Ciclos

INTRODUCCION
Las bacterias son microorganismos procariotas que presentan un tamaño de unos
pocos micrómetros (por lo general entre 0,5 y 5 μm de longitud) y diversas formas
incluyendo filamentos, esferas (cocos), barras (bacilos), sacacorchos (vibrios) y
hélices (espirilos). Las bacterias son células procariotas, por lo que a diferencia de
las células eucariotas (de animales, plantas, hongos, etc.), no tienen el núcleo
definido ni presentan, en general, orgánulos membranosos internos.
Generalmente poseen una pared celular y ésta se compone de peptidoglicano.
Muchas bacterias disponen de flagelos o de otros sistemas de desplazamiento y
son móviles. Del estudio de las bacterias se encarga la bacteriología, una rama de
la microbiología. La presencia frecuente de pared de peptidoglicano junto con su
composición en lípidos de membrana son la principal diferencia que presentan
frente a las arqueas, el otro importante grupo de microorganismos procariotas.
Las bacterias son los organismos más abundantes del planeta. Son ubicuas, se
encuentran en todos los hábitats terrestres y acuáticos; crecen hasta en los más
extremos como en los manantiales de aguas calientes y ácidas, en desechos
radioactivos, en las profundidades tanto del mar como de la corteza terrestre.
Algunas bacterias pueden incluso sobrevivir en las condiciones extremas del
espacio exterior. Se estima que se pueden encontrar en torno a 40 millones de
células bacterianas en un gramo de tierra y un millón de células bacterianas en un
mililitro de agua dulce. En total, se calcula que hay aproximadamente 5×1030
bacterias en el mundo.
Las bacterias son imprescindibles para el reciclaje de los elementos, pues muchos
pasos importantes de los ciclos biogeoquímicos dependen de éstas. Como
ejemplo cabe citar la fijación del nitrógeno atmosférico. Sin embargo, solamente la
mitad de los filos conocidos de bacterias tienen especies que se pueden cultivar
en el laboratorio,5 por lo que una gran parte (se supone que cerca del 90 %) de
las especies de bacterias existentes todavía no ha sido descrita.

BACTERIAS
1. CICLO DEL FOSFORO
El fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de los
ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP y de otras moléculas que tienen PO4
3-
y
que almacenan la energía química; de los fosfolípidos que forman las membranas
celulares; y de los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades
en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales
hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.
Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización
de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo
puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar.
Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán
millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo.
Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes
depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de
cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de
eutrofización.

2. CICLO DEL CARBONO
El carbono es elemento básico en la formación de las moléculas de
carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas las moléculas
orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados entre sí.
La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos
puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera.
Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada
año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en los
procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva
en la atmósfera cada 20 años.
Los microorganismos en el ciclo del carbono
Se puede considerar que la circulación del carbono comienza a partir del
“depósito” de la atmósfera, donde se encuentra en forma de CO2, así como de
la hidrosfera, en la que este se encuentra disuelto.

El CO2 es retirado de ambos medios y fijado por los productores mediante
fotosíntesis o quimiosíntesis, y transformado en carbono orgánico, que forma la
materia orgánica de los productores y, más tarde, de los consumidores.
Concretamente, en el medio acuático es donde los microorganismos
representan el papel más relevante, ya que el fitoplancton está constituido por
una gran diversidad de ellos y otros seres que flotan pasivamente y que son los
principales responsables de lafijación fotosintética del CO2. También el
zooplancton, el segundo nivel trófico del medio acuático, que se alimenta de los
anteriores, está constituido mayoritariamente por microorganismos heterótrofos
que sirven a su vez de alimento a los carnívoros primarios.
Una parte importante del ciclo en el que intervienen las bacterias es aquella en
la que los restos orgánicos pasan a formar un componente geológico que puede
quedar retirado temporalmente del ciclo. Es el caso de los restos vegetales que
quedaron enterrados en cuencas continentales y sometidos a la actividad
fermentativa de bacterias hasta transformarse en carbones tras un lento y
progresivo enriquecimiento en carbono. También en cuencas sedimentarias
marinas los restos orgánicos de plancton, algas, peces, etc., enterrados y
sometidos a la acción de bacterias anaerobias, dieron lugar a la formación de
petróleo.

