Trabajo Final

BiorremediaciónAlguna vez me hice una interrogante ¿Por qué se llama medio ambiente?…y llegue a la conclusión… Se llama medio ambiente porque ya acabamos con la otra mitad. CASIQUE LOPEZ, John INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 INDICE Índice Resumen ……………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………….. 1 3 CAPITULO 1 El problema ……………………………………………………………………………….. 6 7 8 Objetivos del Proyecto………………………………………………………………………………. Justificación del proyecto ……..…………………………………………………………………… CAPITULO 2 Marco teórico ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… 10 10 11 Antecedentes de la investigación ………………………………………………………………. Bases teóricas CAPITULO 3 Hipótesis Variables ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… 52 52 53 54 Recursos y materiales………………………………………………………………………………. Métodos .……………………………………………………………………………… 1 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 CAPITULO 4 Discusión Resultados Conclusiones Hoja de costos Agradecimientos Bibliografía Anexos ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… 56 57 57 58 59 60 62 "SI USTED NO TIENE TIEMPO PARA CUIDAR SU PRECIADA SALUD, PUES NECESITARÁ DE MUCHO MÁS TIEMPO PARA CUIDAR SU ENFERMEDAD." CASIQUE LOPEZ,John 2 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 RESUMEN La Biorremediación consiste en el trabajo biológico que desarrollan los organismos que limpian el ambiente. El crecimiento de la población y el avance de las actividades industriales a partir del siglo XIX trajeron aparejados serios problemas de contaminación ambiental. Desde entonces, los países generan más desperdicios, muchos de ellos no biodegradables o que se degradan muy lentamente en la naturaleza, lo que provoca su acumulación en el ambiente sin tener un destino seguro o un tratamiento adecuado. De este modo, en lugares donde no existe control sobre la emisión y el tratamiento de los desechos naturales y de contaminantes físicos, es factible encontrar una amplia gama de contaminantes. Habitualmente, los casos de contaminación que reciben mayor atención en la prensa son los derrames de petróleo, contaminación por causa del hombre, emisión de contaminantes naturales como el que causa la erupción de los volcanes, contaminación de las lluvias acidas, entre otros tipos de contaminación del suelo, aire y agua. Pero, en el mundo constantemente están sucediendo acontecimientos de impacto negativo sobre el medio ambiente, incluso en el entorno directo, generados por un gran abanico de agentes contaminantes que son liberados al ambiente. Un ejemplo lo constituyen algunas industrias químicas que producen compuestos cuya estructura química difiere de los compuestos naturales, y que son utilizados como refrigerantes, disolventes, plaguicidas, plásticos y detergentes. El problema principal de estos compuestos es que son resistentes a la biodegradación, por lo cual se acumulan y persisten en el ambiente y lo perjudican tanto como a los seres vivos, entre ellos el ser humano. En las últimas décadas, entre las técnicas empleadas para contrarrestar los efectos de los contaminantes, se comenzó a utilizar una práctica llamada biorremediación. El término biorremediación fue acuñado a principios de la década de los „80, y proviene del concepto de remediación, que hace referencia a la aplicación de estrategias físicoquímicas para evitar el daño y la contaminación en suelos. Los científicos se dieron 3 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 cuenta que era posible aplicar estrategias de remediación que fuesen biológicas, basadas esencialmente en la observación de la capacidad de los microorganismos de degradar en forma natural ciertos compuestos contaminantes. Motivo por el cual nuestro trabajo de investigación se basa en la utilización de estos microorganismos en forma natural y debidamente controlada en la descontaminación del ambiente de nuestra comunidad huaralina. Entonces, la biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver los problemas de contaminación mediante el uso de seres vivos (microorganismos y plantas) capaces de degradar compuestos que provocan desequilibrio en el medio ambiente, ya sea suelo, sedimento, fango o mar. 4 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Capitulo 1 “Tara, alternativa de nutrición” 5 JC INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 TÍTULO "Biorremediación de aguas continentales en beneficio de los seres vivos" PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA El presente proyecto titulado “Biorremediación de aguas continentales en beneficio de los seres vivos”, consiste en el estudio de una de los principales agentes contaminantes el cual contrarrestan al equilibrio ecológico y desarrollar un adecuado manejo de los posibles contaminantes que aquejan a la contaminación de agua, suelo y aire. Razón por la cual nuestra investigación pretende encontrar la relación de la existencia entre las variables, y las posibles influencias que pueda tener, motivo por la cualhemos focalizado nuestra investigación en proponer alternativas de solución frente a este problema, a través de la utilización de organismos vivos (bacterias) el cual se encarguen de transformar los desechos orgánico y/o compuestos contaminantes en su alimento y por ende descontaminar parte de nuestro bioma. Así mismo la utilización de plantas y otros agentes biológicos. PROBLEMA ¿Cómo influye la biorremediación en la descontaminación de aguas continentales para el beneficio de los seres vivos? 6 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 OBJETIVO DEL PROYECTO 1. OBJETIVO PRINCIPAL 1. Dar a conocer la importancia ecológica de la biorremediación la cual se presenta como alternativa a los métodos tradicionales de limpieza de residuos peligrosos existentes en las aguas continentales. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 2.1. Determinar la factibilidad del uso del agua residual tratada mediante la biorremediación para estimular los procesos de biodegradación de contaminantes en suelos. 2.2. Sabes cuan importante son los microorganismos (bacterias) y el papel que juegan en el proceso de biorremediación. 2.3. Conocer acerca de las ventajas y desventajas de la biorremediación. Así mismo determinar los diversos tipos de contaminantes que involucran el uso de la biorremediación. 2.4. Facilitar la aproximación al campo de la Bioquímica Ambiental, revisar la multitud de sustancias químicas potencialmente contaminantes (xenobióticos) dispersas en el medio ambiente y sistematizar sus características en grupos para facilitar su comprensión. 7 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 JUSTIFICACION La actividad del ser humano ha sobrepasado a la capacidad de la naturaleza de degradar los contaminantes de manera natural.Por lo tanto si nosotros como humanidad contaminamos nosotros debemos buscar la manera de remediar el daño tan severo que le estamos causando a nuestro planeta, más aun al recurso hídrico q es la base y fuente de vida para los seres vivos, motivo por la cual tenemos nosotros como grupo de trabajo la “Biorremediación de aguas continentales en beneficio de los seres vivos”. En el Perú existen lugares contaminados por compuestos netamente pesados los cuales están causando daños irreversibles, los cuales presentan un grave riesgo tanto para los seres humanos como para la flora y fauna locales. Como solución a esto nosotros como grupo de estudio y tratando de contrarrestar la contaminación nos basamos en la biorremediación d las aguas continentales, para acelerar el proceso de atenuación natural. De un modo económico – tecnológico y natural de contrarrestar la contaminación ambiental. Teniendo una tecnificación y asesoramiento de personas idóneas en el campo. En nuestra provincia que posee abundantes tierras agrícolas es de suma importancia contar con aguas aptas y libres de compuestos que deterioren el buen estado de los seres vivos, motivo por la cual ponemos como alternativa de solución a este problema, la biorremediación ya que este recurso hídrico es el medio de vida y fuente alimenticia. A lo que hemos comprobado en vista a estos lugares. A lo que nos justificamos por el hallazgo insitu de animales muertos a orillas del mar, del rio Humedales de Santa Rosa y otros lugares de aguas continentales. 