NITRÓGENO Y

PRODUCCIÓN DE

ALIMENTOS

TODOS LOS ORGANISMOS VIVOS DESARROLLAN MECANISMOS PARA LA INGESTION Y UTILIZACION DE SUSTANCIAS QUE LES SON ESENCIALES PARA SU NORMAL CRECIMIENTO Y DESARROLLO.

CUANDO ESAS SUSTANCIAS INTERFIEREN EN EL DESARROLLO NORMAL DE LA MISMA SE LE DENOMINA TOXICAS.

• El principal proceso de producción de energía es la fotosíntesis, que transforma el CO2 a compuestos de carbono.

• Los organismos requieren también nitrógeno, fósforo y otros elementos en pequeñas concentraciones.

La posibilidad de aumentar la productividad, mas haya de los limites naturales esta frecuentemente limitada por la disponibilidad del nitrógeno.

• A pesar del elevado porcentaje de este elemento en la atmosfera, es un gas extremadamente estable y poco reactivo.

CARENCIA DE NITROGENOEl crecimiento de las plantas es mucho

más lento.Las hojas amarillean poco a poco

empezando por la parte baja de la planta. La clorosis empieza en las puntas y va aclarándose hacia el centro de la hoja.

Las plantas tienen menos defensas contra plagas, enfermedades y granizadas.

La floración y producción de semillas queda seriamente mermada.

Defoliación masiva tras una clorosis avanzada.

La carencia avanza de abajo hacia arriba, afectando en último lugar a las hojas más jóvenes.

Exceso de follaje en la planta.Tallos débiles.Retraso en la maduración de los

frutos siendo menos dulces.

EXCESO DE NITROGENO

Hojas en forma de garra mirando hacia el suelo.

Mala combustión de los cogollosVerde muy intenso en las hojasPoca resistencia a las plagas en

general.

NIVEL OPTIMO DE NITROGENO

• Vigorosidad vegetativa• Color verde vistoso en las hojas debido a la

producción de clorofila.• Aumento en el número de hojas de la

planta, envergadura del tallo, frutos y semillas.• Mayor resistencia de las plantas frentes los

hongos.• Mayor resistencia de las plantas frente a los

insectos.• Mayor resistencia a heladas y granizadas.

• El nitrógeno previamente a su participación en reacciones biológicas, tiene que fijarse, es decir combinarse con otros elementos.• El nitrógeno se fija por dos procesos:

No biológicoBiológico

CICLO DEL NITROGENO

PROCESO NO BIOLOGICO

• Reacciona con el oxigeno a altas temperaturas, formando óxidos de nitrógeno que se transforman en la atmosfera a ácidos nítricos los cuales caen en el suelo como lluvia acida, constituyendo un aporte de nitrato.

• Las plantas toman ese nitrato para la fabricación de proteínas y compuestos nitrogenados esenciales.

• Este proceso son catalizados por ciertas bacterias y algas verdes (cianobacterias) que reducen N2 a NH3 .

• Estos organismos disponen para la realización de la fijación de un sistema bioquímico especializado, el complejo de la enzima nitrogenasa.

PROCESO BIOLOGICO

• La energía necesaria para el proceso la proporciona la hidrolisis del Mg ATP (ATP: adenosintrifosfato) a MgADN (ADP: adenosindifosfato ). El proceso global es:

• Es una reacción endotérmica, el triple enlace del N2 es tan estable (941 KJ/mol) que el organismo debe suministrar la energía necesaria en forma de MgATP, para vencer la barrera de activación.

1-Nitrógeno atmosférico, 2-Entrada en la cadena alimentaria, 3-Descomposición de la materias animales (amonificación), 4-Devolución a la atmósfera por desnitrificacion, 5-Ingreso en el medio acuático por lixiviación, 6-Humus, 7-Nitrificación. 8-Fijación del nitrógeno en las raíces por las bacterias simbióticas, 9-Absorción del nitrógeno producido por la actividad eléctrica de la atmósfera, 10-Descomposición de las materias vegetales (amonificación).

Las plantas emplean el amoniaco como fuente de nitrógeno, los animales lo captan a través de la ingestión de plantas.

Cuando las plantas o animales mueren, el nitrógeno presente en sus tejidos se transforma mediante descomposición bacteriana a amoniaco.

Sirve como fuente de energía para otra bacteria (nitrosomas) que transforma el amoniaco a el ion nitrito empleando el oxigeno como oxidante.

El nitrito sufre otra oxidación bacteriana (nitrobacter) a nitrato.

El proceso global de oxidación del nitrógeno se denomina nitrificación.

• El ciclo del nitrógeno se cierra con las bacterias desnitrificacion que emplean al , en vez del O2 , como oxidante para sus procesos metabólicos, reduciendo el nitrato a la forma inicial del N2.

• En los procesos de desnitrificacion y nitrificación se libera N2O como subproducto de la reacción.

• El N2O es un gas invernadero y una fuente de NO estratosférico, parte activa en los procesos químicos de destrucción del O3.

INFLUENCIA DEL SER HUMANO EN EL CICLO DEL NITROGENO

Los humanos influyen en el ciclo del nitrógeno y pueden sobrecargarlo.

