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Contaminantes y su biodegradación

El desarrollo a gran escala de la química de síntesis desde comienzos del siglo XX. Este desarrollo introdujo y del siglo XX. Este desarrollo introdujo y sigue introduciendo en la Naturaleza un tipo de enlaces químicos prácticamente desconocidos en la Biosfera (xenobióticos), sobre todo de átomos de carbono unidos covalentemente a grupos muy electronegativos (halógenos y grupos nitro y amino), lo que confiere una extraordinaria estabilidad a los productos resultantes.

Orígenes de la contaminaciónLas explotaciones mineras y metalúrgicas masivas, cuyos procesos transforman a los metales desde formas biológicamente inactivas a especies iónicas con una alta reactividad en sistemas vivos.vivos.

La extracción y combustión de enormes cantidades de minerales fósiles (carbón y petróleo) como base energética de todas las sociedades industrializadas, con la consiguiente descarga de CO2 y las deposiciones ácidas de nítrico y sulfúrico.

Hidrocarburos•Hidrocarburos aromáticos policíclicos (pah)

•Hidrocarburos alifáticos clorados (cah)

•Hidrocarburos aromáticos clorados~Difenilos policlorados (pcb)~Difenilos policlorados (pcb)~Pentaclorofenol (pcp)~Dioxinas

•Hidrocarburos aromáticos nitrados: explosivos

PCP, fungicida

TNT

Orígenes de la contaminación

La demanda social y utilización masiva de polímeros sintéticos (típicamente los plásticos), formados a base de productos del petróleo en combinación con aditivos de síntesis.aditivos de síntesis.

La emisión de productos farmacéuticos al medio ambiente como consecuencia de la producción y el consumo creciente de moléculas bioactivas de síntesis o semi-síntesis.

Orígenes de la contaminaciónLas prácticas de agricultura intensiva, con su requerimiento tanto de abonos nitrogenados y de fuentes de fosfato como de pesticidas y herbicidas para el control de plagas. Un problema asociado es el de los residuos asociado es el de los residuos resultantes de la manufactura y consumo de productos vegetales o de origen vegetal.

Pesticidas

•Herbicidas clorofenólicos•Herbicidas nitrofenólicos y nitrocresólicos•Insecticidas de cloruros orgánicos sólidos (DDT)•Insecticidas organofosfatados

Xenobióticos

•Compuestos con estructuras moleculares y secuencias de enlaces químicos no reconocibles por las enzimas degradadoras existentes.degradadoras existentes.

•Analogía estructural entre exudados de plantas y compuestos xenobióticos contaminantes.

http://www.bio.puc.cl/labs/bgonzalez/investigacion/rizosfera.html

Xenobióticos recalcitrantes

Compuesto resistente a la biodegradación.

•Sustituciones y enlaces o secuencias de enlaces poco usuales.•Anillos aromáticos muy •Anillos aromáticos muy condensados.•Tamaño molecular excesivo.•Incapacidad para inducir la síntesis de enzimas degradadoras.•Falta de permeasas adecuadas.•Baja solubilidad.•Alta toxicidad.

Bioacumulación

Acumulación de contaminantes en un organismo.

BiomagnificaciónIncremento de la concentración del contaminante en cada

nivel trófico.

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/083/htm/sec_7.htm

BiodegradaciónTransformaciones en compuestos.•Incompletas a compuestos complejos•Oxidación completa de compuestos orgánicos a CO2, H2O y NO3

-.y NO3-.

Degradación de materiales•Canillas de plástico (de paquetes de latas de aluminio): 450 años •Bolsas de plástico: 12 a 20 años. •Botella de vidrio: cerca de 4000 años. •Calcetines hechos de lana: 1 a 5 años. •Cáscara de naranja: 6 meses. •Cáscara de plátano o de banana: 2 a 10 días. •Cuerda: 3 a 14 meses. •Envases de leche (Tetra PACK): 5 años. •Estaca de madera: 2 a 3 años. •Estaca de madera: 2 a 3 años. •Estaca de madera pintada: 12 a 15 años. •Filtros de cigarrillos: 1 a 2 años. •Hierro: depende del tipo de hierro de 1 año a varios millones de años •Papel: 2 a 5 meses. •Pañuelos hechos de algodón: 93600 a 416666 años. •Telas de nailon: 30 a 40 años. •Vasos de aislante térmico de poliestireno styrofoam: 1 a 100 años. •Zapatos de cuero: 25 a 40 años. •Latas de Aluminio Paquete de 6: aproximadamente 450 años •Pañales desechable: 5 a 100 años