8 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Capitulo 2 “Tara, alternativa de nutrición” 9 JC INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 MARCO TEÓRICO “Tara, alternativa de nutrición” Antecedentes de la investigación En los últimos años, en un mundo más contaminado y con un deterioro medio ambiental creciente, la preservación de los recursos naturales se ha convertido en una preocupación general en todos los sectores productivos del mundo. Ante estos problemas entidades se ha preocupado en buscar soluciones que contrarresten este problema de contaminación como mencionamos a continuación: “Biorremediación de suelos desde el concepto a su aplicación” Foro internacional de “Supervisión y fiscalización ambiental en el sector hidrocarburos” Lugar de Trabajo: Laboratorios de la Escuela Superior de Salud y Ambiente – Departamento de Química 10 JC INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 de la Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional del Comahue.2006 Eduardo EroolDr en química – Lima 2008 Osinergmin TESIS “Biorremediación de un efluente contaminado con HTP‟S en un reactor Bach Heterogéneo, empleando partículas biocatalizadoras”. presentada para obtener grado de magister en ciencias en ingeniería química en el Instituto Tecnológico de Durango – Mexico. I.Q. Jaime Gómez Díaz; Dr. Joaquin Pinto Espinoza. Biorremediación estimulada por efluentes cloacales tratados de suelos contaminados con hidrocarburos. Autor: Leandro Pellini.Directora de Tesis: Lic. María Eugenia Parolo.Co - Directora de Tesis: Bioq. Irene E. Zajonskovsky.Tutor: Ing. Juan D. Vasallo. “LIRIO ACUÁTICO, UN PURIFICADOR NATURAL” XVII Concurso Universitario Feria de Ciencias. Instituto Juárez – Mexico ALUMNOS:Martínez Hernández Guadalupe Yumiko; Mejía Ponce Fátima Susana ASESORES: Q.F.B. Mónica Jaramillo Avendaño; Biol. Gabriela Ramírez Gamiño “ELECTRORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS, UNA REVISIÓN TÉCNICA PARASU APLICACIÓN EN CAMPO” Instituto Nacional de Ecología, Dirección General del Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental, Facultad de Ingeniería, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla – MexicoDavid A. DE LA ROSA-PÉREZ, Ma. Maura Margarita TEUTLI-LEÓN2 y Marta E. RAMÍREZISLAS Bases teóricas El término biorremediación fue acuñado aprincipios de la década de los '80. Los científicos observaron que era posible aplicar estrategias de remediación que fuesen biológicas, basadas en la capacidad de los microorganismos de realizar procesosdegradativos. Las primeras observaciones de biorremediación fueron con el petróleo,después de algunos organoclorados y organofosforados; “se advirtióque los microorganismos no sólo eran patógenos, sino que ademáseran capaces de absorber compuestos orgánicos, algunos naturales,otros sintéticos, y degradarlos, lo que constituye el objetivo de labiorremediación” Tipos de biorremediación 11 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 En los procesos de biorremediación generalmente se emplean mezclas de ciertos microorganismos o plantas capaces de degradar o acumular sustancias contaminantes tales como metales pesados y compuestos orgánicos derivados de petróleo o sintéticos. Básicamente, los procesos de biorremediación pueden ser de tres tipos: Diferentes modos de biorremediación. Degradación enzimática Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Estas enzimas se obtienen en cantidades industriales por bacterias que las producen naturalmente, o por bacterias modificadas genéticamente que son comercializadas por las empresas biotecnológicas. Razón por la cual desarrollamos este prototipo como alternativa para la descontaminación causadas por diversos medios como las fábricas, la basura, derrame de petróleo en el mar y más aún las minas que operan de una manera clandestina y sin las medidas de bioseguridad. Por ejemplo, existe un amplio número de industrias de procesamiento de alimentos que producen residuos que necesariamente deben ser posteriormente tratados. 12 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 En estos casos, se aplican grupos de enzimas que hidrolizar (rompen) polímeros complejos para luego terminar de degradarlos con el uso de microorganismos. Un ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas (que degradan lípidos) que se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depósitos de grasa procedentes de las paredes de las tuberías que transportan los efluentes. Otras enzimas que rompen polímeros utilizados de forma similar son las celulosas, proteinasas y amilasas, que degradan celulosa, proteínas y almidón, respectivamente. Además de hidrolizar estos polímeros, existen enzimas capaces de degradar compuestos altamente tóxicos. Estas enzimas son utilizadas en tratamientos en donde los microorganismos no pueden desarrollarse debido a la alta toxicidad de los contaminantes. Por ejemplo, se emplea la enzima peroxidasa para iniciar la degradación de fenoles y aminas aromáticas presentes en aguas residuales de muchas industrias. Remediación microbiana En este tipo de remediación se usan microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Los microorganismos utilizados en biorremediación pueden ser los ya existentes (autóctonos) en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados. La descontaminación se produce debido a la capacidad natural que tienen ciertos organismos de transformar moléculas orgánicas en sustancias más pequeñas, que resultan menos tóxicas. El hombre ha aprendido a aprovechar estos procesos metabólicos de los microorganismos. De esta forma, los microorganismos que pueden degradar compuestos tóxicos para el ambiente y convertirlos en compuestos inocuos o menos tóxicos, se aprovechan en el proceso de biorremediación. De esta forma, reducen la polución de los sistemas acuáticos y terrestres. La gran diversidad de microorganismos existente ofrece muchos recursos para limpiar el medio ambiente y, en la actualidad, esta área está siendo objeto de intensa investigación, motivo por la cual nosotros hemos optado por este tema que es muy importante para el futuro de nuestro medio ambiente. Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres, alcoholes simples, 13 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 entre otros. Los metales pesados como uranio, cadmio y mercurio no son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos para que sean eliminados más fácilmente. Las actividades microbianas en el proceso de biorremediación se pueden resumir en el siguiente esquema: “METABOLISMO MICROBIANO”. Los microorganismos ingieren contaminantes como fuente de carbono y algunos nutrientes como fósforo y nitrógeno. La digestión de estos compuestos en sustancias más simples como parte del metabolismo del microorganismo, puede resultar en la degradación del compuesto en forma parcial (transformación) o total a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Remediación con plantas (fitorremediación) – antecedentes. La fitorremediación es el uso de plantas para limpiar ambientes contaminados. Aunque se encuentra en desarrollo, constituye una estrategia muy interesante, debido a la capacidad que tienen algunas especies vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de contaminantes como metales pesados, compuestos orgánicos y radioactivos. La fitorremediación ofrece algunas ventajas y desventajas frente a los otros tipos de biorremediación: Ventajas:  Las plantas pueden ser utilizadas como bombas extractoras de bajo costo para depurar suelos y aguas contaminadas.  