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
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TRATAMIENTO MECÁNICO
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• 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.
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• 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.
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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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