Post on 26-Sep-2018
Ciclos BiogeoquímicosBiorremediación
Hierro
Hierro (Fe)
• Uno de los elementos mas abundantes• Se presenta en dos estados de oxidación
Tercer estado
Ferroso Fe2+ Férrico Fe3+
Fe0 sólo se produce por actividad humana
Se oxida,Resultado de la respiración anaerobia
Se reduce,Resultado del metabolismo quimiolitótrofo
El Fe en el agua natural proviene de la disolución de las rocas y minerales en que se encuentra
Fe2+ se encuentra en condiciones anaeróbicas, ya que la presencia de oxígeno provoca su rápida oxidación.
En aguas de superficie se encuentra en niveles muy bajos, ya que el ión Fe3+ es prácticamente insoluble
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
Cadena de transporte
electrones
Sistema hierro férrico‐reductasa
ReduceFe3+ a Fe2+
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 biorremediaciónSe 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
Hidrocarburo aromático tolueno
Procedentes de fugas o vertidos accidentales de tanques de almacenamiento de hidrocarburos contamina los acuíferos anóxicos ricos en hierro
Descontaminante natural
Shewanella putrefaciens
Geospirillum
Geovibrio
Oxidación del hierro
La oxidación aerobia de Fe2+ a Fe3+ es una reacción quimiolitótrofaen algunos procariotas.
A pH ácido solo se puede extraer una pequeña cantidad de energía Las bacterias deben oxidar grandes cantidades de hierro para crecer.
pH neutro Fe2+ se oxida rápidamente a Fe3+ Estable en condiciones anóxicaspH ácido Estable en condiciones óxicas
La mayor parte de las bacterias que oxidan hierro son acidófilas estrictas
Bacterias o
xidado
ras d
e hierro
AcidithiobacillusferrooxidansLeptospirillumferrooxidans
‐Pueden crecer a valores de pH< 1 ‐Crecimiento óptimo a pH 2‐3‐Son abundantes en ambientes con contaminación ácida como las escorrentías de las minas de carbón
Gallionella ferruginea
Sphaerotilus natans
‐Pueden crecer a pH neutro,‐Sólo en situaciones en las que el Fe3+ se desplaza de condiciones anóxicas a las óxicas‐Ventaja energética, Fe2+ donador de electrones > a pH neutro que a pH ácido
O2 único aceptor de electrones que oxida abióticamente Fe2+
Oxidación de Fe2+
Acidithiobacillus ferrooxidans
Una energía relativamente pobre acoplada agrandes demandas energéticas hace que tengaque oxidar grandes cantidades de Fe2+ paraproducir cantidades pequeñas de materialcelular. Por tanto en los ambientes donde vivensu presencia esta determinada por laacumulación de grandes cantidades de hierroférrico.
Par Fe2+ / Fe3+, potencial de reducción electropositivo a pH 2Vía de transporte de electrones hacia el oxígeno muy cortaLos protones que entran vía ATPasa tienen que ser consumidos para mantener el pH interno
Acidófilo estricto
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 solo con Fe2+Crece como quimiolitótrofo tanto con Fe2+ como con S0
Oxidación de Fe2+
En condiciones anóxicas
Bacterias fotótrofas anoxigénicas
Fe2+ se utiliza como donador de electrones para la reducción de CO2 Par Fe2+ / Fe3+, potencial de reducción < electropositivo a pH neutro
Especies de bacterias púrpuras fotótrofas
También pueden utilizar FeS como donador de electrones.
Fotótrofos oxidadores
Importancia para comprender la evolución de la fotosíntesis y los grandes depósitos de hierro férrico encontrados en sedimentos antiguos.
2FeCO3 + 3H2O + ½O2 → 2Fe(OH)3 + 2CO2 + 40 kcal/mol
Oxido férrico:‐ Insoluble‐ 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.