Ø
INTRODUCCION
El ciclo microbiano de los metales es una de las indicaciones más
evidente de que los suelos no son inertes. Sin estos ciclos las
transformaciones metálicas serian lentas.
El hierro desempeña un papel metabólico
fundamental, lo cual hace que bacterias y animales luchen por él. Ambos bandos
lo necesitan, y el bando que consiga el control del hierro tiene buenas
oportunidades de ganar la guerra
El hierro, ya un recurso crítico para las guerras
humanas de la antigüedad, en las que forjar el mayor número posible de espadas
con este metal era fundamental para cada bando, también es vital, aunque por
razones distintas, para los microorganismos que intentan iniciar una invasión y
las células que procuran impedirla.
Las transformaciones por parte de los microorganismos son esenciales
para la formación del suelo y para la producción de minerales metálicos: son
importantes en la extracción de metales de minerales de baja calidad, la
acidificación de aguas residuales de las minas y la contaminación de
suministros de agua.
Nos centraremos en las transformaciones del hierro y del manganeso.
Dichas transformaciones son por lo general oxidaciones en la que los metales
constituyen una fuente de energía o reducciones.
Ø EL
HIERRO
El hierro
es el cuarto elemento en abundancia de la corteza terrestre y el metal más
abundante.
Las
transformaciones microbianas del hierro comprenden su limpieza y obtención, su
oxidación y precipitación así como su reducción y solubilizacion.
En ambientes
aerobios la oxidación microbiana del hierro predomina en terrenos ácidos, en
los medios anaerobios está dominado por la reducción del hierro y la
precipitación de sulfuros de hierro.
El hierro existe en forma metálica, como hierro ferroso y como hierro
férrico, el hierro metálico se oxida espontáneamente en condiciones ácidas para
un pH menor a 5.
Ø OXIDACIÓN
DEL HIERRO
En condiciones aeróbicas, las bacterias obtienen energía de la oxidación
del hierro ferroso: Thiobacillus ferroxidans, lptopirilum ferrooxidans y
Sulfolobus acidocaldarius son bacterias oxidantes del hierro. El Thiobacillus
ferroxidans oxida el hierro contenido en el sulfato ferroso para producir
sulfato férrico.
Los beneficios de la oxidación del hierro permiten que los microorganismos
ganen energía. El hierro insoluble protege físicamente a los microorganismos y
cuando actúa cono agente de contacto estabiliza las microcolonias sobre las
superficies sólidas.
Ø DISPONIBILIDAD
Y ASIMILACIÓN DEL HIERRO
El hierro férrico suele
ser insoluble, pero puede solubilizarse mediante la acidificación y la
complejización con materia orgánica.
La solubilidad del hierro es pobre en suelos
alcalinos. La clorosis por hierro es una deficiencia que hace que las hojas
amarilleen debido a que la síntesis de la clorofila se ve perjudicada.
El hierro
biológico consta de citocromos, enzimas, ferredoxinas y proteínas de
sulfuro del hierro. El hierro suele extraerse de su entrono mediante compuestos
orgánicos quelantes.
Las
Pseudomonas fluorescentes son un grupo de bacterias que secretan sideforos
fluorescentes solubles quelantes del hierro.
Ø LOS MICROORGANISMOS Y EL CICLO DEL HIERRO
En
el ciclo del hierro existen bacterias
quimiosintéticas implicadas en transformaciones de compuestos de hierro. El
ciclo de este elemento está relacionado con el del azufre, dado que los
hidróxidos y sulfatos de hierro reaccionan con el sulfuro de hidrógeno en aguas
estancadas y precipitan en forma de sulfuros de hierro.
Concretamente,
las ferrobacterias como Lepthotrix ochracea fijan
el CO2 aprovechando la energía liberada de la transformación oxidativa de
compuestos ferrosos a férricos (así pueden transformar los depósitos minerales
de carbonatos de hierro en yacimientos de óxidos de hierro).
