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Ciclo del Nitrogeno

Ciclo del Nitrogeno

El ciclo del nitrógeno describe la conversión del nitrógeno en diferentes formas químicas en su proceso de circulación entre el medio terrestre, el medio marino y la atmósfera.

En otras palabras, el ciclo del nitrógeno describe cómo el nitrógeno circula, se transforma y se recicla en los ecosistemas.

Este ciclo es fundamental para sostener la vida en la Tierra: sin él, llegaría un momento en el que el nitrógeno y todas las moléculas que lo contienen se agotarían (como los ácidos nucleicos o las proteínas).

Las etapas del ciclo del nitrógeno

El mayor reservorio de nitrógeno es la atmósfera, donde se encuentra en forma molecular (N2). Desde la atmósfera, el nitrógeno circula a través de los ecosistemas, transformándose en distintos compuestos químicos orgánicos e inorgánicos. Las principales etapas del ciclo del nitrógeno son:

  • Fijación del nitrógeno
  • Amonificación
  • Nitrificación
  • Asimilación
  • Desnitrificación

Otro proceso que se puede distinguir dentro del ciclo es la oxidación del amoníaco. A continuación describimos en más detalle cada una de las etapas del ciclo del nitrógeno, que se resumen en la siguiente figura.

Fijación de nitrógeno - Ciclo del nitrógeno

La fijación del nitrógeno se refiere a la conversión del gas nitrógeno (N2) en compuestos que contienen nitrógeno.

Este proceso se produce de forma natural, a través de los rayos o de microorganismos especializados en la fijación de nitrógeno; también puede provocarse, de forma artificial, mediante el proceso Haber-Bosch.

Fijación de nitrógeno por medio de rayos

En la atmósfera, los dos átomos de nitrógeno de la molécula de nitrógeno se mantienen unidos por un fuerte enlace covalente triple; es decir, los átomos comparten tres pares de electrones. Los relámpagos transportan suficiente energía para romper los enlaces covalentes del nitrógeno atmosférico. Cuando la molécula de nitrógeno se rompe, se une al oxígeno atmosférico, formando óxidos de nitrógeno (NOx).

La "x" de NOx se refiere al número de átomos.

Fijación del nitrógeno mediante el proceso Haber-Bosch

Las actividades humanas se han convertido en una gran fuente de fijación de nitrógeno; por ejemplo, la quema de combustibles fósiles produce nitrógeno fijado. La fijación de nitrógeno industrial es un subproducto del proceso Haber-Bosch para producir amoníaco. Durante el proceso, el gas nitrógeno se combina con el gas hidrógeno en un entorno de alta temperatura y alta presión. El amoníaco producido se utiliza ampliamente como fertilizante sintético.

Fijación del nitrógeno por microorganismos

Las bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre pueden transformar el nitrógeno atmosférico en formas de nitrógeno inorgánico, a las que las plantas pueden acceder. Las plantas utilizan el nitrógeno inorgánico para fabricar aminoácidos.

Las bacterias fijadoras de nitrógeno simbióticas, como las del género Rhizobium, viven en los nodos de algunas plantas (por ejemplo, guisantes y judías) y adquieren glúcidos de la planta. A su vez, fijan el nitrógeno atmosférico y proporcionan aminoácidos a la planta. La relación entre estos tipos de bacterias y las plantas es simbiótica.

Las relaciones simbióticas se dan cuando dos organismos viven en estrecha proximidad física y se proporcionan ventajas mutuas. Algunos ejemplos son las bacterias fijadoras de nitrógeno y su planta asociada.

Amonificación - Ciclo del nitrógeno

La amonificación consiste en la conversión del nitrógeno orgánico (nitrógeno que se encuentra en las células de los organismos vivos) en amoníaco. Los organismos descomponedores son los protagonistas de este proceso, ya que se alimentan de la materia orgánica (derivada de organismos vivos), la descomponen y liberan amoníaco. Este amoníaco pasa a estar disponible para los procesos de nitrificación y asimilación.

Nitrificación - Ciclo del nitrógeno

La nitrificación es un proceso de oxidación de dos pasos que convierte los iones de amonio en iones de nitrato. El proceso implica:

  1. La oxidación de los iones de amonio (NH4+) a iones de nitrito (NO2-), por las bacterias nitrosificantes Nitrosomonas y Nitrococcus.
  2. La oxidación de los iones nitrito (NO2-) a iones nitrato (NO3-), por las bacterias nitrificantes Nitrobacter.

