Trabajomicro de Microbiologia unprg

7/24/2019 Trabajomicro de Microbiologia unprg

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IntroduccinHemos visto que el flujo de energa a travs de la biosferaes en un solo sentido. La energa radiante del soles interceptada por la biosfera. Despus de pasar a travs de las transformaciones que mantienen vivos a losorganismos retorna al espacio exterior en forma decalor. De esta manera no hay "ciclo de energa".La intercepcin y utili!acin de la energa por los organismos vivos depende del almacenamientode la

energa en forma deenlaces qumicosy del aprovechamiento de esta energa cuando los enlaces se rompen.Lamateriaviva est hecha a partir de un numero peque#o de tomos diferentes$ qui!s %&. 'lgunos de estostomos abundan en el mundo no viviente. (tros son muy escasos. )in embargo* en uno y otro caso la vida hapersistido en este planeta a lo largo de un periodo de ms de +,,, millones de a#os* pues existenmecanismos que permiten utili!ar estos tomos una y otra ve!. -or consiguiente* los tomos de la vida enrealidad circulan. Lanaturale!ade algunos de estos ciclos es ahora objeto de nuestraatencin.

Ciclos biogeoqumicosualquier elemento que un organismo necesite para vivir* crecer y reproducirse sellama nutrimento o nutriente. Los organismos vivos necesitan de +, a /, elementos qumicos* aunque eln0mero y tipos de estos elementos pueden variar con los distintos organismos. 1n general* tales nutrientes se

encuentran en diversos compuestos.Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan macronutrientes. )onejemplos$ elcarbono* oxgeno* hidrgeno* nitrgeno* fsforo* a!ufre* calcio* magnesio y potasio. 1stoselementos y sus compuestos constituyen el 234 de la masa del cuerpo humano*y ms de 2&4 de la masa detodos los organismos. Los +, o ms elementos requeridos por los organismos en cantidades peque#as* otra!as* se llaman micronutrientes. )on ejemplos el hierro* cobre*!inc* cloro y yodo.La mayor parte de las sustancias qumicas dela tierrano ocurren en formas 0tiles para los organismos queviven en el planeta. 'fortunadamente* los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes para lavida sobre la tierra*son ciclados continuamente en vas complejas a travs de las partes vivas y no vivas de laecsfera* y convertidas en formas 0tiles por una combinacin de procesosbiolgicos* geolgicos y qumicos.1ste ciclamento de los nutrientes desde el ambienteno vivo 5depsitos en laatmsfera* la hidrosfera y lacorte!a de la tierra6 hasta los organismos vivos* y de regreso al ambiente no vivo* tiene lugar en los ciclos

biogeoqumicos 5literalmente* de la vida 5bio6 en la tierra 5geo6* estos ciclos* activados directa o indirectamentepor la energa que proviene del )ol* incluyen los del carbono* oxgeno* nitrgeno* fsforo* a!ufre ydelagua5hidrolgicos6.De este modo* una sustancia qumicapuede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambientedel organismo en otro momento. -or ejemplo* una de las molculas de oxgeno que usted acaba de inhalar*puede ser una inhalada anteriormente por usted* o su abuela* o por un dinosaurio hace millones de a#os. 1nforma semejante* alguno de los tomos de carbono de la pielque cubre su mano derecha puede haber sidoparte de la hoja de una planta* la piel de un dinosaurio o de una capa de roca cali!a.1stos elementos circulan a travs del aire* elsuelo* el aguay los seres vivos.7racias a los ciclos biogeoqumicos es posible que los elementos se encuentres disponibles para ser usadosuna y otra ve! por otros organismos8 sin estos la vida se extinguira.1l trmino ciclo biogeoqumico se deriva delmovimientocclico de los elementos que forman los organismosbiolgicos 5bio6 y el ambiente geolgico 5geo6 e intervienen en un cambioqumico.

Hay tres tipos de ciclos biogeoqumicos interconectados. 1n los ciclos gaseosos* los nutrientes circulanprincipalmente entre la atmsfera 5agua6 y los organismos vivos. 1n la mayora de estos ciclos los elementosson reciclados rpidamente* con frecuencia en horas o das. Los principales ciclos gaseosos son los delcarbono* oxgeno y nitrgeno.1n los ciclos sedimentarios* los nutrientes circulan principalmente en la corte!a terrestre 5suelo* rocasysedimentos6 la hidrosfera y los organismos vivos. Los elementos en estos ciclos* generalmente recicladosmucho ms lentamente que en los ciclos atmosfricos* porque los elementos son retenidos en las rocassedimentarias durante largotiempo*con frecuencia de miles a millones de a#os y no tienen una fase gaseosa.1l fsforo y el a!ufre son dos de los +9 elementos reciclados de esta manera.
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1n el ciclo hidrolgico8 el agua circula entre el ocano* el aire* la tierra y los organismos vivos* este ciclotambin distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta.

Ciclo del nitrgeno

INTRODUCCIN

1l ciclo del nitrgeno al igual que los dems ciclos biogeoqumicos* tiene una trayectoria definida* pero qui!a0n ms complicada que los dems* dado que tiene que seguir una serie de procesos fsicos* qumicos ybiolgicos. 's* el nitrgeno esta considerado como el elemento ms abundante en la atmsfera. )inembargo* dada su estabilidad* es muy difcil que reaccione con otros elementos y* por tanto* se tiene un bajoaprovechamiento* ra!n por la cual* su abundancia pasa a segundo trmino. ' pesar de esto* gracias alproceso biolgico de algunas bacterias y cianobacterias* el nitrgeno que se encuentra en la atmsfera puedeser asimilable* al :romper; la unin de sus enlaces por medios en!imticos y as poder producir compuestosnitrogenados* que pueden ser aprovechados por la mayora de los seres vivos* en especial las plantas* queforman relaciones simbiticas con este tipo de bacterias. 1se nitrgeno fijado se transforma en aminocidos yprotenas vegetales* que son aprovechadas a su ve! por los herbvoros* quienes los van almacenando parafinalmente pasarlos al 0ltimo eslabn de la cadena alimenticia* es decir a los carnvoros. abe mencionar*que el nitrgeno regresa de nuevo al ciclo por medio de los desechos 5tanto restos orgnicos* comoproductos finales del metabolismo6* ya que gracias a que las bacterias fijadoras los :retoman;* es que puedenfinalmente ser asimilados por las plantas* cosa que de otra manera sera imposible. )in embargo* hayprdidas de nitrgeno por medio de otras bacterias que lo liberan a la atmsfera. De esta forma se logra unequilibrio en el ciclo del nitrgeno.

