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Ciclos Biogeoquímicos
Biorremediación
Hierro
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 Fe2+
Se oxida,
Resultado de la respiración anaerobia
Fe2+ se encuentra en condiciones anaeróbicas, ya que la presencia de oxígeno provoca su rápida oxidación.
Férrico Fe3+
Se reduce,
Resultado del metabolismo quimiolitótrofo
En aguas de superficie se encuentra en niveles muy bajos, ya que el ión Fe3+ es prácticamente insoluble
Tercer estado
Fe0 sólo se produce por actividad humana
Fundición de menas de hierro para formar hierro fundido Ciclo del hierro
Reducción bacteriana de Fe3+
Aceptor de electrones en la respiración anaerobia
Corriente en suelos encharcados, ciénagas y sedimentos lacustres anóxicos Sistema Cadena Reduce
electron
hierro férrico‐
de Fe3+ a es
transpor reductasa
Fe2+
te
El flujo de electrones establece una fuerza protonmotriz que impulsa la síntesis de ATP mediante la ATPasa
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 Fe3+
Oxida acetato, también puede utilizar H2 o donadores de electrones orgánicos
Desconta
minante natural Geospirill
um
Geovibrio
Shewanella putrefaciens
Hidrocarburo aromático tolueno
Procedentes de fugas o vertidos accidentales de tanques de almacenamiento de hidrocarburos contamina los acuíferos anóxicos ricos en hierro
Oxidación del hierro
O2 único aceptor de electrones que oxida abióticamente Fe2+
La oxidación aerobia de Fe2+ a Fe3+ es una reacción quimiolitótrofa
en algunos procariotas.
pH neutro
pH ácido
Fe2+ se oxida rápidamente a Fe3+
Estable en condiciones óxicas
Estable en condiciones anóxicas
La mayor parte de las bacterias que oxidan hierro son acidófilas estrictas
Bacterias oxidadoras de hierro
Las bacterias deben A pH ácido solo se puede extraer una pequeña cantidad de energía oxidar grandes cantidades de hierro Acidithiobacillus
‐Pueden crecer a valores de pH< 1 para crecer.
ferrooxidans
‐Crecimiento óptimo a pH 2‐3
Leptospirillum
ferrooxidans
‐Son abundantes en ambientes con contaminación ácida como las escorrentías de las minas de carbón
‐Pueden crecer a pH neutro,
Gallionella ferruginea ‐Sólo en situaciones en las que el Fe3+ se desplaza de condiciones anóxicas a las óxicas
Sphaerotilus ‐Ventaja energética, Fe2+ donador de electrones > a pH neutro natans que a pH ácido
2+
Oxidación de Fe
Acidithiobacillus ferrooxidans
Acidófilo estricto
Par Fe2+ / Fe3+, 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 Fe2+ 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.
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.
20 ‐20 C° pH moderadamente ácido
30 ‐50 C° pH más ácido (de 1 a 2)
Crece como quimiolitótrofo tanto con Fe2+ Crece solo con Fe2+
0
como con S
Oxidación de Fe2+
En condiciones anóxicas
Bacterias fotótrofas anoxigénicas
Especies de bacterias púrpuras fotótrofas
También pueden utilizar FeS como donador de electrones.
Fe2+ se utiliza como donador de electrones para la reducción de CO2 Par Fe2+ / Fe3+, potencial de reducción < electropositivo a pH neutro
Importancia para comprender la evolución de la Fotótrofos fotosíntesis y los grandes depósitos de hierro férrico oxidadores encontrados en sedimentos antiguos.
Oxido férrico:
‐ Insoluble
2FeCO3 + 3H2O + ½O2 → 2Fe(OH)3 + 2CO2 + 40 kcal/mol ‐ Rojizo
‐ Olor y sabor
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 (O2) 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.