modeli biohem ciklusa

Modeli biohemijskih ciklusa

Merima Zekotić


Modeli biohemijski procesa

Živi organizmi moraju biti sposobni mijenjati kemijske spojeve u okolišu u one oblike koji će

se mo ći ugraditi u stani čni materijal. Time mikroorganizmi dobivaju na važnosti i imaju

odlučujuću ulogu u odvijanju procesa biogeokemijskih ciklusa u okolišu. Jednostavne

anorganske tvari (hranjivo – N, P) pomoću fotosintetičkih organizama se pretvaraju u

organske spojeve složenih struktura. Oni su izvor hrane za brojne životinjske potrošaće.

Uginućem životinja i biljaka u okoliš se unose sastojci složenih kemijskih struktura koji se ne

nagomilavaju već ih mikroorganizmi okoliša pretvaraju u jednostavnije spojeve, dostupne

fotosintetičkim organizmima. To upućuje na činjenicu da se na Zemlji stalno odvijaju procesi

razgradnje i sinteze pri čemu tvari ne nestaju nego se prevode iz jednog oblika u drugi, a

mikroorganizmi pri tome imaju važnu ulogu.

Slika 1.


Kruženje vode

Voda je najzastupljenija komponenta u biosferi. Kruženje vode (hidrološki ciklus) ostvaruje

se isparavanjem vodene pare (evaporacija) sa slobodnih vodenih površina, oslobañanjem

transpiracijom vegetacije i padalinama. Kod suhog i toplog zraka te djelovanjem vjetra

povećavaju se evaporacija i transpiracija. Voda u prirodi dolazi u tri agregatna stanja: kao

para, led i tekućina. Biljkama i životinjama potrebne su velike količine vode iz okoliša.

Proizvodnja hrane troši znatne količine vode (za kilogram pšenice potrebno je približno 1500

litara vode, za kilogram mesa 40 000 litara vode, za litru mlijeka 4 000 litara vode). Od

isparene i transpirirane vode nastaju padaline koje su često i tisućama kilometara dalje od

nastajanja u prirodi. Oblaci su nošeni vjetrovima i strujanjima u atmosferi.

Kruženje ugljika

Ugljik je najzastupljeniji element u živim organizmima. Približno 50 % suhe tvari u ljudskom

tijelu čini ugljik. Ugljik je najvažniji sastojak svih organskih spojeva. On povezuje atmosferu,

litosferu, pedosferu, hidrosferu i biosferu. Hidrosfera je najveći spremnik za globalnu

cirkulaciju ugljika (sadrži približno 40 000 GtC, najvećim dijelom u srednje dubokom i

dubokom oceanu), a atmosfera je najmanji spremnik za globalnu cirkulaciju ugljika (sadrži


približno 750 GtC). Izmjena se odvija putem ugljikova dioksida odnosno razlikama njegova

parcijalnog tlaka u ovim medijima, što godišnje iznosi gotovo 90 GtC. Hidrosfera sadrži 65

puta više ugljikova dioksida, a može upiti i više, što je ograničeno polaganim transportom u

dublje slojeve. Kopneni dio biosfere i atmosfera izmjenjuju ugljik fotosintezom i

respiracijom. Antropogene emisije procjenjuju se na do 10 GtC godišnje.

Kruženje ugljika u biosferi može se podijeliti na biološko kruženje (malo kruženje ugljika) i

na abiotsko kruženje (veliko kruženje ugljika). Procesi u kojima autotrofni organizmi troše

ugljikov dioksid koji je nastao respiracijom živih organizama i razgradnjom organske tvari

uzrokuju biološko kruženje ugljika. To su procesi stvaranja organske tvari putem fotosinteze i

kemosinteze.

Kruženje kisika

Kisik je sastojak brojnih različitih kemijskih spojeva. Kruženje kisika u biosferi vrlo je

složeno. Svi organizmi tijekom disanja troše kisik, a oslobaña se samo tijekom fotosinteze.

Poznato je da najveći dio kisika u atmosferi potječe od autotrofnih- fototrofnih organizama, tj.


od fitoplanktona pa do višeg vodenog i kopnenog bilja. Obnovi kisika na Zemlji pridonose

fitoplanktonski jednostanični organizmi u površinskom sloju svih oceana. Godišnja

proizvodnja svih autotrofnih organizama na Zemlji iznosi približno 500 milijardi tona kisika.

Glavni potrošači kisika su heterotrofne biljke, životinje i ljudi. Znatne količine kisika troše se

na Zemlji za brojne procese truljenja, uglavnom uz pomoć mikroorganizama. Velike količine

kisika troše se za izgaranje suhe trave, drva i fosilnih goriva. Veliki potrošači kisika su

industrijski pogoni, ložišta i vozila. Za obnavljanje cjelokupne količine kisika u atmosferi

potrebno je gotovo 2 000 godina, a za obnavljanje cjelokupne količine ugljikova dioksida

uatmosferi potrebno je približno 300 godina.