CICLO DEL NITRGENO

1ste es qui! uno de los ciclos ms complicados que permiten la posibilidad de vida en la tierra* ya que elnitrgeno se encuentra en varias formas* y se llevan a cabo en l* una serie de procesos qumicos en los queel nitrgeno es tomado del aire y es modificado para finalmente ser devuelto a la atmsfera. 1l nitrgeno 5


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compuestos nitrogenados* los animales acaban formando iones amonio* que resultan muy txicos y quedeben ser eliminados. 1sta eliminacin se hace en forma de amoniaco 5algunos peces y organismosacuticos6* en forma de urea 5el hombre y otros mamferos6 o en forma de cido 0rico 5aves y otros animalesde !onas secas6* para que posteriormente* las bacterias nitrificantes se encarguen de transformarlo. Aa seapor un procedimiento o por otro* el nitrgeno es un elemento que esta presente en la materia viva* por que esun componente esencial para la formacin de protenas y cidos nucleicos* y que es absorbido por losproductores que lo requieren para la elaboracin de stos* pasando luego a los consumidores* ms tarde alos descomponedores y finalmente regresa de nuevo al medio ambiente. )in embargo* existen ciertasbacterias llamadas desnitrificantes 5entre ellas -seudomonas desnitrificans6* que devuelven parte delnitrgeno inorgnico del suelo a la atmsfera en forma gaseosa* produciendo as una :prdida; de esteelemento para los ecosistemas y la biosfera. 1stas bacterias habitan en los pantanos y en los fondoscarentes de oxgeno* asimismo* estas bacterias pertenecen al gnero @hiobacillus* quienes utili!an losnitratos en su proceso metablico* que al final reintegran a la atmsfera como nitrgeno en forma gaseosa. 'pesar de que la mayor parte del nitrgeno se encuentra en la atmsfera* la reserva realmente activa de esteelemento se encuentra en el suelo* ya que aqu van a parar los desechos orgnicos de los organismos vivosy los restos de stos. A es as* como las bacterias fijadoras de nitrgeno concluyen el proceso dedescomposicin de estos materiales* convirtiendo el nitrgeno orgnico en inorgnico 5nitratos6. Los nitratosson la 0nica forma en la cual las plantas pueden absorber este elemento para poder sinteti!ar sus propiasprotenas* por medio de la fotosntesis.

@radicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrcolas. Durantemuchos a#os se usaron productos naturales ricos en nitrgeno como el guano* o el nitrato de chile. Desdeque se consigui la sntesis artificial de amoniaco por el proceso Haber* fue posible fabricar abonosnitrogenados* los cuales se emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura. )u mal usoproduce* a veces* problemas de contaminacin en las aguas* como la eutroficacin. La fijacin del nitrgenocumple un papel muy importante en la produccin de cultivos* ya que los agricultores dejan :descansar; sustierras despus de cierto n0mero de cultivos. 1sta vieja prctica da oportunidad a que las bacteriasnitrificantes transformen el nitrgeno atmosfrico en compuestos nitrogenados aprovechables para lasplantas.

FASES DEL CICLO

1l ciclo del nitrgeno tiene cinco etapas* de las cuales slo la asimilacin no es reali!ada por bacterias$

B. Fijacin.1s un proceso exclusivamente -rocariota8 la fijacin biolgica del nitrgeno consiste en laincorporacin del nitrgeno atmosfrico* a las plantas* gracias a algunos microorganismos*principalmente bacterias y cianobacterias que se encuentran presentes en el suelo y en ambientesacuticos. 1sta fijacin se da por medio de la conversin de nitrgeno gaseoso 5


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gracias a los microorganismos por medio de la nitrificacin. La modificacin de


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Ciclo del fosforo

GNTRODUCCIN

1l fsforo es un componente de los cidos nuclecos y de la molcula donante de energa* el '@-. 1n losanimales forma parte esencial de esqueletos y conchas

1n la naturale!a la principal reserva de fsforo son las rocas sedimentarias fosfatadas por lo que no es unaforma accesible para los seres vivos.

na fuente importante de fsforo son los excrementos de aves marinas* el guano* que puede acumularse enalgunos lugares en grandes cantidades.


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CICLO DEL FSFORO

1s un ejemplo de un ciclo sedimentario cuya principal rea de almacenamiento del elemento se encuentra enla corte!a terrestre. (tros elementos que presentan ciclos muy similares son el calcio* el hierro* el potasio* elmanganeso* el sodio y el a!ufre. 'lgunos de estos elementos slo existen en cantidades microscpicas dentrode los organismos vivientes* pero sin embargo son vitales para el crecimiento y el desarrollo normales. -orejemplo no se pueden elaborar protenas sin fsforo y a!ufre.

Desde el punto de vista ecolgico* el fsforo es uno de los minerales ms importantes* pero es tambin uno

de los que tienen mayores probabilidades de escasear. La falta de fsforo produce una disminucin de laproductividad de los vegetales y esto afecta* a su ve!* a la vida animal.

1l fsforo proviene de las rocas fosfatadas que se desintegran y desgastan lentamente por la accin de lasgotas de agua* los cristales de hielo* el viento* los rayos solares y las races de las plantas dejando en libertadel mineral que se convierte en una sal en solucin* sea en el agua del suelo* sea en las extensiones de agua.Las plantas absorben el fsforo y otras sales minerales a travs de sus races.