• Esto puede ser observado en los cultivos intensivos (que obligan a añadir fertilizantes nitrogenados para fertilizar las tierras) y la tala de árboles, que hacen descender el contenido de nitrógeno de los suelos.

• La lixiviación del nitrógeno de estas tierras añaden un extra indeseable a los ecosistemas acuáticos cuando es arrastrado por las aguas fluviales.

• Este exceso de nitrógeno se agrava con la emisión a la atmósfera del dióxido de nitrógeno de las centrales térmicas y los automóviles; una vez descompuesto en la atmósfera es capaz de reaccionar con otros productos contaminantes, generando el conocido smog fotoquímico.

AGRICULTURA

FERTILIZANTES Y REVOLUCION VERDE

• El aporte natural de nitrógeno para la agricultura lo proporciona las bacterias que contiene la nitrogenasa.

• Las bacterias se alojan en los nódulos de raíces de leguminosas tales como, judías, guisantes, alfalfa y trébol.

• Cuando mueren la mayoría de nitrógeno regresa al suelo y otro a la atmosfera por desnitrificacion.

• Las leguminosas son utilizada como una antigua practica de agrícola de rotación de cultivos, donde se alterna cultivos de leguminosas con cereales, granos y otros vegetales con el fin de mantener la productividad de las plantas no leguminosas.• Un fertilizante natural es el estiércol

animal.

• La obtención industrial de fertilizantes nitrogenados se realiza mediante el procedimiento de la reacción nitrogenasa empleando Fe como catalizador, la reacción requiere elevadas presiones (100 atm) y temperatura (500 °C).

• El amoniaco resultante se puede introducir directamente en el terreno de cultivo.

La producción mundial de fertilizantes nitrogenados se ha incrementado de forma alarmante en las ultimas cuatro décadas y en la actualidad duplica la velocidad de fijación del N2 por parte de las leguminosas (83 frente a 40Tg/40años).

FUENTES DE PRODUCCION DE NITROGENO

Actividades Antropogénica 130 Tg/año.

Quema de combustibles fósiles 20 Tg/año de oxido de nitrógeno.

Actualmente las actividades humanas dominan el ciclo de nitrógeno.

NITROGENO FIJADO PROCESO DE DESNITRIFICACION

EN EL TERRENO 320 Tg/año

EN EL TERRENO 160 Tg/año

EN EL OCEANO 40 Tg/año

EN EL OCEANO 110 Tg/año

REVOLUCION VERDE

• El desarrollo agrícola que se inició en Sonora, México, dirigido por Norman Borlaug en 1943, había sido juzgado como un éxito por la Fundación Rockefeller la cual trató de propagarlo a otros países.

• La Oficina de Estudios Especiales en México se convirtió en una institución informal de investigación internacional en 1959, y en 1963 se convirtió formalmente en el CIMMYT, Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo.

OBJETIVOSeleccionar nuevas variedades de arroz y trigo que proporcionaban cosechas mas abundantes y mas resistentes a los fertilizantes.

DIFICULTADES ENCONTRADAS Las variedades autóctonas de

regiones subtropicales y tropicales no responden bien a los fertilizantes.

Crecen mucho y sus tallos se rompen por acción de los viento y la lluvia.

AVANCES Las nuevas variedades son plantas

pequeñas, con tallos que permanecen cortos hasta que el grano madura.

Permite incrementar la densidad de plantas por hectárea.

DESVENTAJA Consumo mayor de agua. Son menos resistentes a las plagas

requiriendo la aplicación de pesticida para su protección.

DEGRADACIÓN MEDIOAMBIENTAL

• El ecosistema se desequilibra cuando una tierra se limpia con fines agrícolas. La deforestación no es mas que una consecuencia del desarrollo agrícola.

• La deforestación afecta principalmente a las zonas tropicales, el problema se ve agravado por el calor y las lluvias torrenciales.• El tiempo de recuperación de los suelos de

las zonas tropicales es mayor que las zonas templadas.

• La erosión del suelo es el principal problema de las áreas agrícolas.

• El viento y el agua arrastra las partículas del suelo que han quedado expuesto por la practica agrícola.

• El suelo erosionado se puede recuperar adicionando materia orgánica y minerales a través del riego.

Una de las zonas del mundo mas afectada por la erosión es la cuenca del Rio Amarillo en China.

Con una velocidad de erosión estimada de 21 toneladas/hectáreas/años.

MEDIDAS DE REDUCCION

Cultivo en terrazas

No labranza del suelo

NUTRICION

LAS PRINCIPALES CATEGORIAS NUTRIONALES SON:

• Hidrato de carbono: son moléculas de azúcar unidas en una larga cadena.• Grasas: son triglicéridos de ácidos grasos, largas hidrocarbonadas unidas a una unidad de glicerol• Proteínas: unidades de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

ENERGIA Y CALORIAS

• Los hidratos de carbono es la fuente inicial de energía biológica en el proceso de respiración.

• La mayor parte de la energía necesaria para mantener el funcionamiento de nuestro órganos vitales procede de la oxidación de los hidratos de carbono.

