, gracias a algunos microorganismos, principalmente bacterias y cianobacterias que se encuentran presentes en el suelo y en ambientes acuáticos. Esta fijación se da por medio de la conversión de nitrógeno gaseoso (N2) en amoniaco (NH3) o nitratos (NO3-). Estos organismos usan la enzimanitrogenada para su descomposición. Sin embargo, como lanitrogenasa sólo funciona en ausencia de oxígeno, las bacterias deben de alguna forma aislar laenzima de su contacto. Algunas estrategias utilizadas por las bacterias para aislarse del oxígenoson: vivir debajo de las capas de moco que cubren a las raíces de ciertas plantas, o bien, vivirdentro de engrosamientos especiales de las raíces, llamados nódulos, en leguminosas como losporotos (parecidas a las alubias),las arvejas y árboles como el tamarugo (Rhizobium).La relación entre Rhizobium y sus plantas huéspedes es mutualista: las bacterias recibencarbohidratos elaborados por la planta, y la planta recibe nitrógeno en una forma asimilable.2. Nitrificación o mineralización.Solamente existen dos formas de nitrógeno que son asimilables por las plantas, el nitrato (NO3-) yel amonio (NH4+). Las raíces pueden absorber ambas formas, aunque pocas especies prefierenabsorber nitratos que amoniaco. El amonio es convertido a nitrato gracias a los microorganismosautótrofos por medio de la nitrificación. La modificación de NH4+ a NO3- depende de latemperatura del suelo.3. Asimilación. La asimilación ocurre cuando las plantas absorben a través de sus raíces, nitrato(NO3-) o amoniaco (NH3), elementos formados por la fijación de nitrógeno o por la nitrificación.4. Amonificación. Los compuestos proteicos y otros similares, que son los constitutivos en mayormedida de la materia nitrogenada aportada al suelo, son de poco valor para las plantas cuando seañaden de manera directa. Así, cuando los organismos producen desechos que contienennitrógeno como la orina (urea), los desechos de las aves (ácido úrico), así como de losorganismos muertos, éstos son descompuestos por bacterias presentes en el suelo y en el agua,
  5. 5. liberando el nitrógeno al medio, bajo la forma de amonio (NH3). En este nuevo proceso deintegración de nitrógeno al ciclo, las bacterias fijadoras llevan a cabo la digestión enzimática, porlo que el amonio se degrada.5. Inmovilización. Es el proceso contrario a la mineralización, por medio del cual las formasinorgánicas (NH4+ y NO3-) son convertidas a nitrógeno orgánico y, por tanto, no asimilables.6. Desnitrificación. La reducción de los nitratos (NO3-) a nitrógeno gaseoso (N2), y amonio(NH4+) a amoniaco (NH3), se llama des nitrificación, y es llevado a cabo por las bacterias desnitrificadoras que revierten la acción de las fijadoras de nitrógeno, regresando el nitrógeno a laatmósfera en forma gaseosa. Este proceso ocasiona una pérdida de nitrógeno para el ecosistema.(Conn, 1998)Una vez que ya sabemos el ciclo del nitrógeno centrémonos en la etapa de la fijación del mismo.El tercer proceso fundamental en la naturaleza que es llevado a cabo por las células vivas apartede la fotosíntesis y la respiración es la fijación del nitrógeno. Este proceso forma parte del ciclode reacciones conocido como el ciclo del nitrógeno. Los átomos de nitrógeno de estoscompuestos (como pueden ser proteínas, aminoácidos, vitaminas entre otras), viajan finalmente alciclo del nitrógeno, en el cual el nitrógeno de la atmosfera sirve de reservorio. El nitrógeno esremovido de este último por el proceso de fijación; luego es reciclado por el proceso de desnitrificación.En el ciclo del nitrógeno pueden considerarse componentes los compuestos inorgánicos delnitrógeno y los compuestos que si son orgánicos. Los primeros incluyen gaseoso, , ion nitrato ( ), ion nitrito ( ) e hidroxilamina ( ). Así en la naturaleza, el nitrógeno puede existir ya sea en una forma altamente oxidada o en un estado altamente reducido. Para el crecimiento de las plantas, el nitrógeno debe existir en una forma disponible, a saber, amoniaco o ion nitrato; el primero deriva de dos fuentes importantes, a saber, la fijación biológica del nitrógeno y los fertilizantes nitrogenados. (Conn, 1998)