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De las plantas el fsforo pasa por varias cadenas alimentarias y vuelve generalmente al suelo o al agua atravs de la accin de los desintegradores.

1sta parte del ciclo es la fase de las soluciones de sales8 la otra parte podra denominarse fase de las rocas.

Los ros acarrean las sales de fsforo hacia los mares. 'lgunas se depositan en los bajos y se incorporan alas rocas sedimentarias que se forman en el curso de millones de a#os. ' la larga* las rocas pasan a formarparte de nuevas masas de tierra* produciendo nuevas reservas de sales de fsforo a medida que sedesgastan lentamente. 1l fsforo y muchos otros minerales se depositan en las rocas y se liberan de ellas enun proceso que se repite continuamente.

Las corrientes marinas que ascienden desde las profundidades del ocano llevan a la superficie ciertacantidad de fsforo* que es absorbido rpidamente por el fitoplancton y se despla!a a lo largo de las cadenasalimentarias ocenicas. -arte de este fsforo vuelve a la tierra a travs de la pesca marina. (tra parteproviene del guano 5deyecciones6 de aves que se alimentan de peces* el cual es rico en fsforo y ennitrgeno. 1l guano es uno de los recursos naturales ms importantes del -er0* gracias a las corrientesascendentes prximas a la costa peruana que llevan el fsforo y otros nutrimentos hacia la superficie. Losnutrimentos son absorbidos por el fitoplancton* el cual sirve de alimento a diminutos crustceos* que a su ve!nutren a peces llamados anchoas* de los cuales se alimentan cuervos marinos denominados cormoranes.1stas aves anidan en grandes cantidades en las islas y sus deposiciones se recogen y se venden comoingrediente de fertili!antes.

La mayor parte del fsforo utili!ado en los fertili!antes se extrae de rocas fosfatadas.

FSFORO EN S#

1l fsforo elemental se encuentra en estado natural en dos variedades$ fsforo blanco* de aspecto vtreo* yfsforo rojo* que se presenta como un polvo de color roji!o.

La diferencia entre sus molculas se encuentra en su atomicidad$ mientras el fsforo blanco presentamolculas tetraatmicas 5-/6* el fsforo rojo tiene molculas octoatmicas 5-=6.

Las mayores reservas de fsforo se encuentran en el suelo y en las rocas sedimentarias* ya que encondiciones naturales el fsforo gaseoso no existe en cantidades significativas. De las rocas se libera enforma de fosfatos inorgnicos 5-,/+?6 y se disuelve en el agua o se recicla hacia la biosfera.

La cantidad de fsforo presente en los seres vivos es superior a la del medio ambiente 5por ejemplo* dientes yesqueleto de los vertebrados6. Los vegetales* por medio de las races* toman los fosfatos* y al igual queocurre con el nitrgeno* los animales se abastecen de este elemento al alimentarse de plantas u otrosanimales.

Ciclo del Azufre


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INTRODUCCIN

1l a!ufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para reali!ar diversas funciones*adems el a!ufre est presente en prcticamente todas las protenas y de esta manera es un elementoabsolutamente esencial para todos los seres vivos.

1l a!ufre circula a travs de la biosfera de la siguiente manera* por una parte se comprende el paso desde elsuelo o bien desde el agua* si hablamos de un sistema acutico* a las plantas* a los animales y regresanuevamente al suelo o al agua.

'lgunos de los compuestos sulf0ricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ros. 1ste a!ufre esdevuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como elcido sulfhdrico 5H%)6 y el dixido de a!ufre 5)(%6. 1stos penetran en la atmsfera y vuelven a tierra firme.7eneralmente son lavados por las lluvias* aunque parte del dixido de a!ufre puede ser directamenteabsorbido por las plantas desde la atmsfera.

CICLO DEL A$UFRE

La intemperi!acin extrae sulfatos de lasrocas*los que recirculan en losecosistemas.1n los lodos reducidos*el a!ufre recircula gracias a lasbacteriasreductoras del a!ufre que reducen sulfatos y otros compuestossimilares* y a las bacterias desnitrificantes* que oxidan sulfuros.
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1ntre el a!ufre orgnico y le mineral* no existe una concreta relacin en la planta8 la concentracin de )?

mineral* depende en forma predominante de la concentracin del a!ufre in situ* por la cual pueden darsenotables variaciones. 1n cambioel a!ufre de laprotenasdepende del nitrgeno* su concentracin esaproximadamente B& veces menos que el nitrgeno.

1l a!ufre es absorbido por las plantas en su forma sulfatado* )(/* es decir en forma aninica perteneciente alas distintas sales$ sulfatos de calcio* sodio* potasio* etc. 5)(/ a* )(/


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1s constituyente de las distintasen!imascon el sulfidrilo 5)HO6 comogrupoactivo* que act0an en elciclo de los hidratos de carbonoy en loslpidos5en la oxidacin de los cidosgrasos* comola coen!ima '* o'6.

Gnterviene en los mecanismos de xido?reduccin de las clulas 5con el glutation6. Gnterviene en la estructura terciaria de las protenas8 las protenas se ordenan en grandes cadenas

moleculares* el a!ufre ayuda a la constitucin de estas macromolculas adems de formar parte de

los aminocidos 5compuestos moleculares imprescindibles para la formacin de los pptidos* que seunen a su ve! para la formacin de las protenas6.

DEFICIENCIAS DEL A$UFRE EN EL SUELO%

La deficiencia de a!ufre se observa en suelos pobres en materia orgnica* suelos arenosos franco arenosos.

na deficiencia de a!ufre en el suelo puede traer una disminucin de la fijacin de nitrgeno atmosfrico quereali!an las bacterias* trayendo consecuentemente una disminucin de los nitratos en el contenido de aqul.

DEFICIENCIAS DEL A$UFRE EN LA !LANTA%

uando el a!ufre se encuentra en escasa concentracin para las plantas se altera los procesos metablicos ylasntesisde protenas. La insuficiencia del a!ufre influye en el desarrollo de las plantas.