La
bacteria filamentosa Sphaerotilus natans contiene
incrustaciones de óxidos de hierro formadas a partir de compuestos de hierro
solubles y puede ser la responsable de la película pardusca que se ve a menudo
en la superficie de aguas contaminadas.
La
relación de las bacterias con el hierro es compleja: de hecho encontramos
bacterias oxidantes del hierro (Thiobacillus ferrooxidans, Gallionella), capaces de transformar
por oxidación el hierro ferroso a hierro férrico, siendo bacterias
típicamente acidófilas.
(Por ejemplo, Thiobacillus ferrooxidans utiliza el gradiente
de protones naturales en su entorno de pH bajo para generar ATP a través de la
ATP sintasa, a continuación, elimina el exceso de protones citoplasmáticos por
reducción de oxígeno en presencia de hierro mediante la oxidación,
estando implicados el citocromo C y el citocromo A1, todos en la membrana
citoplasmática). También hay bacterias que realizan la operación contraria y
son bacterias reductoras de hierro (Pseudomonas,
entre otros) a través de un proceso anaerobio en la cual el hierro es usado
como un “sumidero de electrones (aceptor terminal de electrones).
Ø BACTERIAS DEL HIERRO
Las bacterias del hierro son bacterias comunes en todo el mundo
que obtienen la energía que necesitan para vivir
y multiplicarse por oxidación del óxido ferroso (o los menos
frecuentemente disponibles manganeso y aluminio) disueltos. El óxido férrico resultante es insoluble,
apareciendo como un lodo marrón gelatinoso que mancha al contacto y que puede
contribuir a la corrosión interna de las tuberías
cuando el agua fluye a través de ellas. Estas bacterias pueden vivir y
proliferar en agua con un contenido tan bajo como 0,1 mg/l. Sin embargo,
necesitan al menos 0,3 ppm de oxígeno disuelto en el agua para llevar a cabo la
oxidación. Las bacterias del hierro no dan problemas de salud cuando son
ingeridas en el agua, pero le dan un sabor desagradable. La presencia de las
bacterias del hierro incrementa la posibilidad de proliferación de las bacterias del azufre.
Algunas de estas
bacterias ferrooxidantes son:
Ø EFECTOS DE LAS BACTERIAS DEL
HIERRO
Los problemas más serios ocurren cuando las bacterias
del hierro se acumulan en sistemas de pozos. Las bacterias del hierro no causan
problemas de salud, sino que pueden ser desagradables y tener los efectos
siguientes:
Son la causa de olores
Corrosión del equipamiento
de tubería
Reduce el rendimiento del
pozo (taponación de filtros y tuberías)
Aumenta las posibilidades
de infestación por bacterias de sulfuro
Ø DETECCIÓN DE LAS BACTERIAS DEL HIERRO
Hay ciertos indicadores de que su pozo puede tener
problema con las bacterias del hierro. Estos son un color rojo, amarillo, o
anaranjado del agua; limo en las paredes internas de su bañera; y un olor que
puede asemejarse al fuel-oil, al pepino o a aguas residuales
Ø PREVENCIÓN DE LAS BACTERIAS
DEL HIERRO
Es difícil conseguir deshacerse de las bacterias del
hierro una vez existen en el pozo, por lo que la prevención es la mejor
salvaguardia contra los problemas que le acompañan. Para las perforadoras de
pozos, la prevención significa la desinfección de todo lo que entra en la
tierra con una solución fuerte de dióxido de cloro (250ppm). Las bacterias del hierro se alimentan de carbono
y otros compuestos orgánicos, por lo que es esencial que éstos no sean
introducidos en cualquier parte del sistema de sondeo durante el proceso de
perforación.