  6. 6. La primera fuente contribuye con más de toneladas métricas de nitrógeno fijado por añoen todo el mundo; a nivel mundial se producen toneladas de fertilizantes nitrogenados.( Erich E. Conn, 1998)El nitrógeno se puede fijar de diferentes maneras.Fijación No biológica:La fijación no biológica del nitrógenose define como la conservación del molecular en una de las formasinorgánicas dichas anteriormente.La característica distintiva deproceso es la separación de los dosátomos de que están unidos porun triple enlace; el es unamolécula muy estable. La síntesisde NH3 a partir de N del airedesarrollada por Haber y Bosch, puso a disposición un fuente inagotable de fertilizantesnitrogenados esto fue creado a partir de la Segunda Guerra mundial en Alemania. Unaindicación de la naturaleza problemática de esta reacción se observa en las condiciones para lafijación del nitrógeno. El proceso Haber consiste en hacer reaccionar al y el atemperaturas y presiones extremas para formar amoniaco. Este proceso es aun utilizado por laindustria química para la elaboración de fertilizantes químicos. (Erich E. Conn, 1998).Con el uso de estos fertilizantes el suelo y la ecología se ven en peligro pues durante elproceso de nitrificación del NH4 del fertilizante a NO3 se liberan iones H+ que pueden produciracidez en el suelo. El grado de acidez que induce depende de la fuente de N que se utiliza.Entre los fertilizantes nitrogenados de uso más frecuente se encuentran la urea, el nitrato deamonio (NA) y el sulfato de amonio (SA).
  7. 7. Fijación biológica. La otra forma de fijación del nitrógeno es la forma biológica que se lleva a cabo ya sea por microorganismos no simbióticos que pueden vivir independientemente o bien por ciertas bacterias que pueden vivir en simbiosis con plantas superiores. El primer grupo incluye organismos aerobios como Azotobacter, anaerobios del suelo como Clostridium , bacterias fotosintéticas y cianobacterias. El grupo simbiótico incluye bacterias como Rhizobium que viven en simbiosis con miembros de las leguminosas, como el trébol, alfalfa y soya. Las leguminosas no son las únicas plantas superiores capaces de fijar el nitrógeno simbióticamente; alrededor de 190 especies de arbustos y árboles, entre ellos el laurel y aliso son fijadores de nitrógeno. En realidad la fertilidad de los lagos de altas montañas puede estar determinada por la cantidad de alisos que crecen en la vecindad de sus afluentes. (Erich E. Conn, 1998)Fijación simbiótica.Los conceptos de fijación han provenido de las investigaciones en organismos de vida libre comoClostridium pasteurianum una bacteria anaerobia, y Azotobacter vinlandii, una bacteria aerobia.La fijación simbiótica del nitrógeno, que implica tanto leguminosas como bacterias del generoRhizobium, es única y ecológicamente el factor más importante en la fijación biológica delnitrógeno. (Burns, 2003)El sistema radical de leguminosas como trébol, el chícharo y el frijol es infectado por cepasespecíficas de bacterias gramnegativas de vida libre del género Rhizobium. Una vez que elRhizobium penetra los pelos absorbentes del sistema radical de las leguminosas, ocurre una seriede procesos que llevan a la formación en las raíces de tejidos tumorosos, especializados llamadosnódulos, en los cuales se encuentran derivadas células hinchadas, no móviles y no viables delRhizobium original infectante llamados bacteroides. Los bacteroides poseen un sistema denitrogenasa completo que es muy similar en lo que respecta a las propiedades bioquímicas de lossistemas descritos con anterioridad. (Conn, 1998)
  8. 8. En las células vegetales donde residen los bacteroides se encuentra un pigmento llamadoleghemoglobina, que se une reversiblemente al oxigeno de forma similar a lo que ocurre con eloxigeno y la hemoglobina. Después esta leghemoglobina oxigenada transporta el oxigeno a lossitios de fosforilacion oxidativa en el bacteroide, donde se utiliza durante la producción de ATP.Por lo tanto la leghemoglobina funciona como amortiguador para controlar los niveles de oxigeno.(Conn, 1998) Una característica esencial de la Fijación simbiótica es la formación de tejido nodular, que se forma en las raíces de las leguminosas una vez que han sido infectadas por un tipo de Rhizobium específico de la leguminosa. En si la leguminosa no puede fijar el nitrógeno, las bacterias Rhizobium de vida libre fijan el nitrógeno solo cuando crecen en presencia de un suministro limitado de nitrógeno y oxigeno. Sin embargo, cuando están en simbiosis, los organismos del género Rhizobium y la leguminosa interactúan en una relación estrecha para efectuar la formación de nitrógeno orgánico a partir del nitrógeno gaseoso.