Ciclo del hierro

1l Hierro se encuentra en la Litosfera en dos estados* el frrico Ne+C y ferroso Ne%C. 1ste bioelemento esutili!ado por distintos seres vivos para formar las cadenas de citocromos y asociado a protenas de transporte*

como la Hemoglobina.

Determinadas bacterias anaerobias 5'rqueobacterias6 que viven en ambientes pantanosos* pobres enoxgeno* reducen el hierro frrico Ne+C a ferroso Ne%C que es asimilado por otros seres vivos ya que es mssoluble.

1n ambientes con oxgeno el catin ferroso pasa de forma espontnea a frrico.

1l hierro es otro de los elementos indispensables para el desarrollo del ser vivo* entre otras funciones esnecesario para la gnesis de los glbulos rojos por su presencia en la hemoglobina* tambin es necesariopara determinados seres vivos como pigmento transportador de del oxgeno. 1n la biosfera aparece comohierro orgnico* hierro inorgnico bien soluble o en sedimento.

La aparicin de sedimentos de hierro lo desencadenan los cambios en el pH del medio al igual que algunosmicroorganismos* a este grupo de bacterias se le denominan ferrobacterias 57allionella* )iderocapsa y)ideromonas6.

1l hierro orgnico pasa a formas de mayor o menor estado de oxidacin. 1l ion ferroso puede transformarseen ion frrico y viceversa pasando finalmente de nuevo hierro orgnico.

'lgunas bacterias como el @hiobacillus ferroxidans obtiene la energa a partir de la oxidacin del hierro* desulfato ferroso a sulfato frrico* con esta energa que obtienen reducen el anhdrido carbnico 5reduccin nofotosinttica6.
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1l ciclo del hierro principalmente pone de relieve el intercambio de hierro ferroso 5Ne%C6 a hierro frrico 5Ne+C6. La oxidacin del hierro puede llevarla a acabo a pH neutro 7allionella sp y en condiciones acdicas*@hiobacillus ferrooxidans y el termfilo )ulfolobus.

Mucha de la literatura anterior sugera que existan gneros adicionales que podan oxidar hierro* incluyendo)phaerotilus y Leptothrix. 1stos dos gneros para muchos no microbilogos siguen denominndose :bacteriasde hierro;. La confusin sobre el papel de estos gneros la causaba la ocurrencia de la oxidacin qumica delion ferroso a ion frrico 5formando precipitados insolubles6 a valores de pH neutros* donde estosmicroorganismos crecen usando sustratos orgnicos. 1stos microorganismos se clasifican ahora comoquimioorgantrofos.

1n el ciclo del hierro intervienen* adems de las des componedoras de compuestos orgnicos* diferentesgremios de bacterias. -or un lado* las bacterias reductoras del sulfato o del a!ufre y las de hierro frricoreali!an procesos de reduccin que dan lugar a sulfuro de hidrgeno y a catin ferrosomediante respiracin anaerobia* donde el sulfato* el a!ufre o el catin frrico sustituyen al oxgeno comoaceptor de electrones.

Muchas veces* los dos gremios de bacterias forman comunidades que se multiplican en medios acuticos conmucha materia orgnica* originando depsitos de sulfuro ferroso.

1n ambientes con oxgeno* espontneamente el sulfuro de hidrgeno y el catin ferroso se oxidan a sulfatos ya catin frrico. >eali!an el mismo proceso las bacterias oxida doras del a!ufre y las del hierro ferroso*quimiolittrofas* que utili!an el sulfuro de hidrgeno* el a!ufre o el catin ferroso como donadores deelectrones para sus cadenas respiratorias en lugar de compuestos orgnicos. )i hay lu! disponible* el sulfurode hidrgeno puede actuar tambin como donador de electrones para las bacterias fotosintticas del a!ufre*que dejan un residuo de a!ufre.

I&!ORTANCIA

1l hierro es otro de los elementos indispensables para el desarrollo del ser vivo. 1s necesario para la gnesis de los glbulos rojos por su presencia en la hemoglobina. 1s necesario para determinados seres vivos como pigmento transportador de del oxgeno. La aparicin de sedimentos de hierro lo desencadenan los cambios en el pH del medio al igual que

algunos microorganismos* a este grupo de bacterias se le denominan ferrobacterias ? 7allionella*)iderocapsa y )ideromonas.

1l hierro 5fe,6 es producido por la me!cla de menas 5rocas6 de hierro ferroso o frrico para obtener

hierro fundido* como una actividad del ser humano. 1n la superficie de la @ierra* el hierro se presenta en dos estados de oxidacin* ferroso 5Ne%C6 y

frrico 5Ne+C6. 1l Ne, es producido de la actividad humana en la me!cla de menas de hierro ferroso o frrico para

obtener hierro fundido.

1l ciclo del hierro consiste principalmente en reacciones de xido?reduccin* que reducen el hierro frrico5Ne+C6 a ferroso 5Ne%C6 y oxidan este hierro ferroso a frrico.

1stas reacciones son importantes tanto para los compuestos orgnicos que contienen hierro como para loscompuestos inorgnicos de dicho elemento.


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-rcticamente todos los microorganismos con la excepcin de determinados lactobacilos necesitan hierro*que es utili!ado como cofactor por muchas en!imas metablicas y protenas reguladoras debido a sucapacidad de existir en dos estados.

1l hierro frrico se puede reducir en condiciones anxicas a la forma ferrosa* mas solubles.

)i hay suficientes H%) se forman precipitados de sulfuro de hierro. La inundacin del suelo crea las

condiciones anxicas que favorecen la acumulacin de hierro ferroso.

1n ambientes aerbicos* la mayor parte del hierro est en estado frrico.

Diversas bacterias forman sideroforos* que unen al hierro facilitando as la absorcin celular.

'lgunos quimiolittrofos oxidan hierro para formar energa celular.