HIDRATOS DE CARBONO VRS GRASAS

• Las grasas contienen menos oxigeno y mas oxigeno e hidrogeno.• El contenido energético de las grasas es

de 9 cal/g y de los hidratos de carbono 4 cal/g.• Las grasas son inmiscibles en agua

mientras que los hidratos de carbono son hidrofílico.• Los hidratos de carbono se encuentran

asociados a una cantidad de agua que representa cuatro veces su peso.

• En consecuencia la transformación de hidratos de carbono a grasas orina una concentración de energía menos en peso.

• El exceso en calorías lo almacenamos en forma de grasa. Su oxidación biológica es mas lenta que la de los hidratos de carbono. Primero quemamos nuestra reserva de hidratos de carbono y después la de grasa.

PROTEINAS

• Fabrican la mayoría de los tejidos de nuestro organismo y además constituye las enzimas, catalizadores biológicos que intervienen en miles de reacciones y que son indispensables para el mantenimiento de la vida.

MINERALES Y VITAMINAS

• Los elementos necesarios deben de estar presentes en las proporciones correctas; estos elementos son: H, C, N, O, P, S, Na, K, Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Co, Cr, Mo, Se, I y otros en pequeñas concentraciones.

• Las vitaminas se descubrieron a partir de enfermedades provocadas pro su deficiencia en la dieta.

• En 1747, James Lind descubrió la efectividad de los cítricos en el tratamiento de escorbutos que sufrían los marinos ingleses.

• En 1932, Albert Szent-Gyorgyi y Charles King encontraron el componente activo de los cítricos, el acido ascórbico o vitamina C.

• Se conocen 13 vitaminas, la ultima la vitamina B12 se descubrió hace 50 años.

LAS VITAMINAS SE DIVEN EN :Solubles en agua, son o bien cofactores

enzimáticos o son necesario para la síntesis de los mismos.

Ejemplo:La niacina proporciona el termino piridínico del NAD: Su función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.

Se utilizan para catalizar reacciones REDOX.

Solubles en grasas: Ejemplos:• Vitamina A o retinol se incorpora en el

pigmento visual, rhodesiana.

• Vitamina D resulta imprescindible para la deposición correcta de calcio en los huesos.

• Vitamina K desempeña un papel importante en el proceso de coagulación de la sangre.

ANTIOXIDANTE

• La vitamina A y E son antioxidantes naturales que protegen a la membrana celular de los daños originados por el oxigeno molecular.

• Todos los antioxidante tienen doble enlace, lo que les confiere una elevada reactividad frente a los radicales libres

RADICALES LIBRE EN EL ORGANISMO

• Implicado en el proceso de envejecimiento.• Se generan en el organismo como un

subproducto de la reducción del O2 se le denomina ROS (especies reactivas del oxigeno).

• Atacan a las moléculas próximas, generando radicales orgánico.

• Altera el ADN, mutaciones y cáncer.

SISTEMA DEFENSA CONTRA RADICALES LIBRES

• Enzimas que destruyen a las especies de O2 que conducen a la formación de radicales hidroxilo.

Superóxido dismutasas. Catalasas. Peroxidazas.

• Suprimir metales que puedan activar las reacciones Redox, hierro, cobre y manganeso en forma de complejo de quelato,

• Antioxidante como la vitamina A, E y C, que reaccionan con los radicales libres ante de que estos lo hagan con los sistemas biológicos.

Los antioxidantes sintéticos mas comunes son: el terbutilhidroxitolueno (BHT) y el terbutilhidroxianisol (BHA), son compuesto de naturaleza fenólica.

El selenio, un elemento esencial en la dieta, tiene también funciones antioxidantes, se incorpora a los sitios activos de enzimas que participan en la ruptura de los peróxidos.

• Para establecer los niveles mínimos de vitamina requeridos se han examinado los niveles por debajo de los cuales aparecen síntomas de enfermedad.

• El mas ilustre defensor de la terapia de las vitaminas fue Linus Pauling que argumento que el valor optimo de vitamina C es muy superior a los niveles mínimos recomendados, dosis elevadas de esta vitamina previenen refriados e incluso cáncer.

EVALUACIÓNCOMENZAR

ELIGE UN NUMERO

2

10

1

6

3

7 8

4

9

5

PRESIONA Y RESPONDE

¿Cuál de estas son características de una planta con exceso de nitrógeno?

El crecimiento de las plantas es mucho más lento.La clorosis empieza en las puntas y va aclarándose hacia el centro de la hoja.Retraso en la maduración de los frutos siendo menos dulces.Verde muy intenso en las hojas

¿Cuál es el ciclo del Nitrógeno?

El proceso global de oxidación del nitrógeno se denomina

NITRIFICACION

AMONIFICACION

DESNITRIFICACION

ES EL PRINCIPAL PROBLEMA DE LAS AREAS AGRICOLAS

VIENTOS

INUNDACIONES

ACTIVIDADES ANTROPOGENICA

EROSION

son triglicéridos de ácidos grasos, largas hidrocarbonadas unidas a una unidad de glicerol

HIDRATOS DE CARBONO

PROTENINAS GRASAS

VITAMINAS