Las bacterias nitrificantes obtienen energía, a través de estas reacciones de oxidación. Ambas reacciones requieren oxígeno para producirse; por lo tanto, para aumentar la productividad en la agricultura, el suelo debe mantenerse bien aireado.

Asimilación - Ciclo del nitrógeno

La asimilación se produce cuando las plantas utilizan los iones de nitrato y el amoníaco para producir aminoácidos y proteínas, y luego pasan de las plantas a los animales. Los iones de nitrato y el amoníaco se forman mediante la fijación del nitrógeno y la nitrificación, como acabamos de leer.

Los aminoácidos son moléculas (monómeros) que componen las proteínas.

Desnitrificación - Ciclo del nitrógeno

La desnitrificación se refiere a la reducción de los iones de nitrato a gas nitrógeno, por parte de las bacterias anaerobias. Por eso, este proceso sólo puede ocurrir en condiciones anaeróbicas (sin o con muy poco oxígeno disponible).

Por ejemplo, en los humedales, el suelo tiende a estar anegado, lo que crea el entorno perfecto para las bacterias anaerobias, ya que hay poco oxígeno en el sedimento.

La reacción química de reducción implica la eliminación del oxígeno.

Anammox: oxidación anaeróbica del amoníaco - Ciclo del nitrógeno

Durante la reacción anammox, los iones de amonio (NH4+) y el nitrito (NO2-) se convierten en nitrógeno atmosférico. Este paso es un proceso importante en los océanos y debe ocurrir en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno).

La fórmula de la reacción anammox es la siguiente:

Importancia biológica del nitrógeno - Ciclo del nitrógeno

El nitrógeno es un bioelemento primario y es el bloque de construcción de los aminoácidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. En las plantas, el nitrógeno también se utiliza para fabricar clorofila, un pigmento fundamental que participa en la fotosíntesis. Gracias al ciclo del nitrógeno, este se recicla en los ecosistemas y se puede reutilizar continuamente.

¿Cuál es el impacto humano en el ciclo del nitrógeno?

La alteración del ciclo del nitrógeno provoca desequilibrios en los ecosistemas.

Por ejemplo, el suelo que contiene un exceso de nitrógeno corre el riesgo de tener un pH bajo, es decir, el suelo será demasiado ácido. Un suelo con un pH bajo es perjudicial para las bacterias y los microorganismos que no pueden sobrevivir en esas condiciones.

También, en los océanos y ríos, la acumulación de nitrógeno de escorrentía provocará la eutrofización. La eutrofización es el proceso por el que los niveles de nutrientes se vuelven excesivos en las masas de agua.

Puedes obtener más información respecto a este tema en nuestro artículo Fertilizantes.

Quema de los combustibles fósiles

La quema de combustibles fósiles libera a la atmósfera óxidos de nitrógeno. Estas acciones afectan a la calidad del aire, ya que provocan la producción de lluvia ácida y de smog.

Uso de fertilizantes que contienen nitrógeno

Los fertilizantes favorecen el crecimiento de las plantas y la productividad general de los cultivos. Sin embargo, los fertilizantes sintéticos contienen nitrógeno en exceso, por lo que su uso excesivo crea un desequilibrio perjudicial en los niveles de nutrientes del suelo. Estos efectos nocivos pueden provocar:

  • Una menor diversidad de especies: los suelos ricos en nitrógeno favorecen el crecimiento de hierbas y otra vegetación de crecimiento rápido. La vegetación de crecimiento rápido predomina sobre otras especies y la biodiversidad se reduce.
  • Lixiviación: el exceso de nutrientes en el suelo se escurre y se deposita en los arroyos, ríos y océanos.
  • Eutrofizació: es una consecuencia de la lixiviación. La acumulación excesiva de nutrientes perjudica a los microorganismos y a la fauna de las masas de agua.

Eliminación de la vegetación.

Si se eliminan las plantas y los árboles, se eliminarán los nutrientes con ellos. Además, los nutrientes solubles que queden (como los iones de nitrato) se disolverán en el agua de lluvia. Estos nutrientes disueltos se adentrarán demasiado en el suelo, lo que dificultará o impedirá que la planta pueda alcanzarlos.

Reducir el impacto humano

Para reducir los efectos adversos de la actividad humana en el ciclo del nitrógeno, los individuos y las empresas deben ser conscientes de su huella de nitrógeno.

Cambios como la elección de fuentes renovables de energía pueden conducir a la reducción gradual de la cantidad de combustibles fósiles quemados.

Asimismo, optar por comer menos carne roja puede tener un impacto positivo, ya que la ganadería requiere una gran cantidad de piensos, que se cultivan con fertilizantes.