(Erich E. Conn, 1998). Entonces son los microorganismos de bacterias los que aliados a laleguminosa en la que se encuentren permitan el proceso de fijación del nitrógeno, estosmicroorganismos son los llamados de vida libre, con los cuales se intentaron obtenerpreparaciones libres de células que pudieran fijar el nitrógeno desde 1960. En ese año J.E.Carnahan y colaboradores en du Pont anunciaron la primera reducción en vivo del gas nitrógeno aamoniaco por un extracto hidrosoluble de Clostridium pasteurianum. Descubrieron que para que lafijación ocurra, es necesario añadir grandes cantidades de ácido pirúvico a los extractos, con locual el cetoácido experimentaba degradación fotosintética para dar acetil fosfato, y . Prontose descubrió que el extracto podía separarse en dos sistemas. Uno de ellos, el componentedonador de hidrógenos, es el responsable del flujo de electrones del catabolismo del ácidopirúvico por medio de la ferredoxina al segundo componente, llamado sistema de la nitrogenasa,que participa en la conversión del nitrógeno en amoníaco. (Erich E. Conn, 1998)De esta forma, el piruvato no participaba directamente en la fijación del nitrógeno, sino servía defuente de electrones y el ATP durante su metabolismo. Otra observación importante fue que elsistema de la nitrogenizada faltaba en los extractos de Clostridium cultivados en presencia de NH3
  9. 9. como única fuente de nitrógeno, aunque el sistema donador de hidrogeno estaba presente aun encantidades normales. Una tercera observación fue el descubrimiento de la ferredoxina, la primeraproteína de hierro no hemo en ser aislada y caracterizada. (Erich E. Conn, 1998)Las investigaciones de Carnahan y colaboradores fueron el estimulo para nuevos estudiosllevados a cabo por numerosos investigadores en torno al análisis detallado de esta importanteserie de reacciones. Como resultado se sabe ahora que, no importando si los extractos sepreparan de organismos anaerobio, aerobios, anaerobios facultativos, cianobacterias o nódulos deleguminosas, los componentes esenciales de las cadenas de reacciones son: 1) un donador deelectrones, 2) un aceptor de electrones (es decir, el nitrógeno gaseoso), 3) el ATP y un catióndivalente, , y 4) dos componentes proteínicos, siendo el primero una proteína de molibdeno yde hierro no hemo con peso molecular de casi 22 mil (proteína de MoFe) y el otro componente unaproteína de hierro no hemo con peso molecular de casi 55 mil (proteína de Fe). Cada componentepor separado es incapaz de catalizar la fijación del nitrógeno, pero combinados forman el complejode la nitrogenasa. Existe un requerimiento específico del ATP. En ausencia del nitrógeno comoaceptor de electrones, el ATP puede hidrolizarse rápidamente en ADP y fosfato inorgánico(actividad reductora del ATPasa), liberándose gas hidrogeno. (Erich E. Conn, 1998)Existen actualmente pruebas firmes de que el ATP se une específicamente a la proteína de Fe; elpotencial redox de esta proteína sola es de -280mV, pero cambia a -490mV cuando formacomplejos con 2 (Mg ATP). Como resultado, el complejo de proteínas del Fe - (Mg ATP)2 seconvierte en un reductor poderoso, en donde los electrones son cedidos mediante procesosmetabólicos a un aceptor adecuado que, en el caso del Clostridium es la ferredoxina y, enAzotobacter, es una flavoproteína llamada flavodoxina. La fuente de electrones en el sistema de lanitrogenasa modular no es clara. Los procesos metabólicos sirven también para producir ATP apartir de ADP y Pi. El complejo reducido de proteína de Fe - (Mg ATP)2 con su potencial redoxmuy negativo transfiere sus electrones a la proteína de MoFe que, a su vez, reduce el nitrógeno aamoniaco y los protones a gas hidrogeno. (Erich E. Conn, 1998)El acetileno es también un sustrato excelente para el complejo de la nitrogenasa. Estaobservación ha permitido crear un micro ensayo ingenioso para la fijación del nitrógeno. Midiendola proporción de reducción del acetileno en etileno por una muestra de suelo o agua encondiciones estándar, puede llevarse a cabo rápidamente un análisis de campo para determinar lacapacidad de esa muestra para fijar el nitrógeno. Esa información proporciona la basa paraevaluar el defecto de diferentes factores ambientales (bacterias y plantas) sobre la fijación del