El retorno del carbono hacia su depósito se produce, básicamente, por tres
procesos:
• la respiración de todos los seres vivos (incluidos los microorganismos),
que libera CO
• la combustión de la materia viva, que afecta a todos los niveles tróficos,
por incendios accidentales o intencionados y al quemar madera y otros
combustibles fósiles (Estos combustibles fósiles han sido movilizados
desde el siglo XIX al utilizarse por el hombre como fuente de energía y
son una de la principales causas del desequilibrio actual del ciclo.)
• y la descomposición de la materia orgánica que provocan los
microorganismos.
• Las dos formas habituales de descomposición de la materia orgánica son
las fermentaciones propiamente dichas y las putrefacciones (que pueden
considerarse una forma particular de fermentación). Las fermentaciones
degradan fundamentalmente los glúcidos de la materia orgánica, dando
como producto final el CO2 que vuelve a la atmósfera: por ejemplo, la
fermentación alcohólica que realizan las levaduras del género
Saccharomyces.
Las putrefacciones son descomposiciones de materia orgánica
compuesta principalmente por proteínas. Un ejemplo clásico es el de
Clostridium, que se desarrolla tanto en tierra como en el interior de los
vertebrados. Los aminoácidos han de descarboxilarse (perder su grupo
ácido) por a la acción de las descarboxilasas del Clostrodium
produciendo la correspondiente amina y CO2 que se liberará a la
atmósfera.
Hoy día con la problemática del cambio climático, los científicos buscan
soluciones posibles para reducir la concentración de CO2 en la
atmósfera. Los microorganismos pueden ser la clave, pues pueden ser
fácilmente cultivados y son muy eficaces en su labor de biosíntesis de
compuestos carbonados, sea por fotosíntesis o por quimiosíntesis.

3. CICLO DEL NITROGENO
La participación de los microorganismos en este ciclo biogeoquímico es aún
más significativa que en el ciclo del carbono, pues ellos por sí solos son
responsables del mantenimiento de un cido menor inscrito en el ciclo general.
En este, podemos considerar que el nitrógeno se halla en la atmósfera (el 79%
de ésta es nitrógeno molecular, N2). Sin embargo, solo ciertos microorganismos
son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico, es decir, transformarlo en un
compuesto químico que, a su vez, pueda ser incorporado por las plantas.
En realidad, es del suelo de donde el nitrógeno se incorpora a la cadena
alimenticia. Y lo hace en forma de nitritos y/o nitratos.

Por otra parte, en el esquema que representa el ciclo se pueden observar
ciertos aspectos del mismo, que completan el conjunto, en los que ya no
intervienen los microorganismos.
Podemos distinguir tres vías de fijación o incorporación del nitrógeno a la
materia viva: biológica, atmosférica (fotoquímica) e industrial. La primera de
ellas es la que interesa tratar aquí, dado que es en la que intervienen los
microorganismos.
La fijación biológica comienza con el proceso que realizan fas bacterias que
transforman el N2 hasta NH3. Las más importantes son las del género Rizobium,
que viven en simbiosis en las raíces de las plantas leguminosas, cuyas células
vegetales proporcionan la energía necesaria para la reducción de N2 a NH3, por
parte de las bacterias. Se forman compuestos orgánicos nitrogenados que
quedan ya incorporados a la planta para formar proteínas y otras moléculas
orgánicas vegetales. Después, el nitrógeno orgánico vegetal pasa a los
animales que se alimentan de estas plantas.
Otras bacterias que viven libres en el suelo (Azotobacter, Clostridium) fijan ef N2
hasta amoníaco (NH3) y éste se acumula en el suelo. Del mismo modo lo hacen
las cianobactenas o algas verde-azuladas en el agua.
Los cadáveres y otros restos orgánicos son degradados por las bacterias
descomponedoras en distintas sustancias (CO2, H2O), y entre ellas el amoníaco
(NH3) y otros compuestos de amonio (proceso de amonificación), que quedan
también en el suelo.
Este NH3 procedente de la fijación biológica y de la descomposición es
transformado por otro grupo de bacterias quimiosintéticas nitrificantes en nitritos
y nitratos, que pueden ser incorporados, disueltos en agua, por las raíces de las
plantas y utilizados para biosíntesis proteica, por lo que entran así en la cadena
alimenticia.