Ø TRATAMIENTO DE LOS PROBLEMAS
DE LAS BACTERIAS DEL HIERRO
Aunque hay métodos químicos y mecánicos para tratar
los problemas de las bacterias del hierro, los dueños de pozos privados deben
utilizar el antiguo hasta que un estudio adicional demuestre la eficacia del
calor o de otros medios para la desinfección de pozos más pequeños.
TRATAMIENTO QUÍMICO
|
TRATAMIENTO MECÁNICO
|
•
Los
desinfectantes químicos rutinarios que eliminan con eficacia a otras
bacterias no son demasiado eficaces contra las bacterias del hierro.
•
Las
bacterias del hierro se acumulan en capas gruesas, cada una forma un limo
alrededor de las células bacterianas que las protege contra los
desinfectantes, por lo que estos no pueden penetrar más allá de las células
superficiales.
•
Las
reacciones químicas ocurren mucho más lentas a las temperaturas bajas comunes
en pozos, y la célula bacteriana necesita una exposición larga al producto
químico para que el tratamiento sea efectivo.
|
• Además del tratamiento químico, existen otros métodos para controlar
las bacterias del hierro en sistemas de agua comunitarios.
• limpiando periódicamente las tuberías con un chorro de agua para
reducir las bacterias.
• Forzar agua caliente o vapor en el pozo para dispersar el limo y para
matar a las bacterias también funciona.
• Además, la limpieza del acuífero con un chorro de agua caliente se ha
encontrado útil en pruebas hechas sobre el terreno.
|
•
|
•
|
Ø SÍNTOMAS TÍPICOS DE LA EXISTENCIA DE BACTERIAS RELACIONADAS AL
HIERRO
Sintéticamente
se pueden describir algunos síntomas inequívocos de la presencia y actividad de
estos grupos bacterianos tanto en perforaciones como en sistemas de
almacenamiento y distribución de aguas.
El agua presenta colores ocres,
rojizos y amarillentos.
El agua presenta un aumento de
material particulado.
Reducción en las tasas de flujo a
través del sistema causado por revestimientos de estas bacterias y sus
productos metabólicos en el interior de cañerías o acueductos.
Desarrollo de espesos y gruesos
revestimientos de color ocre, rojizo o parduzco, en las paredes internas de
cisternas, tanques u otros reservorios de agua. A veces se desprenden en forma
de manchas plumosas en el agua o acúmulos gelatinosos de crecimientos
filamentosos rojos o parduzcos.
Taponamiento rápido en filtros de
perforaciones.
Taponamiento de filtros domiciliarios
ubicados en la red de distribución.
Tuberculización en cañerías y bombas
de impulsión con corrosión localizada bajo depósito.
Ø SIDERÓFOROS
Los sideróforos disuelven estos iones a complejos de Fe2+,
que pueden ser asimilados por mecanismos de transporte activo.
Un Sideróforo es
un compuesto quelante de hierro secretado por microorganismos.
Los sideróforos son:
Pigmentos extracelulares
fluorescentes con alta afinidad por el hierro III (Kfe > 1030,)
De color amarillo
verdoso.
Solubles en agua y de
bajo peso molecular (500-1000 Da)
Son producidos por una
gran variedad de microorganismos crecidos en condiciones
El ion hierro
Fe3+ tiene muy poca solubilidad a pH neutro, por ende no puede ser utilizado
por los organismos. Los sideróforos disuelven estos iones a complejos de Fe3+
que pueden ser asimilados por mecanismos de transporte activo. Muchos
sideróforos son péptidos no ribosomales.
Visto de otra forma: bajo condiciones
anóxicas, el hierro está generalmente en el estado de oxidación +2 (ferroso) y
soluble. Sin embargo, bajo condiciones óxicas, el hierro se encuentra
generalmente en la valencia +3 (férrico), formando varios minerales insolubles.
Para obtener
hierro de dichos minerales, las células producen sideróforos acoplables al
hierro para la unión y transporte hacia dentro de la célula. Gran parte de los
sideróforos consisten de derivados del
ácido hidroxámico, el cual actúa muy fuerte como quelante férrico.