El control del nitrógeno es otro enfoque del que podría beneficiarse el sector agrícola. El seguimiento minucioso de los niveles de nutrientes en el suelo puede ayudar a minimizar los efectos tóxicos de su acumulación en exceso y, así, evitar fenómenos como la eutrofización.

Ciclo del Nitrógeno - Puntos clave

  • El ciclo del nitrógeno es un ciclo geoquímico que describe la conversión del nitrógeno en diferentes formas químicas orgánicas e inorgánicas—, a partir de su proceso de circulación entre el medio terrestre, el medio marino y la atmósfera.
  • Las principales etapas del ciclo del nitrógeno incluyen la fijación del nitrógeno, la amonificación, la nitrificación y la desnitrificación.
  • El nitrógeno es un bioelemento primario y es el bloque de construcción de los aminoácidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Gracias al ciclo del nitrógeno, el nitrógeno se recicla en los ecosistemas y se puede reutilizar continuamente.
  • Las actividades humanas provocan alteraciones en el ciclo del nitrógeno. Estos efectos incluyen la lixiviación, la eutrofización y la reducción de la diversidad de especies.

Preguntas frecuentes sobre Ciclo del Nitrogeno

Las principales etapas del ciclo del nitrógeno son: 


  • Fijación del nitrógeno
  • Amonificación 
  • Nitrificación 
  • Desnitrificación 

Otros procesos dentro del ciclo son la asimilación y la oxidación del amoníaco 

El mayor reservorio de nitrógeno es la atmósfera, donde se encuentra en forma molecular (N2). Desde la atmósfera, el nitrógeno comienza a circular a través de los ecosistemas, transformándose en distintos compuestos químicos orgánicos e inorgánicos. 

El nitrógeno es un bioelemento primario y es el bloque de construcción de los aminoácidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Gracias al ciclo del nitrógeno, el nitrógeno se recicla en los ecosistemas y se puede reutilizar continuamente.  

El ciclo del nitrógeno es fundamental para sostener la vida en la Tierra, sin él llegaría un momento en que el nitrógeno se agotaría y con él todas las moléculas que lo contienen, como los ácidos nucleicos o las proteínas


Esto significa que los organismos vivos no podrían existir, al no poder formar estas moléculas indispensables. 

Si en el ciclo del nitrógeno no hubiera bacterias, el ciclo no se podría completar: las bacterias son los únicos organismos que pueden utilizar el nitrógeno y hacerlo disponible para el resto de organismos en dos partes del ciclo —la fijación del nitrógeno atmosférico y la nitrificación de iones amonio a iones nitrato (luego asimilados por las plantas)—.

Cuestionario final de Ciclo del Nitrogeno

Pregunta

¿Qué se entiende por ciclo del nitrógeno y por qué es importante?

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Answer

El ciclo del nitrógeno es un ciclo biogeoquímico, durante el cual el nitrógeno orgánico e inorgánico en diferentes formas químicas circula por la atmósfera y los medios terrestres y marinos. 


El ciclo del nitrógeno es importante porque el nitrógeno es un bloque de construcción primordial en todos los organismos vivos: se utiliza para fabricar aminoácidos, proteínas y ADN.

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Pregunta

¿Cuál es la diferencia entre nitrificación y desnitrificación?

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Answer

  • La nitrificación se refiere a la oxidación de los compuestos de nitrógeno que convierte los iones de amonio en iones de nitrato. 
  • La desnitrificación es la reducción de los compuestos de nitrógeno oxidados a nitrógeno atmosférico.

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Pregunta

¿Qué grupo de organismos vivos puede acceder al nitrógeno en su forma gaseosa (N2)?

Mostrar respuesta

Answer

El nitrógeno atmosférico solo está disponible para los microorganismos fijadores de nitrógeno.

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Pregunta

Completa los espacios en blanco sobre la división de la molécula de nitrógeno a causa de los rayos:


 Los átomos de nitrógeno de la molécula de nitrógeno atmosférico se mantienen mediante enlaces ________. Esto significa que los átomos comparten tres pares de _______. Estos enlaces pueden _____ por un rayo que lleva suficiente energía como para separar los átomos. Cuando la molécula de nitrógeno se divide, se une a los átomos de _______; así se forman óxidos de nitrógeno (NOx).