Algunos procesos degradativos ocurren en forma más rápida con plantas que con microorganismos.  Es un método apropiado para descontaminar superficies grandes o para finalizar la descontaminación de áreas restringidas en plazos largos. 14 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Limitaciones:  El proceso se limita a la profundidad de penetración de las raíces o aguas poco profundas.  Los tiempos del proceso pueden ser muy prolongados.  La biodisponibilidad de los compuestos o metales es un factor limitante de la captación. Las plantas pueden incorporar las sustancias contaminantes mediante distintos procesos que se representan en la siguiente ilustración y se explican en la tabla que continúa: FITORREMEDIACIÓN: Tipos de fitorremediación, en donde se indica la zona de la planta en donde ocurre el proceso. Tipo Fitoextracción Proceso Involucrado Contaminación Tratada cobalto, cromo, niquel, Las plantas se usan para concentrar Cadmio, metales en las partes cosechables (hojas mercurio, plomo, plomo selenio, zinc y raíces) Rizofiltración Las raíces de las plantas se usan para Cadmio, cobalto, cromo, niquel, absorber, precipitar y concentrar metales mercurio, plomo, plomo selenio, zinc pesados a partir de efluentes líquidos isótopos radioactivos, compuestos contaminados y degradar compuestos fenólicos orgánicos 15 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Fitoestabilización Las plantas tolerantes a metales se usan Lagunas para reducir la movilidad de los mismos y yacimientos evitar el pasaje a napas subterráneas o al para aire. de deshecho de mineros. y Propuesto compuestos fenólicos clorados. derivados del Fitoestimulación Se usan los exudados radiculares para Hidrocarburos promover el desarrollo de petróleo y poliaromáticos, benceno, microorganismos degradativos (bacterias tolueno, atrazina, etc y hongos) Fitovolatilización Las plantas captan y modifican metales Mercurio, pesados o compuestos orgánicos y los clorados selenio y solventes y (tetraclorometano liberan a la atmósfera con la transpiración. triclorometano) Fitodegradación Las plantas acuáticas y terrestres captan, Municiones almacenan y degradan compuestos nitrobenceno, (TNT, DNT, RDX, nitrotolueno), orgánicos para dar subproductos menos atrazina, solventes clorados, DDT, tóxicos o no tóxicos. pesticidas nitrilos, etc. fosfatados, fenoles y Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad para hiperacumular selectivamente alguna sustancia. En la mayoría de los casos, no se trata de especies raras, sino de cultivos conocidos. Así, el girasol (Heliantusanuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo. Los álamos (género Populus) absorben selectivamente níquel, cadmio y zinc. También la pequeña planta Arabidopsisthaliana de gran utilidad para los biólogoses capaz de hiperacumular cobre y zinc. Otras plantas comunes que se han ensayado con éxito como posibles especies fitorremediadoras en el futuro inmediato son el girasol, la alfalfa, la mostaza, el tomate, la calabaza, el esparto, el sauce y el bambú. Incluso existen especies vegetales capaces de eliminar la alta salinidad del suelo, gracias a su capacidad para acumular el cloruro de sodio. En general, hay plantas que convierten los productos que extraen del suelo a componentes inocuos, o volátiles. Pero cuando se plantea realizar un esquema de fitorremediación de un cuerpo de agua o un área de tierra contaminados, se siembra la planta con capacidad (natural o adquirida por ingeniería genética) de extraer el contaminante particular, y luego del período de tiempo determinado, se cosecha la biomasa y se incinera o se le da otro curso dependiendo del contaminante. De esta forma, los contaminantes acumulados en las plantas no se transmiten a través de las redes alimentarias a otros organismos. Uso de organismos modificados genéticamente en biorremediación 16 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 En los últimos años, los avances en ingeniería genética han permitido el desarrollo de organismos transgénicos. Y la biorremediación hace uso de esta nueva tecnología para resolver varios problemas de contaminación. El futuro promete aún más. Muchos grupos de investigación están desarrollando en el laboratorio, plantas y microorganismos genéticamente modificados para ser mejores agentes de biorremediación, es decir que degraden mejor o más eficientemente a los agentes contaminantes. Por ejemplo, se puede utilizar material genético de bacterias resistentes a metales para insertarlo en el genoma de una planta que, entonces, adquiriría esta nueva característica. Un grupo de investigación utilizó un gen llamado merA, que codifica para la enzima reductasa del ion mercúrico, altamente tóxico, que cataliza su reducción hasta la forma volátil y poco tóxica de mercurio elemental, gaseoso en condiciones de temperatura no muy elevadas. Estos investigadores, consiguieron la transferencia del gen bacteriano merA a cultivos de Liriodendrotulipifera (álamo amarillo). El gen se expresó adecuadamente en ese material vegetal, de modo que las plántulas regeneradas germinaron y crecieron vigorosamente en los medios de cultivo, que contenían niveles de iones mercurio que son normalmente tóxicos, siendo capaces de captarlo en su forma iónica y de reducirlo en el interior de la planta, tras lo cual era liberado en la forma gaseosa no tóxica. Esta investigación ha abierto el camino para que en el futuro sea posible realizar plantaciones arbóreas transgénicas que, mediante este proceso de fitovolatilización u otros parecidos, sean capaces de descontaminar terrenos con altos niveles de contaminantes. Se están perfeccionando nuevos métodos de biotecnología para el tratamiento del agua, que eliminarán los compuestos que contengan fósforo, nitrógeno y azufre. Este bioprocesamientose está extendiendo a varios procesos industriales, entre ellos los de las industrias petroquímicas, químicas y mineras, con el uso de bacterias oxidantes. La biorremediación mediante bacterias ofrece grandes posibilidades de limpiar y descontaminar sistemas complejos y gracias a sus ventajas económicas y ambientales será una de las tecnologías más desarrolladas durante este siglo. Se están utilizando cepas especializadas de microorganismos de alta actividad para tratar agentes contaminantes en diferentes sectores, como las industrias que utilizan catalizadores, las textiles, las curtiembres, el procesamiento de celulosa y almidón, la galvanoplastia, la minería, el desengrasado y recubrimiento de superficies y la impresión. 17 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Nuevos desarrollos biotecnológicos en plantas y bacterias Entre los desarrollos biotecnológicos que se están llevando a cabo para procesos de fitorremediación se encuentran los siguientes:  Rizofiltración para la extracción de Uranio de aguas subterráneas en Asthabula, Ohio, EEUU.  