Ø FUNCIONES QUE DESEMPEÑA EL HIERRO EN EL ORGANISMO DEL HOMBRE
Estas son algunas de las funciones que el
hierro, realiza en el organismo:
Es indispensable para el transporte de
oxígeno por la sangre hacia los tejidos. El grupo hemo o hem que forma
parte de la hemoglobina y mioglobina está compuesto por un átomo de hierro.
Forma parte de la estructura de las enzima,
catalasa y peroxidas, quenos defiende contra los radicales libres.
Las catalasas y las peroxidas son enzimas que contienen hierro
que protegen a las células contra la acumulación de peroxido de hidrógeno
(químico que daña a las células) convirtiéndolo en oxígeno y agua.
Es necesario para la metabolización de las vitaminas
del grupo B.
Metabolismo de energía: Interviene en
el transporte de energía en todas las células a través de unas enzimas
llamadas citocromos que tienen al grupo hemo o hem (hierro) en
su composición.
Síntesis de ADN: El hierro
interviene en la síntesis de ADN ya que forma parte de una enzima, ribonucleótido
reductasa que es necesaria para la síntesis de ADN y
para la división celular.
Sistema nervioso: El hierro
tiene un papel importante en sistema nervioso central ya
que participa en la regulación los mecanismos bioquímicos del cerebro, en
la producción de neurotransmisores y
otras funciones encefálicas relacionadas al aprendizaje y la memoria como así
también, en ciertas funciones motoras y reguladoras de la temperatura.
Detoxificación y metabolismo de medicamentos y
contaminantes ambientales: El Citocromo p450 es una familia de enzimas que
contienen hierro en su composición y que participa en la degradación de
sustancias propias del organismo (esteroides,
sales biliares) como así también en la detoxificacion de sustancias exógenas,
es decir la liberación sustancias que no son producidas por nuestro organismo.
Sistema inmune: La
enzima mieloperoxidasa está presente en losneutrófilos que
forman parte de las células de la sangre encargadas de defender al organismo
contra las infecciones o
materiales extraños. Esta enzima, que presenta en su composición un grupo hemo
(hierro), produce sustancias (ácido hipocloroso) que son usadas por los
neutrófilos para destruir las bacterias y
otros microorganismos.
Ø EL DEFICIT DEL HIERRO PUEDE PROVOCAR
·
Fatiga.
·
Bajo rendimiento.
·
Partos prematuros.
·
Inapetencia.
·
Dificultad de concentración.
·
Debilidad muscular.
·
Repercute en
el desarrollo mental de
bebés y niños.
·
Mareos.
·
Palidez.
·
Taquicardias.
·
Mayor
susceptibilidad a infecciones.
·
Dificultades respiratorias.
·
Glositis (inflamación de la lengua).
·
Dificultad para
mantener la temperatura corporal.
·
Dolor de cabeza.
·
Irritabilidad.
·
Vértigo.
·
Pérdida de peso.
Ø
CAUSAS
DEL HIERRO QUE FAVORECEN SU ABSORCIÓN
El consumo regular de los siguientes
elementos:
·
Vitamina
C: Mejora la absorción del hierro no hémico ya que convierte el hierro
férrico de la dieta en hierro ferroso, el cual es más soluble y puede atravesar
la mucosa intestinal.
·
Otros
ácidos orgánicos: Ácido cítrico, ácido láctico y ácido málico también benefician la absorción de hierro no hémico.
·
Proteínas
de la carne: Además de proveer hierro hémico (altamente absorbible), favorecen
la absorción de hierro no hémico promoviendo la solubilidad del hierro ferroso.
·
Vitamina
A: Mantiene al hierro soluble y disponible para que pueda ser absorbido ya
que compite con otras sustancias, polifenoles y fitatos, que unen hierro y lo
hacen poco absorbible. La combinación de vitamina A con hierro se usa para mejorar la anemia ferropénica (por
deficiencia de hierro).