1stas bacterias oxidadoras del hierro pueden generar grandes cantidades d este elemento.

CICLO DEL 'IERRO EN LA TIERRA

(C&O SE "E AFECTADO)

Los cambios reali!ados por el hombre en los patrones de flujo cambian ciclos biogeoqumicos y llevan a laextincin de las especies o de los hbitats.

La intervencin humana en los ciclos biogeoqumicos tiene lugar por la explotacin de recursos 5remocin demateriales6 o por la contaminacin 5adicin de materiales6. 'mbas actividades implican una redistribucin demateriales y un cambio de direccin en los flujos.

1l da#o potencial de un incremento menor en el dixido de carbono atmosfrico para las formas de vida yhbitats como consecuencia del calentamiento global con los efectos mediados por los procesos hidrolgicosy bioqumicos.La produccin de alimento terrestre o acutico y su dependencia del clima* de la disponibilidad de nutrientes yla presencia de agentes txicos.La liberacin de cido sulf0rico y sus efectos sobre los sistemas terrestres y acuticos.La liberacin de gases tra!a sobre el o!ono estratosfrico y la radiacin climtica8 y la dispersin de qumicossintticos tales como pesticidas en la biosfera.1l entendimiento de los ciclos biogeoqumicos naturales puede ayudar a minimi!ar el impacto humano sobrelos ciclos naturales.


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REDUCCIN *ACTERIANA DEL 'IERRO

La reduccin frrica del hierro es muy corriente en suelos encharcados* en tuberas y en sedimentos anxicosde lagos. uando estas aguas cargadas de hierro alcan!an las !onas xicas* el hierro ferroso se oxidaqumicamente o por las bacterias del hierro y se producen compuestos frricos* que precipitan formando undepsito marrn. La reaccin global es como sigue$ Ne%C C BF/(% C % BF%H%( Ne5(H6+ C %HC 1l precipitado de hierro frrico interacciona con otras sustancias no biolgicas* como el humus reduciendo Ne+Ca Ne%C .

(xidacin de hierro ferroso en funcin del pH y de lapresencia de @hiobacillus ferrooxidans.

'IERRO F+RRICO , O-IDACIN DE !IRITA A !' CIDO

1n medios no cidos* el Ne%C es oxidado por las bacterias del hierro* como 7allionella y Leptothrix. )inembargo* a pH bajo* donde el Ne%C es estable* es cuando la miolitotrofo acidfilos relacionados oxidan Ne%C aNe+C a pH extremadamente bajos.

@hiobacillus ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans viven en ambientes en los que el cido sulf0rico es elcido dominante y donde* adems* hay gran cantidad de sulfato. ' %,J+, P y pH moderadamente cido 5%J/6* parece que @. ferrooxidans es el organismo dominante* mientras que a estas condiciones* el hierro frricono precipita como hidrxido* sino formando un sulfato mineral complejo llamado jarosita QHNe+ 5)(/6%5(H69R.

na de las formas ms corrientes de hierro y a!ufre en la naturale!a es la pirita* que tiene como frmulageneral Ne)%.


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La oxidacin bacteriana de la pirita tiene gran importancia para la aparicin de las condiciones de acide! enlas actividades mineras* tiene considerable importancia en el proceso llamado lixiviado microbiano deminerales.

Ciclo Del ManganesoDe manejo semejante al hierro* los microorganismos tambin* lo reciclan de su estado reducido a oxidado.

1l manganeso se encuentra en la exsfera tanto en su forma reducida manganosa 5Mn%C6 como en su formaoxidada o mangnica 5Mn/C6

La estabilidad de estos iones depende mucho del pH y del potencial redox.

1n presencia de oxigeno con un pH superior a =* el ion manganosa se oxida a ion mangnico tetravalenteeste forma un dixido 5Mn(%6 insoluble con agua* que no se puede asimilar directamente a las plantas.

1n algunos hbitats marinos y de agua dulce* la precipitacin de manganeso forma ndulos.

1stos ndulos se originan en los sedimentos anxicos* cuando el manganeso entra en unambiente aerobio se oxida y se precipita* en parte por accin de las bacterias formando ndulos

A*SORCIN


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1l manganeso es absorbido por la planta como Mn%C* tanto por la ra! como por las hojas. Las necesidadescuantitativas son peque#as* pero fluct0an ms que para cualquier otro micronutriente.

1xiste en varios estados de oxidacin en la naturale!a 5MnCC* MnCCC y MnC6* pero es absorbidofundamentalmente como ion Mn%C.

1s insoluble en suelos alcalinos.

AS!ECTOS RELE"ANTES DEL &ANGANESO EN LA !ALNTA

'ctivador de en!imas 5Mn?protena y Mn?)(D6.

Defensa de la planta contra la presencia de radicales activos superxidos.

1sencial en la respiracin celular y metabolismo del nitrgeno$ activador de en!imas del ciclo de Erebs*interviene en la sntesis de protenas* ya que participa en la asimilacin del amonio.

Mn%Cpuede suplirse con Mg%C.

ompone parte de ciertas metaloprotenas.

Gnterviene en la liberacin del (% en la fotlisis del agua durante la fotosntesis.

-apel estructural en los cloroplastos.

Ggualmente en deficiencia severa se observa una disminucin en el contenido en clorofila.

Gnfluye en la formacin de los a!0cares.

S#NTO&AS DE DEFICIENCIA DE &N

lorosis 5por lo general* la clorosis aparece en hojas jvenes* amarilleando el limbo* e incluso* tomando uncolor blanco* mientras las nerviaciones permanecen con el color verde 5aspecto de tela de ara#a66 intervenalasociada con el desarrollo de peque#as manchas necrticas.