Rizofiltración a nivel de cultivo in vitro para detoxificar compuestos fenólicos en aguas contaminadas (por ejemplo los derivados de los herbicidas tradicionales y contaminantes como el 2,4-D) en la Universidad Nacional de Río Cuarto, Córdoba por el grupo de investigación de la Dra. Elizabeth Agostini.  Fitovolatilización de mercurio (Hg) por medio de plantas transgénicas (Arabidopsisthaliana) que fueron transformadas con dos genes provenientes de microorganismos que pueden transformar el mercurio iónico en mercurio más estable.  Plantas transgénicas de tabaco con genes provenientes de bacterias que le permiten detoxificar TNT y GTN en suelos de campos minados.  Plantas transgénicas de Arabidopsisthalianaque toleran la acumulación de cadmio, arsénico y mercurio.  Bacterias Pseudomonas transgénicas que son capaces de degradar compuestos tóxicos que contienen cloro en compuestos menos nocivos.  Microorganismos capaces de degradar TNT, un explosivo de gran potencia y muy agresivo para el entorno.  Bacterias capaces de reducir las formas altamente tóxicas de mercurio en otras menos tóxicos y volátiles.  Bacterias que transforman metales del suelo en formas menos tóxicas o insolubles. Por ejemplo: la reducción de cromo (Cr+6 a Cr+3).  La utilización de la bacteria Deinococcusradiodurans para eliminación de elementos radiactivos presentes en el suelo y aguas subterráneas. Este microorganismo es un extremófilo que resiste condiciones extremas de radiación, sequedad, agentes oxidantes y diversos compuestos mutagénicos.  Cianobacterias a las que se le han introducido genes de bacterias Pseudomonas con capacidad de degradar diferentes hidrocarburos o pesticidas. 18 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Tratamiento de aguas residuales Plantas de tratamiento de agua residual (Industrial, Municipal, procesadora de alimentos, textil, residuos lácteos, pulpa y papel). Tratamiento de agua de desecho de la ganadería. Biorremediación ambiental (derrame de combustibles) Contaminación de agua Biorremediación de tierra. Limpieza de superficies duras por derrames. Acuacultura Contaminación de agua. Saneamiento de lagos, lagunas esteros. Incubadoras y criaderos de peces. Acuarios y estanques. 19 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Metabolismo microbiano El metabolismo microbiano es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene la energía y los nutrientes (carbono, por ejemplo) que necesita para vivir y reproducirse. Los microorganismos utilizan numerosos tipos de estrategias metabólicas distintas y las especies pueden a menudo distinguirse en base a estas estrategias. Las características metabólicas específicas de un microorganismo constituyen el principal criterio para determinar su papel ecológico, su responsabilidad en los ciclos biogeoquímicos y su utilidad en los procesos industriales. Tipos de metabolismo microbiano Los distintos tipos de metabolismo microbiano se pueden clasificar según tres criterios distintos: 1. La forma la que el organismo obtiene el carbono para la construcción de la masa célular:    Autótrofo. El carbono se obtiene del dióxido de carbono (CO2). Heterótrofo. El carbono se obtiene de compuestos orgánicos. Mixótrofo. El carbono se obtiene tanto de compuestos orgánicos como fijando el dióxido de carbono. 2. La forma en la que organismo obtiene los equivalentes reductores para la conservación de energía o en las reacciones biosintéticas: Litotrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos inorgánicos. Organotrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos orgánicos.  3. La forma en la que el organismo obtiene la energía para vivir y crecer:   Quimiotrofo. La energía se obtiene de compuestos químicos externos. Fototrofo. La energía se obtiene de la luz. En la práctica, estos términos se combinan casi libremente. Los ejemplos típicos son como sigue:  Los quimiolitoautótrofos obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y el carbono de la fijación del dióxido de carbono. Ejemplos: bacterias nitrificantes, 20 JC “Tara, alternativa de nutrición”  INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 bacterias oxidantes del azufre, bacterias oxidantes del hierro, bacterias oxidantes del hidrógeno.  Los fotolitoautótrofosobtienen energía de la luz y el carbono de la fijación del dióxido de carbono, usando compuestos inorgánicos como equivalentes reductores. Ejemplos: Cyanobacteria (agua como equivalente reductor), Chlorobiaceae, Chromaticaceae (sulfuro de hidrógeno), Chloroflexus (hidrógeno).  Los quimiolitoheterótrofosobtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, pero no pueden fijar el dióxido de carbono. Ejemplos: algunos Nitrobacterspp., Wolinella (con hidrógeno como equivalente reductor), algunas bacterias oxidantes del hidrógeno.  Los quimioorganoheterótrofosobtienen energía, carbono y equivalentes reductores para las reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos. Ejemplos: la mayoría de las bacterias, como Escherichiacoli, Bacillusspp., Actinobacteria.  Los fotoorganotrofos obtienen energía de la luz y el carbono y los equivalentes reductores para las reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos. Algunas especies son terminantemente heterótrofas, pero muchas otras pueden también fijar el dióxido de carbono y son mixótrofas. Ejemplos: Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Rhodomicrobium, Rhodocyclus, Heliobacterium, Chloroflexus (alterna con fotolitoautotrofía con hidrógeno). La clasificación nutricional de un organismo se realiza en base a tres criterios importantes: el origen del carbono, la fuente de energía y los donadores de electrones.  Fuente del carbono. Se refiere a la fuente del carbono usada por el organismo para su crecimiento y desarrollo. Un organismo se denomina heterótrofo si usa compuestos orgánicos y autótrofos si su fuente del carbono es el dióxido de carbono (CO2).  Donador de electrones. Se refiere a los compuestos donadores de electrones que se utilizarán en la biosíntesis (por ejemplo, en forma de NADH o NADPH). Un organismo se denomina organotrofo cuando utiliza compuestos orgánicos como fuente de electrones, mientras que se denomina litotrofo cuando utiliza compuestos inorgánicos. Los organismos organotrofos son a menudo también heterótrofos, y así usan compuestos orgánicos como fuente de electrones y de carbono al mismo tiempo. De forma similar, los organismos litotrofos son a menudo también autótrofos, con fuentes inorgánicas de electrones y dióxido de carbono como fuente inorgánica del carbono.  