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biorremedios
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UNIDAD 6: Biorremediación
• Brock. 10ma ed. Cap 19. • Brock. 12va ed. Cap. 24.
Bibliografía:
“Un camino de mil kilómetros comienza con un paso”
• Extracción de metales valiosos de menas de minerales por microorganismos.
Lixiviado microbiano
• El S se combina con metales y forma compuestos insolubles. • Ej.: sulfuro de cobre. • Si la concentración del metal es baja, no conviene por medios químicos. • Es posible el lixiviado microbiano.
Ej. Acidithiobacillus ferrooxidans
VIDEO http://www.biology.ualberta.ca/facilities/multimedia/?Page=289
Biorremediación microbiana
• Eliminaciónde contaminantes (sustancias tóxicas) del ambiente mediante el uso de microorganismos (bacterias, arquea, plantas y hongos).
Contaminantes naturales: están presentes en la naturaleza pero en menores concentraciones. Ejemplos:
• petróleo • metales pesados (uranio, mercurio) • fosfatos
Xenobióticos: compuestos sintetizados químicamente que no existen en la naturaleza. Ejemplos:
• pesticidas • herbicidas • plásticos • PCB (organoclorado)
Los xenobióticos son más difíciles de degradar que los contaminantes naturales
Biorremediación microbiana Las bacterias pueden degradar los contaminantes mediante: - Respiración aerobia - Respiración anaerobia - Fermentación
Biodegradación del petróleo por: - arqueas halófilas, oxidándolo a CO2 por respiración aérobica. - bacterias anaeróbicas, por respiración anaeróbica.
VIDEO
• Las bacterias pueden degradar los contaminantes utilizando otra fuente de energía.
bacterium
corn starch CO2 + H2O
contaminant degradation products
Biorremediación microbiana
Biodegradación del uranio por bacterias: La reducción de uranio soluble lo convierte en uranio precipitado. Esto permite la inmobilización del contaminante.
Ejemplos:
Transformación del mercurio de formas tóxicas a formas no tóxicas por la bacteria Pseudomonas aeruginosa (plásmido con genes mer)
VIDEO
• Uno de los problemas que se presentan en el deterioro de la calidad del agua es por tóxicos que que se vierten al drenaje
• Ejemplo: aceites usados (de autos).
• Existen bacterias que son capaces de degradar este tipo de aceites.
Biorremediación microbiana
Ejercicio en clase:
• Nombrar los procesos claves (red/ox)relacionados con: - N - C - S - Fe
• Nombrar el tipo de metabolismo de los organismos involucrados, identificando si representa una fuente de Energía, un dador de e-, un aceptor de e- • Tener en cuenta la asimilación de estos macronutrientes. • Dar ejemplos de los microorganismos involucradros. • Dónde intervienen los eucariotas?
Traer o no?: • Brock. 10ma ed. Cap 19. • Brock. 12va ed. Cap. 24.
Agregar estados de oxidacion de cada uno!
UNIDAD 6: Ciclos Biogeoquímicos
• Brock. 10ma ed. Cap 19. • Brock. 12va ed. Cap. 24.
Bibliografía:
“Un camino de mil kilómetros comienza con un paso”
Ciclos biogeoquímicos
Conjunto de transformaciones químicas llevadas a cabo por organismos o por agentes químicos. Implica reacciones redox.
• Ciclo del Carbono • Ciclo del Nitrógeno • Ciclo del Azufre • Ciclo del Hierro
Bacterias, Archaea y Eucarya
Todos los organismos vivos están involucrados:
Los microorganismos tiene un rol esencial en los siguientes ciclos:
• El carbono es reciclado en todos los ambientes.
• Mayor reservorio en rocas y corteza: pero es muy lento.
• El CO2 atmosférico está más disponible para los organismos.
• El carbono orgánico se encuentra en organismos vivos (gran parte en plantas) y en carbono fósil (la mayor parte).
• Unicas vías para producir C orgánico es por fotosíntesis o quimiolitotrofía.
Ciclo del Carbono
Fijación de CO2 por autótrofos: Fotosíntesis > quimiolitotrofos
Liberación de CO2 por descomposición: quimioorganótrofos
Liberación de CO2 por humanos: Uso de combustibles fósiles
Carbono orgánico es únicamente generado por organismos autotrofos:
- en ambientes iluminados: los fotótrofos fijan mayor cantidad que los quimiolitotrofos - en ambientes oscuros: los quimiolitotrofos son los únicos productores primarios.