-roduce una desorgani!acin de las membranas del n0cleo* de las mitocondrias y especialmente de lamembrana tilacoidal


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La acumulacin de Mn%C es txica para la mayora de las plantas cultivadas. 1n suelos ricos en materiaorgnica* con pH menor o igual a &*& y con elevadas condiciones reductoras* se pueden produciracumulaciones de este elemento. 1sto es debido a que a pH bajos su forma asimilable 5bivalente6 es muyabundante y puede dar lugar a su absorcin por las plantas en cantidades elevadas.

1l Mn parece ser el 0nico micronutriente que puede acumularse en las plantas por absorcin excesiva. Lossntomas son ms visibles en plantas jvenes* manifestndose como manchas marrones en hojas.

1l manganeso es el undcimo elemento ms com0n en la corte!a terrestre* con una concentracin media de,*,2 4* o mejor 2,, mg Sg?B 5Tarber* B2=/6. 1l radio inico de Mn%C 593 pm6 es comparable al del Ne%C yMg%C 59B y 3% pm* respectivamente6 y el manganeso sustituye fcilmente al Ne%Cy Mg%C en algunosminerales 5re y TerroU B2=%6. 1l manganeso est presente principalmente como xidos y sulfuros y por lodicho frecuentemente asociado al hierro.

1n la corte!a terrestre existen ms de +, minerales de manganeso conocidos 5-ost* B2226 y adems formaparte de un gran n0mero de minerales como elemento accesorio. Los ms importantes se incluyen en la tabla

9 y en ella se han separado los que se ha comprobado que se forman en el suelo.

Los minerales forman las rocas y* como no poda ser menos* su contenido de manganeso es un reflejo de sucomposicin mineralgica. 1l manganeso divalente 5Mn%C6 es el estado de oxidacin ms estable para elmanganeso durante los procesos magmticos.

1l manganeso se reparte entre los silicatos ferromagnesianos y los xidos de Ne?@i* llegando a ser ms ricoen rocas mficas y ultramficas que en litologas flsicas. 1l contenido de manganeso de las rocassedimentarias se controla por la geoqumica de la roca fuente y las condiciones redox de los ambientesdeposicionales.

1l manganeso tambin puede estar en los materiales detrticos* como silicatos mficos* magnetita e ilmenita*pero la mayor parte aparece normalmente como xidos Mn/C secundarios que se forman* o comoconcreciones* o como recubrimientos superficiales de los minerales primarios y de los fragmentos de roca. 1lesquisto y la grauvaca generalmente tienen niveles ms altos de manganeso en relacin con las areniscascuarcticas gruesas y las rocas carbonatadas* en particular la doloma* tambin pueden contener altasconcentraciones de manganeso.

1l manganeso antropognico procede principalmente de la minera y la fundicin* la ingeniera* el trfico y laagricultura y tambin se utili!a en la fabricacin de acero* vidrio* bateras y productos qumicos. 1lpermanganato es un agente oxidante poderoso y se utili!a en analtica y en medicina.

1l manganeso puede ser una impure!a indeseable en los suministros de agua* la formacin de xido negroprecipita en las tuberas que pueden desprenderse* dando lugar a problemas tcnicos de obstruccin y demanchas* de sabor y de olor. )in embargo* las fuentes geognicas de manganeso en la naturale!a son muchoms importantes que las antropognicas.

La capacidad relativamente baja de hidrlisis de Mn 5GG6 conduce a la formacin dxidos en lugar de hidrxidosde este elemento en los suelos y los minerales del Mn son mucho menos diversos en los suelos que en lasrocas. VodyanitsSii* 5%,,26 ha demostrado la formacin de siete xidos de Mn en el suelo* dentro de tresgrupos estructurales* de ms a menos estables 5tabla 96$ en capas y pseudocapas 5Tirnessite y vernadita6*hbridos o me!cla de capas 5lithiophorite6 y con estructura en t0nel 5criptomelano* holandita y todoroSita6.

1l manganeso se encuentra en el suelo en tres estados de oxidacin$ Mn%C o Mn 5GG6* Mn+C o Mn 5GGG6 y Mn/Co Mn 5GV6. Los estados predominantes en la mayora de los suelos son la forma reducida o manganosa5MnC%6 y la mangnica 5MnC/6. -or lo tanto* el manganeso total de suelo est formado por el manganeso


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mineral* el manganeso complejado orgnicamente* el manganeso intercambiable y el manganeso en solucin.1l equilibrio entre el MnC% en solucin* el MnC% intercambiable* el manganeso orgnico y el manganesomineral determinan la disponibilidad del manganeso en el suelo para las plantas 5Nigura +6.

Los principales procesos a los que est sometido el manganeso son la oxido?reduccin y la complejacin conquelatos orgnicos$ el reciclado continuo de la materia orgnica contribuye a la solubilidad del manganeso.Los factores que afectan la solubilidad del manganeso en el suelo incluyen* por lo tanto* el pH* las condicionesredox y la complejacin orgnica. La humedad del suelo* la aireacin y la actividad microbiana influyen en lascondiciones rdox* mientras que la materia orgnica y la actividad microbiana afectan la complejacin.

1n presencia de oxgeno y con un pH superior a =* el Mn%Cse oxida a Mn/Cy forma un dixido insoluble enagua 5Mn(%6 fuera del alcance de las plantas.

omo se ha dicho* los xidos de manganeso son los minerales de manganeso ms comunes en el suelo yhay una serie de xidos de manganeso que vara de acuerdo con sustituciones de (%? por (H?.