Fuente de energía. Se refiere al método empleado por el organismo para producir ATP, que se requiere para aprovisionar de combustible los caminos anabólicos de biosíntesis de los componentes de la célula. Un organismo es fotoautótrofo cuando utiliza luz como 21 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 fuente de energía, mientras que es quimioautótrofo cuando obtiene la energía de reacciones con compuestos químicos. La base del metabolismo energético de la mayoría de los organismos quimiotrofos es una reacción de oxidación-reducción en la cual los electrones se mueven desde un donador a un receptor de electrones. La energía se libera durante la reacción. Por lo tanto, los compuestos usados como donadores de electrones por los quimiotrofos deben ser reversibles en caminos oxidativos productores de energía y en caminos reductores biosintéticos. La gama de pares posibles de donadores y aceptadores de electrones para los quimiotrofos se limita a las reacciones que son lo bastante exoenergéticas para conservar bastante energía después de la transición de por lo menos un protón sobre una membrana (igual a -15 a -20 kJ/mol). En cambio, los fotoautótrofos pueden utilizar cualquier donador de electrones y pueden incluso catalizar reacciones altamente endoenergéticas (por ejemplo, la producción fotosintética de almidón a partir de agua y de CO2). Debe notarse que lo términos respiración aerobia, respiración anaerobia y fermentación no se refieren a la clasificación nutricional básica, sino que simplemente reflejan el diferente uso de los posibles receptores de electrones en el metabolismo energético de los organismos quimiotrofos, tales como O2 (respiración aerobia), NO3-, SO42- o fumarato (respiración anaerobia), o los intermediarios metabólicos intrínsecos (fermentación). Puesto que todos los pasos de generación de ATP en la fermentación implican modificaciones de los intermediarios metabólicos en vez de una cadena de transporte de electrones es menudo denominada como fosforilación a nivel de substrato. Fuente de energía Luz Foto- Donador de electrones Orgánico -organo- Fuente de carbono Orgánica -heterótrofo Dióxido -autótrofo de carbono Denominación Fotoorganoheterótrofo Fotoorganoautótrofo Inorgánico -lito- Orgánica -heterótrofo Fotolitoheterótrofo 22 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Dióxido -autótrofo Compuesto químico QuimioOrgánico -organoOrgánica de carbono Fotolitoautótrofo Quimioorganoheterótrofo -heterótrofo Dióxido -autótrofo de carbono Quimioorganoautótrofo Inorgánico -lito- Orgánica -heterótrofo Dióxido -autótrofo de carbono Quimiolitoheterótrofo Quimiolitoautótrofo Ejemplos Todas las combinaciones pueden existir en la naturaleza. Por ejemplo, la mayoría de las cianobacterias son fotoautótrofas puesto que utilizan luz como donante de electrones y CO 2 como fuente de carbono. Los hongos son quimiorganotrofos puesto que utilizan carbono orgánico tanto como donador de electrones como fuente de carbono. Los Eukarya son generalmente fáciles de categorizar. Todos los animales son heterótrofos al igual que los hongos. Las plantas son fotoautótrofas. Algunos microorganismos eucariontes, sin embargo, no se limitan a un solo modo nutricional. Por ejemplo, algunas algas viven fotoautotróficamente cuando hay luz, pero cambian a quimiorganotrofía en la obscuridad. Incluso las plantas más evolucionadas han conservado su capacidad de utilizar por la noche heterotróficamente el almidón que ha sido sintetizado fototróficamente durante el día. Por el contrario, los procariontes muestran una gran diversidad de categorías nutricionales. Por ejemplo, las bacterias púrpuras del azufre y las cianobacterias son generalmente fotoautótrofas mientras que las bacterias púrpuras no del azufre son fotoorganotrofas. Algunas bacterias se limitan a solamente un modo nutricional, mientras que otras son facultativas y cambian de uno a otro, dependiendo de las fuentes de alimento disponibles. Metabolismo heterótrofo La mayoría de los microorganismos son heterótrofos (o más exactamente quimiorganoheterótrofos), con compuestos orgánicos como fuentes de carbono y de energía. Los microorganismos heterótrofos viven de los alimentos que roban a anfitriones vivos (comocomensales o parásitos) o de la materia orgánica muerta de todo tipo (saprófagos). Este metabolismo microbiano constituye el principal factor de descomposición de todos los 23 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 organismos después de muerte. Muchos microorganismos eucariontes son heterótrofos por depredación o parasitismo, características también encontradas en algunas bacterias tales como Bdellovibrio (un parásito intracelular de otras bacterias, causando la muerte de sus víctimas) y algunas Myxobacteria tales como Myxococcus (depredadora de otras bacterias a las que mata y succiona mediante la cooperación de enjambres de numerosas células). La mayoría de las bacterias patógenas son parásitos heterótrofos de seres humanos o de otras especies eucariontes. Los microorganismos heterótrofos son extremadamente abundantes en naturaleza y responsables de la degradación de los polímeros orgánicos tales como celulosa, quitina o lignina que son generalmente indigeribles para los animales más grandes. Esta degradación, generalmente, requiere la colaboración de varios organismos distintos, cada uno de los cuales realiza uno de los pasos de la degradación hasta obtener dióxido de carbono. Hay muchas variaciones en este tema, pues diversos organismos pueden degradar diversos polímeros y secretar diversos residuos. Algunos organismos pueden incluso degradar los compuestos más recalcitrantes tales como pesticidas y petróleo, realizando su reciclado. Bioquímicamente, el metabolismo heterótrofo procarionte es mucho más versátil que el de los organismos eucariontes, aunque muchos procariontes comparten los modelos metabólicos más básicos con los eucariontes, por ejemplo, usando la glicolisis (también llamada ruta EMP) para el metabolismo del azúcar y el ciclo del ácido cítrico en la degradacción del acetato, produciendo energía bajo la forma de ATP y reduciendo energía bajo la forma de NADH o quinona. Estas rutas metabólicas básicas están muy extendidas porque también están implicadas en la biosíntesis de muchos componentes necesarios para el crecimiento de la célula (a veces en la dirección contraria). Sin embargo, muchas bacterias y archaea utilizan rutas metabólicas alternativas con la excepción de la glicolisis y del ciclo del ácido cítrico. Un ejemplo bien estudiado es el metabolismo del azúcar por la ruta del ceto-desoxifosfogluconato(también llamada ruta ED) en Pseudomonas en vez de la ruta glicolítica. Por otra parte, hay incluso una tercera ruta alternativa catabólica del azúcar usado por algunas bacterias, la ruta de la pentosa fosfato. Esta diversidad y capacidad metabólicas de los procariontes que les permite utilizar una variedad enorme de compuestos orgánicos se debe a una historia y diversidad evolutivas mucho más profundas que las de los eucariontes. Es también significativo que las mitocondrias se originaron en los eucariontes por endosimbiosis de una bacteria relacionada con los parásitos intracelulares Rickettsia, y también los simbiontes de las plantas Rhizobium o Agrobacterium. Por lo tanto, no es sorprendente que todas las mitocondrias eucariotas compartan características metabólicas con estas Proteobacteria. La mayoría de los 24 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 microorganismos respiran (usando una cadena de transporte de electrones), aunque el oxígeno no es el único receptor terminal de electrones que puede usarse. El uso de receptores terminales de electrones distintos al oxígeno tiene consecuencias biogeoquímicas importantes. Fermentación La fermentación es un tipo específico de metabolismo heterótrofo que utiliza carbono orgánico en vez de oxígeno como receptor terminal de electrones. Esto significa que estos organismos no utilizan una cadena de transporte de electrones para oxidar NADH a NAD+ y por lo tanto deben tener un método alternativo para usar esta energía reductora y mantener una fuente de NAD+ para el funcionamiento apropiado de las rutas metabólicas normales (por ejemplo, la glicolisis). Puesto que no requieren oxígeno, los organismos fermentantes son anaerobios. Muchos organismos pueden utilizar fermentación bajo ciertas condiciones anaerobias y respiración cuando el oxígeno está presente. Estos organismos son anaerobios facultativos. Para evitar la superproducción de NADH, los organismos fermentantes obligados generalmente no tienen un ciclo completo del ácido cítrico. En vez de usar ATPasas como en la respiración, el