- en ambientes terrestres: las plantas son los autótrofos más importantes - en ambientes acuáticos los microorganismos son los más importantes.
Ciclo del Carbono
• Fijación por fotosintesis o quimiolitotrofía
• Degradación por microorganismos: metano y CO2.
• Metanotrofos: oxidan metano a CO2.
• Producción de CO2 por quimioorganótrofos (resp. aerobia, anaerobia, ferm.).
- Oxidaciones (amarillo) - Reducciones (rojas)
Ciclo del Nitrógeno • Estados de oxidación del N
GAS
SOLUBLE EN AGUA
VOLATIL
• N2 es la forma más estable (triple enlace) • Atmósfera es el mayor reservorio utilizable.
Ciclo del Nitrógeno
Fijación de N: - Gran cantidad de E para romper N2. - Solo algunos microorganismos son capaces.
Amonificación: - Descomposición de compuestos orgánicos de N produce amoníaco (NH3 o NH4
+ pH 7).
Asimilación: - Absorción de compuestos inorgánicos de N (NH3, etc.) como nutriente. - Nitrato NO3- es facilmente asimilable por plantas.
Nitrificación - oxidación de compuestos de N (NH3 y NO2
-) a nitrato (NO3-) por bacterias
nitrosoficantes y nitrificantes (quimiolitótrofas aerobias).
Desnitrificación: compuestos de N como aceptores de e- en la respiración anaeróbica (reducción de compuestos de N; e.g. nitrato a óxido nitroso o N2).
Ciclo del Nitrógeno
B. nitrificantes B. nitrosificantes
Quimiolitotrofas
Respiracion anaerobia: Bacillus, Pseudomonas
B. Fijadoras de N: rojas y verdes fototroficas
B. Fijadoras de N de vida libre e.g. Cianobacterias
- Oxidaciones (amarillo) - Reducciones (rojas)
Ciclo del Nitrógeno
Ciclo del Nitrógeno
Beneficioso en tratamiento de aguas residuales y perjuicios: agricultura y lluvia ácida
Nitrificacion es perjudicial en agricultura porque el nitrato es soluble en agua y se pierde.
En agricultura, se adiciona el suelo con amonio anhidro con un inhibidor de la nitrificacion
Ciclo del Azufre
- Mayor parte de S en la Tierra está en sedimentos y roca en minerales de sulfato y sulfuro (pirita FeS2) - Océanos: fuente más significativa de S en la biosfera (se encuentra como sulfato).
• Estados de oxidación del S:
SULFHIDRILO HS-, HAY A pH>7 SULFURO DE H2 : GAS VOLATIL, TOXICO
S ELEMENTAL ES INSOLUBLE
El ciclo es más complejo porque el S tiene más estados de oxidación y porque muchas transformaciones ocurren de forma abiótica.
Solo 3 estados son significativos en la naturaleza
H2S se genera por: - reducción biótica de sulfato - fuentes geoquímicas
Ciclo del Azufre
B.FOTOTROFICAS
RESP ANAEROBIA: DESULFUROMONAS, DESULFOVIBRIO, ARCHAEA hipertermofilas
B.QUIMIOLITOTROFAS: B. OXIDANTES DEL S: THIOBACILLUS.
B.FOTOTROFICAS: B. VERDE DEL S: CHLOROBIUM
B.FOTOTROFICAS: B. ROJAS DEL S: CHROMATIUM, THIOSPIRILLUM
B.QUIMIOLITOTROFAS: B. OXIDANTES DEL S: THIOBACILLUS, BEGGIATIOA
B.QUIMIOLITOTROFAS: B. OXIDANTES DEL S: THIOBACILLUS, BEGGIATIOA
ARQUEAS QUIMIOLITOTROFAS: Sulfolobales
- Oxidaciones (amarillo) - Reducciones (rojas)
En cond. óxicas, el H2S se oxida espontáneamente. B. Quimiolitotrofas estan generalmente cerca de la interfase anóxico/óxico.
Pirita FeS
Ciclo del Hierro - Oxidaciones (amarillo) - Reducciones (rojas)
Hierro es el elemento más abundante de la corteza terrestre, e.g. pirita. Existe en 2 estados: férrico y ferroso. El estado Fe0 es el resultado de actividades humanas.
Respiración anaeróbica
Quimiolitotrofos aerobios: - a pH ácido (Acidithiobacillus) - en interfase óxico/anóxico (Galionella)
Oxidación química espontánea a pH >7 y cond. Óxicas.