uando el manganeso entra en ambiente aerbico* se oxida precipita* en parte por la accin de losmicroorganismos. Los xidos de manganeso tambin pueden aparecer como revestimientos sobre otrosminerales. 1n determinados materiales con ambiente anxico se forman ndulos* algunos suelos contienenconcreciones de hierro manganeso que varan en tama#o de ,*B a B& mm de dimetro frecuentemente del

tama#o de un guisante 5pisolitas6

Ciclo del Mercurio

1l mercurio 5Hg6* se encuentra presente en todos los compartimentos del medio ambiente 5atmsfera*gesfera* hidrosfera y biosfera6 y a diferencia de lo que sucede con los compuestos orgnicos su degradacinno se produce en el medio. -or lo tanto* la cantidad de mercurio total ha permanecido constante desde laformacin del planeta aunque* como es natural* la distribucin de este elemento no es uniforme nihomognea. Durante ms de veinte siglos el mercurio ha sido conocido y utili!ado por sus especialescaractersticas por diversas culturas* sin embargo* su uso se extendi a partir de la revolucin industrial. 1n la

actualidad sirve como materia prima en m0ltiples sectores industriales y tambin para la produccin dediversas manufacturas. -or lo tanto* y tal como muestran diversos estudiosB*% * la cantidad de mercuriomovili!ado y que se a#ade a la biosfera se ha incrementado en los 0ltimos B&, a#os. Hay que se#alar que lademanda industrial de mercurio en los pases ms desarrollados y por tanto* su produccin se ha reducido encasi un &,4 en la 0ltima dcada* debido a la mayor preocupacin por las consecuencias de los incrementosde la concentracin de mercurio que se estn encontrando en el medio ambiente.

)u actividad como neurotoxina* su facilidad para acumularse en la cadena alimentaria y los diferentesepisodios de envenenamiento* han hecho que el mercurio est incluido en todas las listas de organismosinternacionales como uno de los contaminantes ms peligrosos presentes en el medio ambiente.

1l conocimiento de los diferentes procesos qumicos* fsicos* hidrolgicos* minerales y biolgicos quecontrolan el transporte y acumulacin del mercurio constituye un paso clave para evaluar adecuadamente la

toxicidad y peligrosidad de la presencia del mercurio y sus derivados en nuestras vidas. 1n estos 0ltimosveinte a#os se ha avan!ado mucho en este sentido* pero todava hay procesos* reacciones y variables porestudiar para tener un conocimiento exhaustivo del comportamiento del mercurio y todos sus derivados en elmedio ambiente.

&ERCURIO EN EL &EDIO A&*IENTE


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Los niveles de mercurio en el medio ambiente han aumentado considerablemente desde el inicio de la eraindustrial. La actividad del hombre ha generali!ado los casos de exposicin* y las prcticas del pasado handejado un legado de mercurio que afectan adversamente a los seres humanos y al medio ambiente. Hasta lasregiones donde se registran emisiones mnimas de mercurio* como el Wrtico* se han visto adversamenteafectadas debido al transporte transcontinental y mundial del mercurio.

La fuente ms importante de mercurio es la emisin antropognica a la atmsfera* aunque tambin seproducen emisiones de mercurio que van directamente al agua y a la superficie terrestre. na ve! liberado* elmercurio permanece en el medio ambiente* donde circula entre el aire* el agua* los sedimentos* el suelo y labiota en diversas formas. Las emisiones actuales junto con el mercurio ya existente en el mundo hacen queeste se siga movili!ando* depositndose en la tierra y el agua y volviendo a movili!arse.

La forma en que se libera el mercurio vara seg0n los tipos de fuentes y otros factores. La mayora de lasemisiones a la atmsfera son en forma de mercurio elemental* que es transportado a regiones alejadas de lasfuentes de emisin. Las emisiones restantes se producen en forma de mercurio gaseoso* inorgnico* inico5como el cloruro de mercurio6 o consolidado en partculas. 1stas formas tienen un perodo de vida ms cortoen la atmsfera y se pueden depositar en tierras o masas de agua a distancias aproximadas de B,, a B,,,Silmetros de su fuente. 1l mercurio elemental en la atmsfera puede oxidarse* lo que origina una vaimportante de depsito en la superficie terrestre y en las aguas.

na ve! depositado* el mercurio puede cambiar de forma 5principalmente por metabolismo microbiano6 yconvertirse en metilmercurio* que tiene la capacidad de acumularse en organismos 5bioacumulacin6 yconcentrarse en las cadenas alimentarias 5biomagnificacin6* especialmente en la cadena alimentaria acutica5peces y mamferos marinos6. 1l metilmercurio es* pues* la forma que causa mayor preocupacin.

Las numerosas fuentes de emisin de mercurio a la biosfera que contribuyen a los flujos globales del mercuriose clasifican en tres categoras$

Emiione antro/o01nica

La movili!acin o emisin de mercurio derivada de actividades humanas* con transferencia de masa demercurio a la atmsfera.

1misiones naturales$ la movili!acin o emisin del mercurio generado de forma natural en la corte!a terrestre*por actividad volcnica o por erosin de las rocas* con una transferencia de masa de mercurio a la atmsfera

>e?emisiones de mercurio$ la transferencia de masa de mercurio a la atmsfera por procesos biolgicos ygeolgicos movili!ando el mercurio que anteriormente se haba depositado en la superficie terrestre poractividades humanas o naturales.

Emiione antro/o01nica

La mayor parte del mercurio presente actualmente en la atmsfera es producto de muchos a#os deemisiones provenientes de actividades antropognicas. 1s difcil estimar el componente natural de la cargatotal atmosfrica* pero en todo el planeta hay indicios de que las emisiones antropognicas de mercurio hangenerado ndices de deposicin actuales entre B.& y + veces mayores a los existentes en la poca

preindustrial . 'dems* dentro de las reas industriales y en sus inmediaciones los ndices de deposicin hanaumentado de % a B, veces durante los 0ltimos %,, a#os.

Emiione nat2rale

La importancia del conocimiento de las fuentes y flujos globales de las emisiones naturales de mercurioradica en que este tipo de emisiones no son controlables y por lo tanto no pueden ser reducidas.Desgraciadamente* es muy difcil distinguir entre las emisiones naturales y las emisiones antropognicasindirectas 5re?emisiones6* ya que el mercurio acumulado de manera natural participa de las mismasreacciones y procesos de transformacin que el de origen antropognico.