ATP en organismos fermentantes es producido por la fosforilación a nivel de substrato donde un grupo fosfato se transfiere de un compuesto orgánico de gran energía al ADP para formar el ATP. Como resultado de la necesidad de producir compuestos orgánicos con fosfato de la alta energía (generalmente bajo la forma de CoA-ésteres) los organismos fermentantes utilizan NADH y otros cofactores para producir una gran variedad de subproductos metabólicos reducidos, a menudo incluyendo hidrógeno. Estos compuestos orgánicos reducidos son generalmente ácidos orgánicos cortos y alcoholes derivados del piruvato, el producto final de la fermentantes son muy importantes industrialmente y se utilizan parar elaborar muchos tipos de productos alimenticios. Los productos finales metabólicos producidos por cada especie bacteriana específica son los responsables del gusto y características de cada alimento. No todos los organismos fermentantes usan fosforilación a nivel de substrato. En su lugar, algunos organismos son capaces de acoplar directamente la oxidación de compuestos orgánicos de poca energía con la formación de un gradiente electroquímico para mover un protón (o sodio) y así realizar la síntesis de ATP. Ejemplos de estas formas inusuales de fermentación incluyen la fermentación del succinato por el Propionigeniummodestum y la fermentación del oxalato por Oxalobacterformigenes. Estas reacciones son de rendimiento 25 JC “Tara, alternativa de nutrición” glicolisis. Ejemplos incluyen el etanol, acetato, lactato y el butirato. Los organismos INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 energético extremadamente bajo. Los seres humanos y otros animales también utilizan la fermentación para consumir el exceso de NADH produciendo lactato, aunque ésta no es la forma principal de metabolismo como en los microorganismos fermentantes. Modos metabólicos especiales Metilotrofía La metilotrofía se refiere a la capacidad de un organismo para utilizar compuestos C1 como fuentes de energía. Estos compuestos incluyen el metanol, aminas metílicas, formaldehído y metanoato. Varios otros substratos menos comunes que carecen de enlaces carbono-carbono también se pueden utilizar para el metabolismo. Ejemplos de metilotrofos son las bacterias Methylomonas y Methylobacter. La metanotrofía es un tipo específico de metilotrofía que puede usar también metano (CH4) como fuente del carbono. El metano es oxidado secuencialmente a metanol (CH3OH), formaldehído (CH2O), metanoato (HCOO- ) y finalmente a dióxido de carbono usando inicialmente la enzima metano-monooxigenasa. Puesto que se requiere oxígeno para este proceso todos los metanotrofos (convencionales) son aerobios obligados. La reducción de energía se produce en la forma de quinonas y NADH durante la oxidación, lo que origina la fuerza motiva del protón y, por lo tanto, la generación de ATP. Los metilotrofos y metanotrofos no se consideran autótrofos porque suelen incorporar algunos de los metanos oxidados (u otros metabolitos) como carbono celular antes de su oxidación completa a CO2. El carbono se adquiere en el nivel del formaldehído usando la ruta de la serina (Methylosinus, Methylocystis) o la ruta de la ribulosamonofosfato (Methylococcus), dependiendo de la especie de metilotrofo. lo realizan un conjunto de bacterias reductoras del azufre y archaeametanógenas que trabajan sintróficamente. Poco se sabe actualmente sobre la bioquímica y ecología de este proceso. La metanogénesis es la producción biológica de metano. Es realizada por los metanógenos, archaeas estrictamente anaerobias tales como Methanococcus, Methanocaldococcus, Methanobacterium, Methanothermus, Methanosarcina, Methanosaeta y Methanopyrus. La bioquímica de la metanogénesis es única en la naturaleza por el uso de varios cofactores inusuales que reducen secuencialmente los substratos metanogénicos a metano. Estos cofactores son responsables (entre otras cosas) del establecimiento de un gradiente protónico 26 JC “Tara, alternativa de nutrición” Además de la metilotrofía aerobia, el metano se puede también oxidar anaeróbicamente. Esto INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 a través de la membrana externa que conduce a la síntesis de ATP. Existen varios tipos de metanogénesis que se diferencian en los compuestos iniciales oxidados. Algunos metanógenos reducen el dióxido de carbono (CO2) a metano (CH4) utilizando usualmente electrones del hidrógeno (H2) quimiolitoautotróficamente. Estos metanógenos se suelen encontrar en ambientes que contienen organismos fermentantes. La colaboración estrecha entre metanógenos y bacterias fermentantes se puede considerar sintrofía porque los metanógenos, que confían en los fermentantes para la obtención del hidrógeno, evitan la inhibición de los mismos impidiendo la excesiva acumulación de hidrógeno. Este tipo de relación sintrófica se denomina concretamente transferencia de hidrógeno entre especies. Un segundo grupo de metanógenos utiliza metanol (CH3OH) como substrato para la metanogénesis. Éstos organismos son quimioorganotrofos, pero todavía autótrofos porque usan CO2 como única fuente de carbono. La bioquímica de este proceso es bastante diferente de la metanogénesis que reduce el dióxido de carbono. Todos los metanógenos autótrofos utilizan una variación de la ruta del acetilo-CoA para fijar el CO2 y obtener el carbono celular. Por último, un tercer grupo de metanógenos producen metano y dióxido de carbono a partir de acetato (CH3COO- ) que es partido literalmente entre dos carbonos. Estos organismos rompedores de acetato son los únicos metanógenosquimioorganoheterótrofos. Sintrofía La sintrofía, en el contexto del metabolismo microbiano, se refiere a la colaboración de varias especies para realizar una reacción química que, de otra forma, sería desfavorable energéticamente. El ejemplo mejor estudiado de este proceso es la oxidación de los productos fermentantes finales (tales como acetato, etanol y butirato) por organismos tales como Syntrophomonas. Aisladamente, la oxidación de butirato a acetato e hidrógeno es energéticamente desfavorable. Sin embargo, cuando un metanógenohidrogenotrofo está presente, el uso del gas de hidrógeno bajará perceptiblemente la concentración del hidrógeno (a 10-5 atmósferas) y desplazará el equilibrio de la reacción de la oxidación del butirato. La energía libre disponible de la metanogénesis baja desde -131 kJ/mol en condiciones estándares a -17 kJ/mol a una presión de hidrógeno de 10-5 atmósferas. Éste es un ejemplo de transferencia de hidrógeno entre especies. De esta manera, las fuentes de energía de bajo rendimiento de carbono pueden ser utilizadas por un consorcio de organismos que realizarán la degradación adicional y eventual mineralización de estos compuestos. Estas reacciones 27 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 ayudan a prevenir una excesiva pérdida de carbono a la escala de tiempo geológicos, lanzándolo de nuevo a la biosfera en formas usables tales como metano y CO2. Respiración anaerobia En los organismos aerobios el oxígeno es el receptor final de los electrones durante la respiración. Esto es muy eficiente pues el oxígeno tiene un potencial muy bajo de reducción. Los organismos anaerobios utilizan receptores de electrones que tienen un potencial más alto de reducción que el oxígeno, lo que significa que la respiración es menos eficiente y conduce generalmente a tasas de crecimiento más lentas que en los aerobios. Muchos anaerobios facultativos pueden utilizar tanto oxígeno como receptores finales de electrones alternativos para la respiración