Ciclos BiogeoquímicosBiorremediación

Hierro

Hierro (Fe)

• Uno de los elementos mas abundantes• Se presenta en dos estados de oxidación

Tercer  estado

Ferroso Fe2+ Férrico Fe3+

Fe0 sólo se produce por actividad humana

Se oxida,Resultado de la respiración anaerobia

Se reduce,Resultado del metabolismo quimiolitótrofo

El Fe en el agua natural proviene de la disolución de las rocas y minerales en que se encuentra

Fe2+ se encuentra en condiciones anaeróbicas, ya que la presencia de oxígeno provoca su rápida oxidación.

En aguas de superficie se encuentra  en niveles muy bajos, ya que el ión Fe3+ es prácticamente insoluble

Fundición de menas de hierro para formar hierro fundido 

Ciclo del hierro

Reducción bacteriana de Fe3+

Aceptor de electrones en la respiración anaerobia

Corriente en suelos encharcados, ciénagas y sedimentos lacustres anóxicos 

Cadena de transporte

electrones

Sistema hierro férrico‐reductasa

ReduceFe3+  a  Fe2+

El flujo de electrones establece una fuerza protonmotriz que impulsa la síntesis de ATP mediante la ATPasa

Reductores del hierro férrico

Geobacter  metallireducens Bacteria anaeróbica que tiene capacidades 

que la hacen útil en la biorremediaciónSe ha utilizado de modelo para el estudio de la fisiología de la reducción del Fe3+Oxida acetato, también puede utilizar H2 o donadores de electrones orgánicos

Hidrocarburo aromático tolueno

Procedentes de fugas o vertidos accidentales de tanques de almacenamiento de hidrocarburos  contamina los acuíferos anóxicos ricos en hierro

Descontaminante natural 

Shewanella putrefaciens

Geospirillum

Geovibrio

Oxidación del hierro

La oxidación aerobia de Fe2+ a Fe3+ es una reacción quimiolitótrofaen algunos procariotas.

A pH ácido solo se puede extraer una pequeña cantidad de energía Las bacterias deben oxidar grandes cantidades de hierro para crecer.

pH neutro Fe2+ se oxida rápidamente a Fe3+ Estable en condiciones anóxicaspH ácido Estable en condiciones óxicas

La mayor parte de las bacterias que oxidan hierro son acidófilas estrictas

Bacterias o

xidado

ras d

e hierro

AcidithiobacillusferrooxidansLeptospirillumferrooxidans

‐Pueden crecer a valores de pH< 1 ‐Crecimiento óptimo a pH 2‐3‐Son abundantes en ambientes con contaminación ácida como las escorrentías de las minas de carbón

Gallionella ferruginea

Sphaerotilus natans 

‐Pueden crecer a pH neutro,‐Sólo en situaciones en las que el Fe3+ se desplaza de condiciones anóxicas a las óxicas‐Ventaja energética, Fe2+ donador de electrones > a pH neutro que a pH ácido

O2 único aceptor de electrones que oxida abióticamente Fe2+

Oxidación de Fe2+

Acidithiobacillus ferrooxidans

Una energía relativamente pobre acoplada agrandes demandas energéticas hace que tengaque oxidar grandes cantidades de Fe2+ paraproducir cantidades pequeñas de materialcelular. Por tanto en los ambientes donde vivensu presencia esta determinada por laacumulación de grandes cantidades de hierroférrico.

Par Fe2+ / Fe3+, potencial de reducción electropositivo a pH 2Vía de transporte de electrones hacia el oxígeno muy cortaLos protones que entran vía ATPasa tienen que ser consumidos para mantener el pH interno

Acidófilo estricto

Acidithiobacillus ferrooxidans Leptospirillum ferrooxidans

Viven en ambientes en los que el ácido sulfúrico es el acido dominante y en donde hay gran cantidad de sulfatos.

20 ‐20 C° pH moderadamente ácido 30 ‐50 C° pH más ácido (de 1 a 2)

Crece solo con Fe2+Crece como quimiolitótrofo tanto con Fe2+ como con S0

Oxidación de Fe2+

En condiciones anóxicas

Bacterias fotótrofas anoxigénicas

Fe2+ se utiliza como donador de electrones para la reducción de CO2  Par Fe2+ / Fe3+, potencial de reducción < electropositivo a pH neutro

Especies de bacterias púrpuras fotótrofas

También pueden utilizar FeS como donador de electrones.

Fotótrofos oxidadores 

Importancia para comprender la evolución de la fotosíntesis y los grandes depósitos de hierro férrico encontrados en sedimentos antiguos.

2FeCO3 + 3H2O + ½O2 → 2Fe(OH)3 + 2CO2 + 40 kcal/mol

Oxido férrico:‐ Insoluble‐ Rojizo‐ Olor y sabor

Pirita 

Una de las formas más habituales del hierro natural

Se forma cuando el azufre reacciona con el sulfuro ferroso (FeS) para dar un mineral cristalino insoluble.  (FeS2) «el oro de los tontos»

oxidación

Combinación de reacciones catalizadas química y enzimáticamente en las que intervienen el oxígeno molecular (O2) y el ión férrico.

Esta reacción conduce a la oxidación del sulfuro a sulfato, y el desarrollo de condiciones acidas en las que el hierro ferroso que se forma es estable en presencia de oxigeno.

La oxidación bacteriana de la pirita tiene gran importancia para la aparición de las condiciones de acidez en las actividades mineras.