Preguntas
Qué relación hay entre la respiración aerobia y fotosíntesis oxigénica?
Qué ocurriría si se extinguieran los fijadores de N2?
Cómo se forma nueva materia orgánica en la naturaleza?
El H2S es un sustrato o un producto de las bacterias quimiolitotrofas del S?
UNIDAD 6: Interacciones bióticas
• Brock. 10ma ed. Cap 19. • Brock. 12va ed. Cap. 24.
Bibliografía:
“Un camino de mil kilómetros comienza con un paso”
Competencia y cooperación
• Competencia entre microorganismos por los recursos disponibles.
• Colaboración entre microorganismos para lograr una actividad conjuntamente.
• Sintrofia: dos o más organismos que que colaboran para llevar a cabo una transformación determinada, que no pueden realizar individualmente.
Ejemplos:
• bacterias nitrosificantes y nitrificantes.
• bacterias que conviven en el rumen de mamíferos herbívoros
Rumen
1- Bacterias celulolíticas liberan glucosa.
2- Fermentadores primarios: oxidan glucosa a ácidos grasos volatiles (a la sangre), H2, y CO2
3 –Fermentadores secundarios pueden oxidar los ácidos grasos.
4- Bacterias metanógenas consumen el H2.
Organo digestivo de rumiantes, donde ocurre la digestión de celulosa y otros polisacáridos con la ayuda de microorganismos.
La mayoría de los animales carecen de enzimas para digerir la celulosa.
El rumen posee: - temperatura constante (39C) - pH constante (5.5-7) - ambiente anóxico
Ruminobacter amylophilus Succinomonas amylolytica
Líquenes
• Simbiosis de dos organismos: un hongo + alga/cianobacteria que forman organismos incrustantes o foliáceos.
• Relación poco específica.
• Fotobionte: produce materia orgánica.
• Micobionte: proporciona anclaje, protección de la desecación, facilita incorporación de agua, absorbe nutrientes inorgánicos de las rocas.
• Acidos liquénicos estimulan la disolución de nutrientes
• Colonizan nuevos ambientes.
• Crecimiento lento.
Micorrizas (“hongo de la raiz”)
• Hay 2 clases:
Ectomicorrizas: hongos forman vaina alrededor de la raiz y rodean a las células. - principalmente en árboles en bosques (coníferas, robles) en zonas templadas. - en 10% de familias de plantas
Endomicorrizas: micelio del hongo incrustado en el tejido radical, invagina la membrana celular de las células radiculares de las plantas. - muy comunes. - micorrizas arbustivas existen en raíces del 80% de las familias de plantas.
Simbiosis entre raíces de plantas y hongos
Los hongos de las raíces:
• Usan carbohidratos simples de la planta para su crecimiento. • Requieren vitaminas. • Se los conoce sólo asociados a plantas (simbiontes estrictos). • Producen sustancias para el crecimiento de las plantas. • Alteran la morfología radicular. • Tienen poca especificidad. • Plantas con micorrizas crecen mejor en suelos pobres; absorben nutrientes con más eficiencia. Ectomicorriza de pino
Micorrizas (“hongo de la raiz”)
Nódulos radicales de plantas leguminosas
Simbiosis de bacterias fijadoras de N2 con plantas leguminosas
• Ejemplos: Plantas leguminosas (plantas con vaina): soja, trebol, alfalfa, arvejas, porotos. Bacterias: Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium
• Alta especificidad en la relación.
• La interacción promueve la formación de nódulos radicales. • Independientemente, ninguno es capaz de fijar N2.
Bacterias fijadoras de N2:
• Bacterias Gram - • Proteobacterias: alpha y beta. • Bacilos móviles, flagelación polar. • Quimioorganótrofas. • Aerobios: microaerófilos.
Nódulos radicales de plantas leguminosas
Interacción leguminosa y bacteria.
La bacteria necesita compuestos orgánicos como fuente de E y fuente de e-
• Se requiere un medio microaerofílico. • Nitrogenasa es inhibida por el O2 • Concentraciones de O2 están controladas por la leghemoglobina. • Sólo es sintetizada en los nódulos. • En la leghemoglobina, el Fe3+ se reduce a Fe++ y se une al O2, manteniendo la [O2] baja.
Factores Nod inducen división celular en la planta.
Formación de nódulos en la planta