dependiendo de las condiciones ambientales. La mayoría de los organismos de respiración anaerobia son heterótrofos, aunque hay algunos autótrofos. Todos los procesos que describiremos a continuación son disimilativos, es decir que proporcionan energía pero no nutrientes para la célula (lo que sería asimilativo). Se conocen también las rutas asimilativas de muchas formas de respiración anaerobia. Desnitrificación La desnitrificación es la utilización del nitrato (NO3- ) como receptor terminal de electrones. Es un proceso extensamente distribuido y utilizado por muchos miembros de Proteobacteria. Muchos anaerobios facultativos utilizan la desnitrificación porque el nitrato, como el oxígeno, tiene un bajo potencial de reducción. Muchas bacterias desnitrificadoras pueden también utilizar el hierro férrico (Fe3+ ) y algunos compuestos orgánicos como receptores de electrones. La desnitrificación implica la reducción paso a paso del nitrato al nitrito (NO2- ), al óxido nítrico reductasa, óxido nítrico reductasa y óxido nitroso reductasa, respectivamente. Los protones son transportados a través de la membrana por la NADH reductasa, las quinonas y el óxido nitroso reductasa para producir el gradiente electroquímico crítico para la respiración. (NO), al óxido nitroso (NO2) y al nitrógeno (N2) mediante las enzimas nitrato reductasa, nitrito Algunos organismos (por ejemplo, E. coli) producen solamente nitrato reductasa y, por lo tanto, solo pueden realizar la primera reducción, lo que lleva a la acumulación del nitrito. Otros (por ejemplo, Paracoccusdenitrificans o Pseudomonasstutzeri) reducen el nitrato totalmente. La desnitrificación completa es un proceso ambientalmente significativo porque algunos productos intermedios de la desnitrificación (óxido nítrico y óxido nitroso) son gases importantes que reaccionan con la luz del sol y el ozono para producir ácido nítrico, un componente de efecto 28 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 invernadero de la lluvia ácida. La desnitrificación es también biológicamente importante en el tratamiento de aguas residuales donde se utiliza para reducir la cantidad de nitrógeno emitida al ambiente de tal modo que reduce la eutroficación. Reducción del sulfato La reducción del sulfato es un proceso energético relativamente pobre usado por muchas bacterias Gram negativas (Proteobacterias gamma) y por organismos Gram positivos relacionados con Desulfotomaculum o con la archaeaArchaeoglobus. Como producto final metabólico se obtiene sulfuro del hidrógeno (H2S) . Muchos organismos reductores del sulfato son heterótrofos, empleando compuestos del carbono tales como lactato y piruvato (entre muchos otros) como donadores de electrones mientras que otros son autótrofos, con el gas hidrógeno (H2) como donador de electrones. Algunas bacterias reductoras del sulfato autótrofas inusuales pueden utilizar el fosfito (HPO3- ) como donador de electrones (por ejemplo, Desulfotignumphosphitoxidans) o son capaces de generar dos compuestos a partir del azufre, en este caso un donador de electrones y un receptor de electrón) usando el tiosulfato (S2O32-, por ejemplo, Desulfovibriosulfodismutans). Todos los organismos reductores del sulfato son anaerobios obligados. Puesto que el sulfato es energéticamente estable, antes de que pueda ser metabolizado debe primero ser activado por adenilación para formar APS (adenosina 5-fosfosulfato) de tal modo que se consume ATP. El APS es entonces reducido por la enzima APS reductasa a sulfito (SO32- ) y AMP. En los organismos que utilizan compuestos de carbono como donadores de electrones, el ATP consumido es proporcionado por la fermentación del substrato de carbono. El hidrógeno producido durante la fermentación es realmente quién conduce la respiración durante la reducción del sulfato. Eventualmente, los electrones pasan de la enzima hidrogenasa a la APS reductasa, que junto con la sulfito reductasa termina la reducción del sulfato a sulfuro del hidrógeno. El gradiente que mueve al protón se establece debido al hecho de que la hidrogenasa, que convierte H2 a 2H+, se localiza en el periplasma (o fuera de la célula en las bacterias Gram positivas). Acetogénesis La acetogénesis es un tipo de metabolismo microbiano que utiliza hidrógeno (H2) como donador de electrones y dióxido de carbono (CO2) como receptor de electrones para producir acetato (en esto es similar a la metanogénesis). Las bacterias que pueden sintetizar autotróficamente acetato se denominan homoacetógenas. La reducción del dióxido de carbono 29 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 en todos los homoacetógenos se produce por la ruta del acetilo-CoA. Esta ruta también es utilizada para la fijación del carbono por las bacterias reductoras del sulfato autótrofas y por los metanógenoshidrogenotrofos. A menudo, los homoacetógenos pueden también ser fermentantes, usando el hidrógeno y dióxido de carbono producidos como resultado de la fermentación para producir acetato, que se secreta como producto final. Reducción del hierro férrico (Fe3+) El hierro férrico es un receptor terminal de electrones extensamente utilizado por los organismos anaerobios autótrofos y heterotrófos. El flujo de electrones en estos organismos es similar a los que usan como receptores terminales oxígeno o nitrato, salvo que en los organismos reductores de hierro férrico la enzima final es la hierro-férrico reductasa. Los organismos modelo incluyen Shewanellaputrifaciens y Geobactermetallireducens. Algunas bacterias reductoras del hierro férrico (tales como G. metallireducens) pueden utilizar hidrocarburos tóxicos tales como el tolueno como fuente de carbono, por lo que hay un gran interés en usar estos organismos como agentes de biorremediación en acuíferos contaminados ricos en hierro férrico. Otros receptores terminales de electrones inorgánicos Además de los numerosos y comunes receptores terminales de electrones enumerados arriba, existen algunos organismos que pueden utilizar iones inorgánicos exóticos en la respiración anaerobia. Mientras que estos procesos pueden ser a menudo menos significativos ecológicamente, son de interés considerable para la biorremediación, especialmente de metales pesados. Los ejemplos incluyen:   Reducción del ion mangánico (Mn4+ ) al ion manganoso (Mn2+ ). Reducción del selenato (SeO42- ) a la selenita (SeO32- ) y de la selenita al selenio inorgánico (Se). Reducción del arseniato (AsO43- ) al arsenito (AsO33- ).  Receptores terminales de electrones orgánicos Algunos organismos, en vez de usar compuestos inorgánicos como receptores terminales de electrones en la respiración, puede utilizar compuestos orgánicos. Los ejemplos incluyen:    Reducción de fumarato a succinato. Reducción de óxido trimetil amina (TMAO) a trimetilamina (TMA). Reducción de dimetilsulfoxido (DMSO) a dimetil sulfuro (DMS). 