Ø YACIMIENTOS MINERALES DE HIERRO
Son las acumulaciones naturales en la Corteza
terrestre, en forma de uno o varios cuerpos Minerales o meníferos agrupados,
los cuales, en este estado, pueden ser objeto de extracción y explotación
industriales, en la actualidad o en un futuro inmediato.
-
Minas de Hierro en el Perú
Marcona y
Acarí son los únicos yacimientos peruanos donde se explota hierro.
Marcona
Se localiza
sobre una meseta emplazada a unos 800 m de altitud, en la provincia de Nazca, departamento
de Ica. Su explotación es a cielo abierto, tiene una reserva probada de 600
millones de toneladas. Esta mina fue comprada por el consorcio chino
SHOUGANG en 1993.
CONSECUENCIAS AMBIENTALES
Una de las
consecuencias de la reducción del hierro es:
la formación del sulfuro metálico, este es el porqué,
por ejemplo, del color negro que presenta Mar Negro ya que la reducción
microbiana tiene lugar en ambientes estratificados, en los que están presentes
sulfatos de hierro y manganeso.
También se pueden producir oxidaciones en cañerías
enterradas, o sea aquellas que contengan hierro pueden oxidarse en el suelo,
siendo el tubo el ánodo, o sea se produce la oxidación.
Los depósitos de ocre son acumulaciones amorfas de
hierro o manganeso que se producen en las cañerías de desagüe de los campos de
cultivos utilizadas para mejorar el drenaje del suelo.
Las bacterias oxidantes de hierro y manganeso se
instalan en las aberturas de estos canales y cuando el hierro y el manganeso
reducidos contenidos en el agua del drenaje pasan por dicho conducto parte de
ellos se precipita y se oxidan.
El drenaje ácido de las minas es el resultado de
una serie de reacciones químicas y microbianas. En un pH neutro la oxidación de
la pirita es rápida y por debajo de un pH de 4.5 es espontánea.
Ø CONCLUSIONES
Las conclusiones son las siguientes:
El hierro es uno de los metales más
abundantes en la corteza terrestre.
Existes bacterias capaces de oxidar el
óxido ferroso en oxido férrico.
Existen bacterias oxidantes del hierro
como también hay bacterias reductoras de éste.
Las bacterias del hierro no causan
daño a la salud pero pueden ser muy desagradables y causar efectos en los
objetos.
El hierro puede metabolizado en el
organismo del ser humano y es un oligoelemento muy importante para el ser
humano, su deficiencia trae con sigo serias enfermedades.
En el Perú existen dos yacimientos de hierro,
el de Marcona (Ica) y Acari (Arequipa).
Ø BIBLIOGRAFIA
§ http://www.educatina.com/biologia/microbiologia/bacteriologia/tipos-de-bacterias/bacterias-oxidantes-de-azufre-y-de-hierro-video BACTERIAS OXIDANTES DEL HIERRO
§ http://www.diversidadmicrobiana.com/index.php?option=com_content&view=article&id=368&Itemid=450 CICLO DE OXIDO-REDUCCION DEL
HIERRO: MICROOGANISMO IMPLICADOS
§ http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/Mineria/PUBLICACIONES/ANUARIOS/2009/04%20PRODUCCION.pdf YACIMIENTOS MINEROS, PRODUCCION DE
LOS PRINCIPALES METALES (HIERRO)
§ http://www.lenntech.es/bacterias-del-hierro.htm EFECTOS, PREVENCION, PREVENCION Y
TRATAMIENTO DE LAS BACTERIAS DEL HIERRO
§ http://metabolismobacterianomg.wikispaces.com/file/view/Sider%C3%B3foros.pdf/181636229/Sider%C3%B3foros.pdf SIDEROFOROS
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