Metabolismo acuático
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Metabolismo acuático
Módulo 4 Fotosíntesis y respiración en el agua Introducción La fotosíntesis es el proceso más importante de nutrición autotrófica, a través del cual los organismos fabrican su propio alimento utilizando la luz como fuente de energía. En términos hidrobiológicos, por cada mol de carbono que se fija en el agua se produce una mol de oxígeno. El proceso puede ser contrario, es decir, la oxidación biológica de carbohidratos consume oxígeno y libera dióxido de carbono; a este proceso se lo conoce como respiración. En un ecosistema acuático, como un lago, se presentan simultáneamente los procesos de la fotosíntesis y la respiración . Mire en el mapa conceptual de la multimedia, en el botón FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN, el pdf “La ley de Beer“. Capítulo 2. Ecosistemas acuáticos Contenido 4.1 La fotosíntesis 4.2 La respiración 4.3 Otras rutas del carbono 46 4.1 La fotosíntesis Es el proceso más importante de nutrición autotrófica, a través del cual los organismos fabrican su propio alimento utilizando la luz como fuente de energía (figura 4.1). Hay que aclarar, sin embargo, que el espectro electromagnético solo influye en los sistemas biológicos en una franja entre 100 y 1000 nm (Strasburger, 1991). Energía [4 kJ por einstein] 108 107 106 105 104 103 102 101 100 10−1 10−2 10−3 10−4 10−5 10−6 10−7 Longitud de onda [cm] 10−11 10−10 10−9 10−8 10−7 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 100 101 102 103 104 105 — Rayos c →| Luz Ultrarroja Rayos X → UV Producción calórica Onda de ruido F Espectro de la radiación electromagnética con las cantidades de energía que se han asignado a las longitudes de onda. El área de longitudes de onda entre 100 y 1000 nm es de importancia biológica. A: Muerte bacteriana. B: Quemaduras en piel humana. C: Área fotosintética, formación de ATP por plantas verdes. D: Luz visible para el ojo humano. E: Área fotosintética, formación de ATP por bacterias. F: Equivalente energético estándar para la descomposición del ATP. 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 nm C, D E AB Figura 4.1. Espectro de radiación electromagnética y su efecto sobre algunos procesos biológicos (Strasburger, 1991). Como se estableció en el módulo 1, el proceso de la fotosíntesis se puede expresar por medio de la siguiente ecuación estequiométrica: 6CO2 + 6H2O luz clorofila 1C6H12O6 + 6O2 Hidobiología Sanitaria - Universidad de Antioquia-Programa de Educación Virtual —Ude@— Módulo 4. Fotosíntesis y respiración en el agua En la ecuación de la fotosíntesis también se observa que seis moles de dióxido de carbono reaccionan con seis de agua (en presencia de luz y de pigmentos fotosensibles) para producir un mol de glucosa y seis de oxígeno. En términos hidrobiológicos, puede decirse también que por cada mol de carbono que se fija en el agua se produce un mol de oxígeno. Con base en la ecuación de la fotosíntesis se infiere que, en términos termodinámicos, el proceso no es espontáneo, es decir, requiere energía radiante del sol. Dentro del espectro electromagnético, la luz visible que es potencialmente aprovechada por los organismos fotosintetizadores es aquella que posee longitudes de onda entre 400 y 700 nm (Wetzel, 2001). En especial, los fotosistemas de las cianobacterias, las algas y las plantas se activan a 430 y a 665 nm. Los contenidos energéticos según las longitudes de onda se muestran en la tabla 4.1 (Strasburger, 1991). Tabla 4.1. Contenidos energéticos en el espectro visible de la radiación electromagnética (Strasburger, 1991). Contenido de energía (einstein) para diferentes longitudes de onda. Longitud de onda [nm] Color kJ por einstein 400 Violeta 298,63 500 Azul 238,90 600 Amarillo 199,10 700 Rojo profundo 170,64 800 Infrarrojo 149,34 900 Infrarrojo 132,72 4.2 La respiración El proceso fotosintético puede ser reversible, es decir, la oxidación biológica de carbohidratos consume oxígeno y libera dióxido de carbono, proceso conocido como respiración: 1C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O En un ecosistema acuático, tal como un lago, se presentan simultáneamente los procesos de la fotosíntesis y la respiración. Ambos procesos son antagónicos: en la fotosíntesis se produce materia orgánica, mientras que en la respiración se consume. Los organismos acuáticos respiran todo el tiempo, durante el día y la noche, mientras que la actividad fotosintética se da durante el día por parte de los organismos autotróficos como cianobacterias, algas y plantas acuáticas. 4.3 Otras rutas del carbono En un lago, la actividad fotosintética opera en la zona fótica, es decir, aquella donde hay luz disponible para activar la fotosíntesis. En toda la masa de agua se respira, pero este proceso predomina en la zona profunda (figura 4.2). Hidobiología Sanitaria - Universidad de Antioquia - Programa de Educación Virtual —Ude@— 47 Capítulo 2. Ecosistemas acuáticos 48 Superficie Zona limnética O 2 Litoral CO2 Sublitoral Zona trofogénica Zona de compensación Zona profunda Zona trofolítica Figura 4.2. Zonas de un lago y metabolismo acuático. En la zona fótica se produce nueva biomasa, y desde el punto de vista metabólico se conoce a esta como zona trofogénica, mientras que la degradación de materia orgánica se da en la zona profunda o trofolítica. Las rutas de asimilación o desasimilación del carbono no se reducen a la vía fotosintética y de degradación de compuestos orgánicos. También existen otras rutas que pueden favorecer el movimiento de carbono en la biósfera, como se ve en la tabla 4.2 (Strasburger, 1991). Tabla 4.2. Rutas de movimiento del carbono en la biósfera (Strasburger, 1991). Autotrofía Tipo de alimento Fotohidrotrofía Fotolitotrofía Heterotrofía Quimiolitotrofía Fotoorgano- Saprofitismo trofía Parasitismo Fuente de Luz energía Luz Oxidación Luz Fuente de CO2 carbono CO2 CO2 CO2 o mate- Materia orgária orgánica nica (restos de material vegetal o animal) D o n a d o r H 2O de electrones Materia inor- Materia inorgá- Materia orgá- Si es nece- Si es necegánica (por nica (por ejem- nica sario desasi- sario desasiejemplo H2S) plo H2S, NH3, milación milación Fe2+, H2) Presencia B a c t e r i a s Algunos procas u l f u r o s a s riotas sin color verdes y púrpuras (Chromatiaceae, Chlorobiaceae) Plantas verdes, cianobacterias, cloroxibacterias Desasimila- Desasimilación ción B a c t e r i a s Bacterias, verdes sin hongos, aniazufre, bac- males terias púrpuras (Cloroflexaceae, Rhodospirillaceae) Hidobiología Sanitaria - Universidad de Antioquia-Programa de Educación Virtual —Ude@— Materia orgánica (de organismos vivos) Bacterias, hongos, algunas angiospermas, animales Módulo 4. Fotosíntesis y respiración en el agua Tres rutas autotróficas de asimilación del carbono poseen como fuente de energía la luz (fotohidrotrofía, fotolitotrofía y fotoorganotrofía), en tanto la nutrición quimiolitótrofa emplea reacciones químicas de oxidación como fuente de energía. Entre las rutas heterotróficas se tienen el saprofitismo y el parasitismo, y su fuente de energía es la desasimilación. 49 Hidobiología Sanitaria - Universidad de Antioquia - Programa de Educación Virtual —Ude@—