Kruženje dušika

Dušik zauzima vrlo važno mjesto, po količinskoj zastupljenosti, u grañi molekula

bjelančevina, nukleinskih kiselina i drugih spojeva. U atmosferi se nalazi u plinovitom stanju,

sa zastupljenošću od 79 vol. %. Iz atmosfere se dušik relativno malo troši za živi svijet.

Dušika ima i u tlu, u obliku anorganskih spojeva (nitrati, nitriti, amonijevi spojevi). Dušik

takoñer dolazi u obliku organskih spojeva (urea, mokraćna kiselina, aminokiseline,

bjelančevine). Na svom kruženju dušik se mijenja i neprestano prelazi iz jednog oblika

udrugi.

Prevoñenje dušika iz atmosfere u nitrate i amonijak naziva se nitrogena fiksacija. U uporabi

atmosferskog dušika u tlu sudjeluju simbiotske dušikove bakterije. U biljkama se sintetiziraju

spojevi bogati dušikom. Neke bakterije i modrozelene alge iz tla i vode vežu takoñer

atmosferski dušik i prevode ga u amonijak. Amonijak se pomoću bakterija iz tla procesom

nitrifikacije oksidira u nitrite, a zatim u kiseline.

Dušična kiselina u vodi tla disocira u nitrat (NO3), kojeg može rabiti najveći broj biljaka. U

tim reakcijama oslobañaju se energija i toplina, potrebne za život bakterija nitrifikatora. Iz tla

ili vode biljke ugrañuju nitrate, njima se hrane biljojedi, a njima mesojedi i raznojedi.

Kruženje dušika završava uginućem životinja i smrću ljudi. Njihovom mikrobiološkom

razgradnjom procesom truljenja nastaje od organskih dušikovih spojeva (npr. bjelančevina)

ponovno amonijak. Taj proces naziva se amonifikacija. Djelovanjem denitrifikacijskih

bakterija moguće je razgraditi nitrate u tlu i vodi. Mogu nastati meñuspojevi- dušikovi oksidi,


od kojih bakterije rabe kisik te se u atmosferu vraća slobodan plin dušik. Taj proces naziva se

denitrifikacija.

Kruženje fosfora

Fosfor je važan biogeni element potreban za razgradnju brojnih organskih spojeva u tijelu.

Živi organizmi do fosfora dolaze pretežno iz litosfere. Vode na kopnu ispiru stijene i fosfor

unose u mora i oceane. Globalno kruženje fosfora je najčešće u obliku fosfata, PO43-,nošenog

vodom. Samo mali dio se transportira zrakom, u obliku prašine. Fosfor se u obliku fosfata

uključuje u primarnu organsku proizvodnju, a dalje se hranidbenim lancima prenosi u

heterotrofne organizme. Glavni izvori fosfora su minerali, morski organizmi i naslage izmeta

morskih ptica (guano).

Kruženje sumpora

Sumpor je važan element za izgradnju nekih aminokiselina i bjelančevina. U tlu sumpor

dolazi u obliku mineralnih soli. Dio sumpora ugrañen je i u sedimentnim stijenama u obliku

teško razgradivih spojeva (FeS, CaSO4). U atmosferi dolazi u obliku sumporova dioksida

(SO2). Sumpor ulazi i u žive organizme u obliku spojeva sulfata i sulfida, koje biljke


apsorbiraju i dalje nakon redukcije uključuju u sintezu aminokiselina, bjelančevina itd. Pod

anaerobnim uvjetima može doći do neposredne redukcije i nastanka sulfida tj. vodikova

sulfida (H2S). Nagomilavanje velikih količina vodikova sulfida u dubljim anaerobnim

slojevima vode katkad je uzrok iščezavanja živih organizama na dubini većoj od 200 metara.

Velike količine sumporova dioksida (SO2) oslobañaju se u atmosferu pri izgaranju fosilnih

goriva. U kontaktu s vodom nastaje sumporasta kiselina (H2SO3). Sumporov dioksid u

reakciji s kisikom i vodom stvara sumpornu kiselinu (H2SO4). Sumporasta i sumporna

kiselina sastavnice su kiselih kiša. One se danas smatraju jednim od uzroka propadanja šuma.

Procjenjuje se da je 50 % europskih šuma obuhvaćeno sušenjem.


Literatura

Glavač V. 1999. Uvod u globalnu ekologiju. Duzpo i Hrvatske šume.Zagreb, 211 pp.

Krohne D.T. 2000. General ecology. Second Edition. Brooks/Cole, 512pp.

Springer O.P. i Springer D. 2008. Otrovani modrozeleni planet. Biblioteka Geographia

Croatica. Knjiga 31, 291pp.

http://www.ffst.hr/

http://ga.water.usgs.gov/edu/

http://www.ffst.hr/odsjeci/uciteljski/nastava/Prirodoslovlje/prirodoslovlje

%202011_2012/11.%20Ekologija.pdf

modeli biohem ciklusa

Documents