Desarrollo Sustentable

El flujo de energía

Los sistemas vivos convierten la energía de una forma en otra a medida que cumplen funciones esenciales de mantenimiento, crecimiento y reproducción. En estas conversiones energéticas, como en todas las demás, parte de la energía útil se pierde en el ambiente en cada paso.

Las leyes de la termodinámica gobiernan las transformaciones de energía. La primera ley establece que la energía puede convertirse de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse. La segunda ley establece que en el curso de las conversiones energéticas, el potencial termodinámico -o energía potencial termodinámica- de un sistema en el estado final siempre será menor que el potencial termodinámico del mismo sistema en el estado inicial. Otra manera de enunciar la segunda ley de la termodinámica es que todos los procesos naturales tienden a ocurrir en una dirección tal que la entropía (la medida del "grado de desorden" o de "aleatoriedad") del Universo se incrementa. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los sistemas vivos deben tener un suministro constante de energía que les permita superar la tendencia hacia el desorden creciente. El Sol es la fuente original de esta energía.

Las transformaciones energéticas en las células vivas implican el movimiento de electrones de un nivel energético a otro y, frecuentemente, de un átomo o molécula a otro. Las reacciones de oxidación-reducción implican movimiento de electrones de un átomo a otro. Un átomo o molécula que pierde electrones se oxida; el que los gana se reduce.

El total de las reacciones químicas que ocurren en las células constituyen el metabolismo. Las reacciones metabólicas ocurren en series, llamadas vías, cada una de las cuales sirve a una función determinada en la célula. Cada paso en una vía es controlado por una enzima específica. Las reacciones escalonadas de las vías enzimáticas les permiten a las células llevar a cabo sus actividades químicas con una notable eficiencia, en lo que concierne a la energía y a los materiales.

Las enzimas funcionan como catalizadores biológicos. Así, disminuyen la energía de activación e incrementan enormemente la velocidad a la que se producen las reacciones químicas. Las reacciones catalizadas por enzimas están bajo un estricto control celular. Los principales factores que influyen sobre la velocidad de las reacciones enzimáticas son las concentraciones de enzima y de sustrato y la disponibilidad de los cofactores requeridos. Muchas enzimas son sintetizadas por las células o activadas sólo cuando son necesarias.

El ATP es el principal transportador de energía en la mayoría de las reacciones que tienen lugar en los sistemas vivos. Las células son capaces de llevar a cabo procesos y reacciones endergónicas (tales como reacciones biosintéticas, transporte activo o el movimiento de microtúbulos) acoplándolas a reacciones exergónicas que suministran un exceso de energía. Estas reacciones acopladas generalmente involucran a compuestos trifosfato como el ATP u otros. Las familias de enzimas denominadas quinasas y fosforilasas adicionan o remueven un grupo fosfato a otra molécula respectivamente. La transferencia de grupos fosfato -o fosforilación- cumple un papel importante en la regulación de muchas reacciones químicas de la célula.

Ciclos Biogeoquimicos

Ciclos biogeoquímicos

El tema anterior se centró en el flujo de energía en el medio natural.

En este tema se analizará el flujo de materia en el entorno natural, también llamados ciclos biogeoquímicos.

Cuando nos fijamos en los ciclos, estamos mirando a los sistemas autónomos de la materia o flujo de energía.

La palabra biogeoquímicos se refiere a la vida (bio), la Tierra (GEO), y las sustancias o moléculas (química).

Por lo tanto, cuando nos referimos a los ciclos biogeoquímicos, estamos observando el flujo o las vías de un elemento químico o molécula moverse a través de la biosfera de nuestro planeta o el ecosistema.

Hay dos tipos de ciclos biogeoquímicos: sedimentarias y gaseosos.

Ciclos sedimentarios se refieren a los ciclos donde se desató el elemento o compuesto de la roca por la erosión (erosión), y sigue el camino del agua que corre hacia el mar.

Al final del ciclo, estos materiales se depositan de nuevo degradados en el suelo por precipitación.

Un ciclo de gas se refiere al flujo de un elemento o compuesto en la forma de un gas.

El gas se difunde dentro de la atmósfera, lo que presenta a sí mismo sobre la tierra y el mar, y lo que le permite ser utilizado por la biosfera.

Los elementos principales de toda la vida en la biosfera - carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno - se mueven a través de ciclos de gas.

Los ciclos biogeoquímicos se pueden dividir en varios aspectos importantes.

Una piscina es cualquier lugar o área donde se concentra un material.

Las piscinas se puede dividir en dos tipos: las piscinas de almacenamiento y grupos activos.

Existen agrupaciones de almacenamiento donde los materiales son prácticamente inaccesibles para la vida activa y tambien existen otros grupos o lugares donde los materiales son accesibles a la vida.

Si tuviéramos que mirar a los flujos de materia entre estos grupos o lugares y los procesos de la vida, se veria un sistema de vías que guian a estos flujos.

Los caminos entre las agrupaciones de almacenamiento suelen estar reguladas por los procesos físicos, mientras que los caminos entre los grupos activos están regulados por los procesos de la vida.

Para explicar los conceptos anteriores, echemos un vistazo a el más importantes de todos los ciclos geoquímicos - el ciclo del carbono.

El carbono está presente en todas las formas de vida en la biosfera.

Sin embargo, de todo el carbono presente en la tierra, sólo dos décimas de un 1% está disponible para los organismos en ltodos los medios de almacenamieto activos, tales como el CO2 en la atmósfera o de la biomasa en descomposición en la tierra.

El resto se encuentra por debajo de la superficie del planeta en lmedios de almacenamiento que consisten de sedimentos de carbonato.

Este carbón es generalmente liberdo a la atmósfera y la hidrosfera

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