  10. 10. nitrógeno. A su vez, esta información es de gran valor para las prácticas agrícolas. (Erich E.Conn, 1998)Ideas para crear plantas fijadoras de nitrógeno.Mucho se ha escrito sobre los esfuerzos por convertir los cereales en plantas fijadoras denitrógeno. Los biólogos moleculares intentan transferir los genes de nitrogenasa (Nif) deprocariontes a células eucariotas, deberán transferir a la célula vegetal los 17 genes Nif y todas lasenzimas que permiten que los sistemas produzcan ATP y los electrones que ayudan a proteger alsistema de la nitrogenasa de la inhibición por el oxigeno, así como los sistemas necesarios paraformar los nódulos y transportar los iones de molibdeno y hierro. Todos estos factores debenincorporarse a la planta para que pueda fijar el gas nitrógeno eficazmente, de manera simplificadael biólogo molecular tendrá que convertir una planta no leguminosa en leguminosa. (Conn, 1998)Control de la actividad del sistema de la nitrogenasa.El control se ejerce en dos niveles. El primero o control ordinario consiste en la represión de lasíntesis de la nitrogenasa por el amoniaco. Es bien conocido que en la presencia del amoniaco, lafijación del nitrógeno cesa rápidamente. Una vez que se acumula un exceso de amoniaco en elorganismo, la síntesis de más nitrogenasa es reprimida, conforme el amoniaco es utilizado por lacélula en crecimiento y cae hasta un nivel bajo, la represión cesa y comienza de nuevo la síntesisde la enzima en cuestión.El segundo control o control fino requiere ATP como inhibidor competitivo de la nitrogenasa.Conforme los niveles de ATP disminuyen y los de ADP aumentan en la célula, esta envía unaseñal para que deje de funcionar la actividad de la nitrogenasa, por lo que se utiliza ATP. (Conn,1998)Discusión.La parte ecológica que se muestra radica en que gracias a la capacidad que tienen algunasplantas para fijar el nitrógeno como es el caso de las leguminosas o de algunos arbustos queauxiliados de bacterias y microorganismos tal como la Rhizobium en las leguminosas, el suelo sepuede nitrificar o ser utilizado por otros organismos es decir se enriquece y permite el crecimientode otros organismos incapaces de fijar el nitrógeno, por lo que gracias a esta fijación se puedecolonizar el suelo de una manera fácil y basta, gracias a esto hay diversidad de alguna forma ytambién una parte que afecta a la ecología y tiene que ver con la fijación del nitrógeno es , la
  11. 11. fijación no biológica que al ser utilizada para crear potentes fertilizantes y ser estos utilizados laacidez del suelo aumenta también y ya estamos hablando de una contaminación del suelo y conello de un problema ecológico que puede acarrear problemas de nutrición, salud economía etc.Que la fijación biológica producida por los nódulos de las plantas genera fertilizantes naturales queno dañan el medio ambiente y esa es una discusión ecológica. Además también entra una partesocial con la actividad de la agricultura pues gracias a estas plantas fijadoras de nitrógeno losagricultores pueden ahorrarse costosos fertilizantes y ayudar a reducir la contaminación delplaneta y de su propio suelo de producción.Conclusión.Pues nuestra conclusión es que los microorganismos son muy importantes ya que sin ellos lafijación del nitrógeno no sería posible, pues son las bacterias las que propician a tal efecto que esen gran suma benéfico, además con este trabajo queda claro que no todas las bacterias sonmalas que de hecho gracias a ellas y a muchos de los procesos en los que se encuentraninmiscuidas hay vida en la tierra como la conocemos, además también se denota la importancia deconocer a los microorganismos e identificarlos; como en este caso que se identifico el factor paraque una planta pudiera ser fijadora de nitrógeno y con ello crear formas de cultivo o biotecnologíaque sea de ayuda a las actividades humanas y a la conservación de la ecología.Bibliografía.Conn E., et al (1998). Bioquímica fundamental; México: LIMUSA pp 535-546Burns, Ralph (2003) Química 4ª edición. México: Pearson: Prentice Hall, pag. 577-578Instituto de Biotecnología. UNAM.(1997) Divulgación. Relación entre respiración y fijación denitrógeno Rhizobium phaseoli.recuperado (4 de noviembre de 2011) en:<<http://www.ibt.unam.mx/server/PRG.base?alterno:0,clase:div,tit:Relación_entre_respiración_y_fijación_de_nitrógeno_en_Rhizobium_phaseoli.,tipo:doc,dir:div.capsula17.html,re:mario,edita:jalil,pre:div>>

×