Mostrar respuesta

Answer

Los átomos de nitrógeno de la molécula de nitrógeno atmosférico se mantienen mediante enlaces covalentes. Esto significa que los átomos comparten tres pares de electrones. Estos enlaces pueden romperse por un rayo que lleve suficiente energía como para separar los átomos. Cuando la molécula de nitrógeno se divide, se une a átomos de oxígeno; así se forman óxidos de nitrógeno (NOx).

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Pregunta

¿Qué ocurre durante el proceso Haber-Bosch?

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Answer

El proceso Haber-Bosch es una forma artificial de producir amoníaco: el nitrógeno gaseoso se combina con el hidrógeno gaseoso, a una temperatura elevada y en un entorno de alta presión.

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Pregunta

¿Verdadero o falso?: Las bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno forman una relación simbiótica con las raíces de la planta para intercambiar material.

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Answer

Verdadero.

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Pregunta

La asimilación puede definirse como el proceso en el que las plantas y los animales utilizan los iones de nitrato y el amoníaco formados por la desnitrificación para fabricar aminoácidos: ¿verdadero o falso?

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Answer

Falso: La asimilación puede definirse como el proceso en el que las plantas y los animales utilizan los iones de nitrato y el amoníaco, mediante la fijación del nitrógeno y la nitrificación, para producir aminoácidos.

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Pregunta

Completa los espacios en blanco sobre el paso de desnitrificación en el ciclo del nitrógeno: 


La desnitrificación se refiere a la eliminación de _______ de los iones de nitrato a ________, por parte de las bacterias anaerobias. La desnitrificación se produce en condiciones _____/_____. Entornos como los humedales ________ son importantes para reducir los niveles excesivos de _______.

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Answer

La desnitrificación se refiere a la eliminación de oxígeno de los iones de nitrato a gas nitrógeno, por parte de las bacterias anaerobias. La desnitrificación se produce en condiciones anóxicas/anaeróbicas. Entornos como los humedales anegados son importantes para reducir los niveles excesivos de nitrógeno.

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Pregunta

La bacteria Nitrobacter facilita la oxidación de los iones de amonio: ¿verdadero o falso?

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Answer

Falso: La oxidación de los iones de amonio la realizan las bacterias Nitrosomonas y Nitrococcus. Nitrobacter facilita la oxidación de los iones amonio.

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Pregunta

Nombra tres efectos de la actividad humana en el ciclo del nitrógeno.

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Answer

  1. Lixiviación.
  2. Eutrofización. 
  3. Reducción de la diversidad de especies.

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Pregunta

¿Por qué es importante el control de la cantidad del nitrógeno en el ambiente?

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Answer

Es importante controlar el exceso de amoníaco y nitritos en el suelo, ya que en cantidades excesivas son tóxicos. El control también puede evitar la escorrentía de nutrientes hacia las masas de agua. Esto evitará la eutrofización.

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Pregunta

¿Cómo puede contribuir comer menos carne a reducir la huella de nitrógeno?

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Answer

Se utiliza una gran cantidad de piensos para alimentar al ganado. Los piensos requieren abundantes proporciones de fertilizante para crecer. El exceso de nitrógeno en los fertilizantes sintéticos provoca desequilibrios en el suelo y puede tener otros efectos negativos en el medio ambiente.

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Pregunta

Completa los espacios en blanco sobre la alteración del ciclo del nitrógeno:


La alteración del ciclo del nitrógeno provoca _______ en el ecosistema. El suelo con exceso de nitrógeno tendrá un pH _______ ( _ ), en comparación con el suelo que tiene una concentración normal de nitrógeno. Un exceso de nitrógeno en los océanos provocará _______. La _______ es una de las principales causas de la escorrentía de nutrientes hacia las masas de agua.

Mostrar respuesta

Answer

La alteración del ciclo del nitrógeno provoca desequilibrios en el ecosistema. El suelo con exceso de nitrógeno tendrá un pH más bajo (ácido), en comparación con el suelo que tiene una concentración normal de nitrógeno. Un exceso de nitrógeno en los océanos provocará eutrofización. La lixiviación es una de las principales causas de la escorrentía de nutrientes hacia las masas de agua.

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Pregunta

¿Qué pasaría si no existiese el ciclo del nitrógeno?

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Answer

Este ciclo es fundamental para sostener la vida en la Tierra. Sin él, llegaría un momento en que el nitrógeno se agotaría; así como todas las moléculas que lo contienen, como los ácidos nucleicos o las proteínas que forman parte de los organismos vivos.

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Pregunta

¿Cual es el nombre de las bacterias que transforman los iones de amonio (NH4+) en iones de nitrito (NO2-)?

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Answer

Bacterias nitrosificantes.

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