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1l mercurio es movili!ado o liberado a la atmsfera a travs de una serie de procesos naturales* incluyendo ladesgasificacin y erosin de la corte!a terrestre* erupciones volcnicas* la evaporacin desde la hidrosfera ylos incendios forestales. Las emisiones naturales de mercurio estn fuera de nuestro control y debenconsiderarse como parte de nuestro entorno vital a escala local y mundial. 1n algunas partes del mundo lasconcentraciones de mercurio en la corte!a terrestre se elevan de manera natural* y contribuyen a elevar lasconcentraciones locales y regionales de mercurio en esas reas. )e cree que el Hg es liberado de fuentesnaturales principalmente en la forma de Hg, vapor* pero el mercurio unido a partculas ensuspensinFaerosoles pueden originarse en algunos procesos naturales 5ej. erupciones volcnicas6.

Re3emiione nat2rale

1sta denominacin hace referencia a la movili!acin y emisin a la atmsfera de mercurio de origenantropognico depositado previamente en aguas y suelos. La emisin a la atmsfera desde vertidos demercurio en suelos contaminados* o las emisiones desde aguas contaminadas son ejemplos de estasemisiones antropognicas indirectas.

CICLO *IOGEO4U#&ICO DEL &ERCURIO

omo se ha comentado* los compuestos de mercurio estn muy distribuidos en los distintos compartimentos

o estados que completan su ciclo global. La concentracin* transformacin* movilidad y acumulacin demercurio en un estado dado depender de numerosos factores tales como el pH* la temperatura* presencia

de componentes orgnicos* as como de las actividades microbianas y antropognicas.

Las reacciones de transformacin de las especies de mercurio presentes en la atmsfera rigen* de un modogeneral* la distribucin y deposicin del mercurio. 1l principal mecanismo de transformacin entre especies

es la oxidacin del Hg,

por el o!ono 5(+6* que ocurre mayoritariamente en las gotas de agua de las nubes.


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(tros mecanismos de oxidacinFreduccin del mercurio por los radicalesFespecies$5

(H* H(lF(l?* H(

5

%*

H%(%*


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1l metilmercurio es particularmente inquietante porque entra a formar parte de la cadena trfica*

bioacumulndose* y por lo tanto biomagnificndose. De hecho* en muchos peces de agua dulce y salada*

as como en mamferos acuticos* se han encontrado concentraciones de mercurio muy superiores a las de

las aguas circundantes 5factores de

B,&?B,

96.

I&!ORTANCIA TO-ICOLGICA DEL &ERCURIO , SUS DERI"ADOS

1l significado biolgico del mercurio se limita a su toxicidad* ya que no se han encontrado

evidencias de que sea un elemento esencial para el hombre* flora o fauna.

La toxicidad del mercurio depende de su forma qumica y* por lo tanto* los sntomas y

signos varan seg0n se trate de exposicin al mercurio elemental* a los compuestos inorgnicos de

mercurio* o a los compuestos orgnicos de mercurio 5en particular los compuestos de alquilmercurio como

sales de metilmercurio y etilmercurio6. Los derivados orgnicos del mercurio y el mercurio vapor se han

identificado en general* como especies ms peligrosas que las especies inorgnicas dado que la

permeabilidad de las membranas biolgicas es mayor para stos.

CO&!UESTOS ORGANO&ERC6RICOS

1ntre los compuestos orgnicos de mercurio* el metilmercurio ocupa un lugar especial porque gran parte de

la poblacin est expuesta a l* y su toxicidad est mejor caracteri!ada que la de otros compuestos

orgnicos de mercurio. )e considera que* dentro del grupo de los compuestos orgnicos de mercurio* los

compuestos de alquilmercurio 5en particular* etilmercurio y metilmercurio6 son similares en cuanto a toxicidad.

1n cambio* otros compuestos orgnicos de mercurio* como el fenilmercurio* se asemejan ms al mercurio

inorgnico en lo que respecta a toxicidad.

La bioqumica del metilmercurio en los seres vivos es muy similar a la del mercurio inorgnico* mostrando

una alta afinidad por los grupos tiol presentes en los tejidos. Dentro de los seres vivos* el metilmercurio se

encuentra unido a los grupos tioles tanto de grandes molculas 5protenas6 como de peque#as 5cistena y

glutanina6. Los complejos con estas molculas de bajo peso molecular son responsables de la alta movilidad

que tiene el metilmercurio a travs de tejidos y clulas* llegando fcilmente al cerebro.

1l metilmercurio se absorbe efica!mente a travs de la pared intestinal* pasando a la sangre y de ah al

resto de rganos y tejidos. na ve! en los diferentes rganos se acumula y se va transformando poco apoco en mercurio a travs de radicales libres que rompen el enlace mercurio?carbono. Hay tejidos en los que

el metilmercurio se acumula ms efica!mente que en otros. 1l pelo* con concentraciones de %,,$B con

respecto a la sangre* o el cerebro 5%,$B6 son dos ejemplos claros. 'ctualmente muchos grupos de

investigacin usan la concentracin de mercurio y metilmercurio en el pelo como un indicador de la

exposicin e intoxicacin de estos compuestos.


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1l metilmercurio tiene por lo tanto* efectos adversos para los seres humanos y el medio ambiente. La

caracterstica ms remarcable de la toxicidad del metilmercurio en animales en general y mamferos en

particular es el da#o selectivo que causa al sistema nervioso centraly en menor medida al sistema perifrico.

1l metilmercurio consigue acabar muy particularmente con una gran cantidad de neuronas del cerebelo* de la

corte!a visual y otras reas. 1l origen de este fenmeno selectivo est todava bajo estudio. Las principales

patologas que presenta son de dficits sensoriales y motores* cambios en el comportamiento* ataxiamuscular* prdida de campos visuales y* en menor medida* espasmos que aparecen al continuar la

intoxicacin.

na ve! prohibido el uso de metilmercurio como fungicida* tal y como se observ en Minamata y


24/24

MGLL1> Zr.* 7. @yler.1cologay Medio 'mbiente.Gberoamericana. -g. 2B* BB+ J BB&.

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Trabajomicro de Microbiologia unprg

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