Este proceso de nitrificación tiene lugar, como sabemos, en dos pasos
realizados por bacterias diferentes:
• Nitrosomonas: encargadas de la nitrosifícación: de amoníaco (NH3) a
nitrito (NO2-).
• Nitrobacter: que realiza la nitratación: de nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-).
• Finalmente, el retorno del nitrógeno a la atmosfera, se realiza gracias a la
actividad de otro grupo de bacterias anaerobias desnitrificantes del suelo,
que transforman los nitratos en N2.
Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos
nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo.
Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de
N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de
los seres vivos (exceptuando algunas bacterias).
Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un
papel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del
nitrógeno.
De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio)
asimilables por las plantas.

Nitrificación
La nitrificación es la oxidación biológica del amonio al nitrato
por microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular (O2) como
receptor de electrones, es decir, como oxidante. A estos organismos el
proceso les sirve para obtener energía, al modo en que los heterótrofos la
consiguen oxidando alimentos orgánicos a través de la respiración celular. El
C lo consiguen del CO2 atmosférico, así que son organismos autótrofos. El
proceso fue descubierto por Serguéi Vinogradski y en realidad consiste en dos
procesos distintos, separados y consecutivos, realizados por organismos
diferentes:
• Nitritación. Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2
–
). Lo realizan
bacterias de, entre otros, los géneros Nitrosomonas y Nitrosococcus.
• Nitratación. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3
–
). Lo realizan
bacterias del género Nitrobacter.
La combinación de amonificación y nitrificación devuelve a una forma
asimilable por las plantas, el nitrógeno que ellas tomaron del suelo y pusieron
en circulación por la cadena trófica.
Desnitrificación

La desnitrificación es la reducción del ion nitrato (NO3
–
), presente en el suelo o
el agua, a nitrógeno molecular o diatómico (N2), la sustancia más abundante
en la composición del aire. Por su lugar en el ciclo del nitrógeno este proceso
es el opuesto a la fijación del nitrógeno.
Lo realizan ciertas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens,
para obtener energía.
El proceso es parte de un metabolismo degradativo de la clase
llamada respiración anaerobia, en la que distintas sustancias, en este caso el
nitrato, toman el papel de oxidante (aceptor de electrones) que en la
respiración celular normal o aerobia corresponde al oxígeno (O2). El proceso
se produce en condiciones anaerobias por bacterias que normalmente
prefieren utilizar el oxígeno si está disponible.
El proceso sigue unos pasos en los que el átomo de nitrógeno se encuentra
sucesivamente bajo las siguientes formas:
nitrato → nitrito → óxido nítrico → óxido nitroso → nitrógeno molecular
Expresado como reacción redox:
2NO3
-
+ 10e-
+ 12H+
→ N2 + 6H2O
Como se ha dicho más arriba, la desnitrificación es fundamental para que el
nitrógeno vuelva a la atmósfera, la única manera de que no termine disuelto
íntegramente en los mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin la
desnitrificación la fijación de nitrógeno, abiótica y biótica, terminaría por
provocar la depleción (eliminación) del N2atmosférico.
La desnitrificación es empleada, en los procesos técnicos de depuración
controlada de aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia
favorece la eutrofización y reduce la potabilidad del agua, porque se reduce a
nitrito por la flora intestinal, y éste es cancerígeno.
4. EL CICLO DEL AZUFRE
Los descomponedores degradan los cadáveres y otros restos de materia
orgánica, de modo que el azufre orgánico se mineraliza en forma de sulfatos

(utilizables por las plantas a través de sus raíces), o también puede reducirse a
azufre elemental y sulfuro de hidrógeno (H2S).
Distintos grupos de bacterias realizan transformaciones (oxidaciones y
reducciones), por las que el azufre puede encontrarse en forma de sulfatos,
sulfuros o azufre elemental, dependiendo de las condiciones (aerobias,
anaerobias, con o sin luz) que se presenten en el medio, generalmente
acuático, y según se trate de depósitos en superficie o en profundidad.
En resumen, los principales grupos de bacterias implicados en el ciclo del
azufre son:
• Bacterias fotosintéticas verdes y púrpuras del azufre, que oxidan el H2S
(sulfuro de hidrógeno) y lo descomponen en H2 (hidrógeno) y S (azufre
elemental) en lugar de hacer la fotolisis del H2O, pues hacen fotosíntesis
anoxigénica. La fotosíntesis anoxigénica es aquella en la que no se desprende