Pruebas de genotoxicidad

•Prueba de AMES

http://pubs.rsc.org/Publishing/Journals/GC/article.asp?Type=Issue&Journalcode=GC&Issue=6&SubYear=2006&Volume=8&Page=0&GA=on

Prueba de Ames

La prueba de Ames se utiliza para determinar si un agente químico determinado es mutagénico (y por tanto probablemente carcinogénico). Se basa en determinar si un supuesto mutágeno es capaz de revertir un auxótrofo - esto es, la cepa auxótrofa muta de nuevo para crecer sin una sustancia que previamente requería.

http://coli.usal.es/Web/educativo/biblioteca/bibelectro.alu/documentos/intmicro/cap6/texthtml/cap604.htm

Ames Assay

In a standard Ames assay a rat liver homogenate is used to provide the cytochromes P450 necessary for activation of mutagens to their

The suspected mutagen is mixed with the homogenate, where it is metabolized to its reactive form, and then an appropriate tester strain of Salmonella typhimurium is added to the mix. The activated mutagen enters the bacterium and reacts with DNA to cause mutations; mutations in the operon for histidine biosynthesis that restore function ("reversions") allow the bacterium to grow on histidine-deficient medium, and result in visible colonies on the assay plate. The greater the number of colonies, the more mutagenic the chemical

of mutagens to their reactive forms.

Prueba del Cometa

La prueba de cometa se utiliza como biomarcador para evaluar el daño y la reparación del ADN en poblaciones humanas expuestas a genotóxicos.

En la prueba de cometa también es En la prueba de cometa también es utilizado para evaluar el daño en el ADN en linfocitos de personas expuestas ocupacionalmente a solventes y metales. Con el empelo de linfocitos en vez de sangre total se pretende eliminar la posible heterogeneidad en la respuesta debida a diferencias entre poblaciones celulares.

Prueba del Cometa

Las células con un incremento en su ADN dañado presentan una mayor migración del ADN hacia el ánodo o bien, una mayor intensidad de fluorescencia en la cauda con respecto a las células normales.

http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-41572005000300009&lng=es&nrm=iso

22.5-25nm

Sin daño 70-90%

37.5-75nmDaño medio - 2%

112.5nm - +Daño muy alto - 1 %

27.5-35nmDaño bajo 30-10%

75 – 110nmDaño alto - 1 %

La misma valoración

Hidrocarburos

El petróleo es un producto natural que se origina por la transformación anaeróbica de la anaeróbica de la biomasa en condiciones de temperatura y presión elevadas.

http://www.bbc.co.uk/spanish/specials/1421_petroleo/page5.shtml

Contaminación por petróleo

•Contacto con la biosfera vs perforaciones de crudo (2000 millones de toneladas anuales).

•Componentes del petróleo son biodegradables a la son biodegradables a la acción de los microorganismos (lenta).

•Los vertidos accidentales de petróleo en tierra suelen ser más fáciles de contener y limpiar que si se producen en agua.

Petróleo•Es una mezcla compleja de hidrocarburos alifáticos, alicíclicos y aromáticos.Contiene una menor proporción de compuestos que no son hidrocarburos como ácidos nafténicos, fenoles, tioles, compuestos fenoles, tioles, compuestos heterocíclicos de nitrógeno, compuestos de azufre y metaloporfirinas.

•Se necesitan muchas vías catabólicas diferentes, por lo tanto muchas poblaciones diferentes que puedan utilizar estos compuestos como fuente de energía y carbono.

Degradación de hidrocarburos

•Alcanos, alquenos y alquilos. Entre mas insaturado, más difícil o lenta será su degradación.

•Los alcanos de •Los alcanos de cadena larga son más resistentes a la biodegradación.

•Un peso molecular alto y ramificaciones impiden la degradación.

Formación del ácido carboxílico

Monooxigenasa

NADH de proteínas transportadoras.

Alcohol deshidrogenasa

Aldehído deshidrogenasa

•Poco solubles.•Fusión con la membrana externa.•Transporte a la membrana celular.

β-oxidación

Hidrocarburos aromáticos

Algunos microorganismos pueden romper los anillos para formar anillos para formar intermediarios de las vías del metabolismo central.

Alternativas energéticas

•Biodiesel

•Bioetanol

•Energía solar

•Energía eólica

•Energía •Energía geotérmica

BiodieselEs una mezcla de ésteres metílicos obtenidos a partir de la transesterificación de aceites vegetales o grasas animales.

CH2 O C

O

R1

CH O C

O

R2

CH2 O C

O

R3

+ 3 R´OH +

CH2 OH

CH OH

CH2 OH

R1 C

O

O R´

R2 C

O

O R´

R3 C

O

O R´

Triglicérido Alcohol Esteres Glicerol

Bioetanol

¿Otras fuentes energéticas?