Ciclos Biogeoquímicos Biorremediación

Transcripción

1 Ciclos Biogeoquímicos Biorremediación

2 Hierro

3 Hierro (Fe) Uno de los elementos mas abundantes Se presenta en dos estados de oxidación El Fe en el agua natural proviene de la disolución de las rocas y minerales en que se encuentra Ferroso Fe 2+ Férrico Fe 3+ Se oxida, Resultado de la respiración anaerobia Fe 2+ se encuentra en condiciones anaeróbicas, ya que la presencia de oxígeno provoca su rápida oxidación. Se reduce, Resultado del metabolismo quimiolitótrofo En aguas de superficie se encuentra en niveles muy bajos, ya que el ión Fe 3+ es prácticamente insoluble Tercer estado Fe 0 sólo se produce por actividad humana Fundición de menas de hierro para formar hierro fundido

4 Ciclo del hierro Reducción bacteriana de Fe 3+ Aceptor de electrones en la respiración anaerobia Corriente en suelos encharcados, ciénagas y sedimentos lacustres anóxicos Cadena Sistema electron Reduce de hierro férricoreductasa 3+ a es Fe transpor Fe 2+ El flujo de electrones te establece una fuerza protonmotriz que impulsa la síntesis de ATP mediante la ATPasa

5 Reductores del hierro férrico Geobacter metallireducens Bacteria anaeróbica que tiene capacidades que la hacen útil en la biorremediación Se ha utilizado de modelo para el estudio de la fisiología de la reducción del Fe 3+ Oxida acetato, también puede utilizar H 2 o donadores de electrones orgánicos Geospirill um Geovibrio Desconta minante natural Shewanella putrefaciens Hidrocarburo aromático tolueno Procedentes de fugas o vertidos accidentales de tanques de almacenamiento de hidrocarburos contamina los acuíferos anóxicos ricos en hierro

6 Oxidación del hierro O 2 único aceptor de electrones que oxida abióticamente Fe 2+ La oxidación aerobia de Fe 2+ a Fe 3+ es una reacción quimiolitótrofa en algunos procariotas. ph neutro Fe 2+ se oxida rápidamente a Fe 3+ Estable en condiciones anóxicas ph ácido Estable en condiciones óxicas La mayor parte de las bacterias que oxidan hierro son acidófilas estrictas Las bacterias deben oxidar grandes cantidades de hierro Pueden crecer a valores de ph< 1 Crecimiento óptimo a ph 2 3 para crecer. Son abundantes en ambientes con contaminación ácida como las escorrentías de las minas de carbón A ph ácido solo se puede extraer una pequeña cantidad de energía Bacterias oxidadoras de hierro Acidithiobacillus ferrooxidans Leptospirillum ferrooxidans Gallionella ferruginea Sphaerotilus natans Pueden crecer a ph neutro, Sólo en situaciones en las que el Fe 3+ se desplaza de condiciones anóxicas a las óxicas Ventaja energética, Fe 2+ donador de electrones > a ph neutro que a ph ácido

7 Oxidación de Fe 2+ Acidithiobacillus ferrooxidans Acidófilo estricto Par Fe 2+ / Fe 3+, potencial de reducción electropositivo a ph 2 Vía de transporte de electrones hacia el oxígeno muy corta Los protones que entran vía ATPasa tienen que ser consumidos para mantener el ph interno Una energía relativamente pobre acoplada a grandes demandas energéticas hace que tenga que oxidar grandes cantidades de Fe 2+ para producir cantidades pequeñas de material celular. Por tanto en los ambientes donde viven su presencia esta determinada por la acumulación de grandes cantidades de hierro férrico.

8 Acidithiobacillus ferrooxidans Leptospirillum ferrooxidans Viven en ambientes en los que el ácido sulfúrico es el acido dominante y en donde hay gran cantidad de sulfatos C ph moderadamente ácido C ph más ácido (de 1 a 2) Crece como quimiolitótrofo tanto con Fe 2+ como con S 0 Oxidación de Fe 2+ Crece solo con Fe 2+ En condiciones anóxicas Bacterias fotótrofas anoxigénicas Especies de bacterias púrpuras fotótrofas También pueden utilizar FeS como donador de electrones. Fe 2+ se utiliza como donador de electrones para la reducción de CO 2 Par Fe 2+ / Fe 3+, potencial de reducción < electropositivo a ph neutro Fotótrofos oxidadores Importancia para comprender la evolución de la fotosíntesis y los grandes depósitos de hierro férrico encontrados en sedimentos antiguos. Oxido férrico: Insoluble Rojizo Olor y sabor 2FeCO 3 + 3H 2 O + ½O 2 2Fe(OH) 3 + 2CO kcal/mol

9 Pirita Una de las formas más habituales del hierro natural Se forma cuando el azufre reacciona con el sulfuro ferroso (FeS) para dar un mineral cristalino insoluble. (FeS2) «el oro de los tontos» oxidación Combinación de reacciones catalizadas química y enzimáticamente en las que intervienen el oxígeno molecular (O 2 ) y el ión férrico. Esta reacción conduce a la oxidación del sulfuro a sulfato, y el desarrollo de condiciones acidas en las que el hierro ferroso que se forma es estable en presencia de oxigeno. La oxidación bacteriana de la pirita tiene gran importancia para la aparición de las condiciones de acidez en las actividades mineras.