oxígeno, pues los electrones necesarios para reducir el CO2 y por lo tanto
fijarlo, no proceden del agua sino de otros compuestos, en este caso del
sulfuro de hidrógeno.
• Bacterias quimiosintéticas del azufre, que utilizan la oxidación de H2S a SO4 2-
hasta S para obtener energía necesaria para fabricar su propia materia
orgánica. Las más importantes son las del género Beggiaota, como B. alba.
Estas mismas en ausencia de oxígeno y otras, oxidan el azufre a sulfatos para
obtener energía.
• Bacterias heterótrofas anaerobias, que en su respiración emplean sulfatos, en
vez del O2, como aceptor de electrones, y lo reducen a H2S.
Los microorganismos en otros ciclos biogeoquímicos.
En el ciclo del hierro existen bacterias quimiosintéticas implicadas en
transformaciones de compuestos de hierro. El ciclo de este elemento está
relacionado con el del azufre, dado que los hidróxidos y sulfatos de hierro
reaccionan con el sulfuro de hidrógeno en aguas estancadas y precipitan en
forma de sulfuros de hierro.
Concretamente, las ferrobacterias como Lepthotrix ochracea fijan el CO2
aprovechando la energía liberada de la transformación oxidativa de
compuestos ferrosos a férricos (así pueden transformar los depósitos
minerales de carbonatos de hierro en yacimientos de óxidos de hierro).
La bacteria filamentosa Sphaerotilus natans contiene incrustaciones de óxidos
de hierro formadas a partir de compuestos de hierro solubles y puede ser la
responsable de la película pardusca que se ve a menudo en la superficie de
aguas contaminadas.
La relación de las bacterias con el hierro es compleja: de hecho encontramos
bacterias oxidantes del hierro (Thiobacillus ferrooxidans, Gallionella), capaces
de transformar por oxidación el hierro ferroso a hierro férrico, siendo bacterias

típicamente acidófilas . ( Por ejemplo, Thiobacillus ferrooxidans utiliza el
gradiente de protones naturales en su entorno de pH bajo para generar ATP a
través de la ATP sintasa, a continuación, elimina el exceso de protones
citoplasmáticos por reducción de oxígeno en presencia de hierro mediante la
oxidación, estando implicados el citocromo C y el citocromo A1, todos en la
membrana citoplasmática). También hay bacterias que realizan la operacion
contraria y son bacterias reductoras de hierro (Pseudomonas, entre otros) a
través de un proceso anaerobio en la cual el hierro es usado como un
“sumidero de electrones (aceptor terminal de electrones).
También en el ciclo del fósforo, las bacterias fosfatizantes intervienen en la
descomposición de los cadáveres y excrementos devolviendo fosfatos
inorgánicos al suelo, que son utilizados en disolución por las plantas.

CONCLUSION
Las bacterias fijadoras de nitrógeno son componentes muy importantes del
suelo. Para desarrollar la fertilidad del suelo, debe aumentar el contenido de
nitrógeno. En las condiciones medioambientales adecuadas, las bacterias
fijadoras de nitrógeno producen enzimas que toman el nitrógeno en su forma
gaseosa de la atmósfera, y, con los azúcares que obtienen de la planta, fijan el
nitrógeno dentro de la biomasa bacteriana. Si las bacterias satisfacen sus
necesidades de nitrógeno, entonces, el nitrógeno pasa a la planta, y pueden
observarse niveles elevados de proteína en la planta. Este nitrógeno elevado
no se libera al suelo hasta que muere parte de la planta, o se exuda al suelo
en la rizósfera. Se dan dos grandes divisiones de bacterias fijadoras de
nitrógeno: las bacterias fijadoras de nitrógeno simbióticas y las bacterias
fijadoras de nitrógeno asociativas. Las bacterias fijadoras de nitrógeno
simbióticas, tales como el Rhizobium, se dan en las legumbres. Estas
bacterias forman nódulos en las raíces de las plantas. Y estos nódulos son
fáciles de contar. Las bacterias fijadoras de nitrógeno asociativas ocupan los
espacios entre las células de las raíces de la planta, y no alteran la
arquitectura de la raíz en absoluto

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