30 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012  Declorinación reductora. TMAO es un producto químico producido comúnmente por los peces que cuando se reduce a TMA produce un fuerte olor. DMSO es un producto químico marino y de agua dulce común que también es odorífero cuando se reduce a DMS. La declorinación reductora es el proceso por el cual los compuestos orgánicos con cloro se reducen para formar productos finales sin cloro. Puesto que los compuestos orgánicos que contienen cloro son importantes (y a menudo difíciles de degradar) contaminantes ambientales, la declorinación reductora es un proceso importante en la biorremediación. Quimiolitotrofía La quimiolitotrofía es un tipo de metabolismo en la cual la energía se obtiene de la oxidación de compuestos inorgánicos. La mayoría de los organismos quimiolitotrofos son también autótrofos. La quimiolitotrofía tiene dos funciones importantes: la generación de la energía (ATP) y la generación de potenciales reductores (NADH). Oxidación del hidrógeno Muchos organismos son capaces de usar hidrógeno (H2) como fuente de energía. Previamente se han mencionado varios mecanismos de oxidación anaerobia del hidrógeno (por ejemplo, la reducción del sulfato y las bacterias acetogénicas), pero además el hidrógeno se puede utilizar también como fuente de energía aerobia. En estos organismos, el hidrógeno es oxidado por una hidrogenasa ligada a la membrana, realizando el desplazamiento del protón vía una transferencia de electrones a varias quinonas y citocromos. En muchos organismos se utiliza NADH, que se usará posteriormente para fijar el dióxido de carbono vía el ciclo de Calvin. Los organismos que oxidan del hidrógeno, tales como Ralstoniaeutrophaeutropha, viven a menudo en las zonas de transición oxigenadas-anóxicas de la naturaleza para aprovechar el hidrógeno producido por los organismos fermentantes anaerobios mientras que todavía pueden acceder al oxígeno. Oxidación del azufre La oxidación del azufre se refiere a la oxidación de compuestos de azufre reducidos tales como sulfuro de hidrógeno (H2S), azufre inorgánico (S0) y tiosulfato (S2O22- ) para formar ácido 31 JC “Tara, alternativa de nutrición” una segunda hidrogenasacitoplásmatica para generar un potencial reducido bajo la forma de INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 sulfúrico (H2SO4). Un ejemplo clásico de bacteria que oxida el azufre es Beggiatoa, un microbio descrito originalmente por Sergei Winogradsky, uno de los fundadores de la microbiología. El azufre inorgánico es almacenado interior o exteriormente a la célula hasta que es necesitado. El proceso es posible porque el azufre es energéticamente mejor donante de electrones que el sulfuro inorgánico o el tiosulfato, permitiendo a un número neto de protones atravesar la membrana. Los organismos que oxidan el azufre generan el potencial reductor para la fijación del dióxido de carbono vía el ciclo de Calvin usando el flujo inverso de electrones, un proceso que requiere energía que mueva a los electrones en contra del gradiente termodinámico para producir NADH. La oxidación del azufre se realiza generalmente en dos etapas. Bioquímicamente, los compuestos de azufre reducidos se convierten en sulfito (SO32- ) que a su vez son transformados posteriormente a sulfato por la enzima sulfito oxidasa. Algunos organismos, sin embargo, realizan la misma oxidación usando un sistema inverso de APS reductasa, por ejemplo, las bacterias reductoras del sulfato (véase arriba). En todos los casos, la energía liberada se transfiere a la cadena de transporte de electrones para la producción de ATP y NADH. Además de la oxidación aerobia del azufre, algunos organismos (por ejemplo, Thiobacillusdenitrificans) utilizan nitrato (NO32- ) como receptor terminal de electrones y por lo tanto crecen anaeróbicamente. Oxidación del hierro ferroso (Fe2+ ) El hierro ferroso es una forma soluble de hierro estable a un pH extremadamente bajo o bajo condiciones anaerobias. Bajo condiciones aerobias y pH moderado, el hierro ferroso se oxida espontáneamente a la forma férrica (Fe3+ ) y abióticamente a hidróxido férrico (FE(OH)3 ) insoluble. Existen, por lo tanto, tres tipos distintos de microbios reductores del hierro ferroso. El primero es el de acidófilos, tales como las bacterias Acidithiobacillusferooxidans y Leptospirrillumferrooxidans, así como la archaeaFerroplasma. Estos microbios oxidan el hierro en ambientes que tienen un pH muy bajo y son importantes en el drenaje ácido en las minas. El segundo tipo de microorganismos oxida el hierro ferroso a pH neutro en las zonas de transición oxigenada-anóxica. Estas bacterias, tales como Gallionellaferruginea y Sphaerotilusnatans, y las bacterias acidófilas oxidantes del hierro son aerobias. El tercer tipo de microorganismos oxidadores del hierro es el de las bacterias fotosintéticas anaerobias tales como Chlorobium, que utilizan el hierro ferroso para producir NADH para la fijación autótrofa del dióxido de carbono. Bioquímicamente, la reducción aerobia del hierro es un proceso muy pobre energéticamente que por lo tanto requiere la oxidación de grandes 32 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 cantidades de hierro por enzima rusticianina para facilitar la formación de la fuerza motiva del protón. Durante la oxidación del azufre se necesita un flujo de electrones inverso para producir el NADH usado para la fijación del dióxido de carbono vía el ciclo de Calvin. Nitrificación La nitrificación es el proceso por el cual el amoníaco (NH3) es convertido en nitrato (NO3- ). La nitrificación es realmente el beneficio neto de dos procesos distintos: la oxidación de amoníaco a nitrito (NO2- ) por una bacteria nitrificante (por ejemplo, Nitrosomonas) y la oxidación de nitrito a nitrato por una bacteria nitrito-oxidante (por ejemplo, Nitrobacter). Ambos procesos son extremadamente poco energéticos y llevan a tasas de crecimiento muy lentas para ambos tipos de organismos. Bioquímicamente, la oxidación del amoníaco ocurre por la oxidación en varios pasos del amoníaco a hidroxilamina (NH2OH) por la enzima amonio monooxigenasa en el citoplasma, seguida por la oxidación de la hidroxilamina a nitrito por la enzima hidroxilaminaoxidoreductasa en el periplasma. El ciclo de electrones y protones es muy complejo pero como beneficio neto solamente un protón se desplaza a través de la membrana por cada molécula de amoníaco oxidada. La reducción del nitrito es mucho más simple: el nitrito es oxidado por la enzima nitrito oxidoreductasa unida al desplazamiento de un protón por una cadena de transporte de electrones muy corta. Esto conduce de nuevo a tasas de crecimiento muy bajas para estos organismos. Se requiere oxígeno tanto para la oxidación del amoníaco como para la del nitrito, lo que implica que las bacterias nitrificantes y oxidadoras de nitrito sean aerobias. Como en la oxidación del azufre y del hierro, el NADH para la fijación del dióxido de carbono en el ciclo de Calvin es generado por un flujo inverso de electrones, poniendo otra carga metabólica a un proceso ya energéticamente pobre. Anammox Anammox denota la oxidación anaerobia del amoníaco, un proceso descubierto recientemente (a finales de los 90). La realizan los miembros de Planctomycetes (por ejemplo, CandidatusBrocadiaanammoxidans) e implica el acoplamiento de la oxidación de amoníaco con la reducción de nitrito. Como no se requiere oxígeno para este proceso, estos organismos son estrictamente anaerobios. 33 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Asombrosamente, durante el metabolismo del anammox se produce hidracina (N2H4), un combustible para cohetes como compuesto intermedio. Para ocuparse de la alta toxicidad de la hidracina, las bacterias del anammox contienen un orgánulo intracelular llamado anammoxasoma rodeado por una membrana lípida escalonada y altamente compacta (e inusual) en la que queda confinada la hidracina. La naturaleza de estos lípidos es única, al igual que el uso de hidracina como intermedio metabólico. Los organismos del Anammox son autótrofos, aunque el mecanismo por el cual realizan la fijación del dióxido de carbono todavía no es conocido. Debido a esta característica, son organismos que se utilizan industrialmente para eliminar el nitrógeno en los procesos del tratamiento de aguas residuales. Estos organismos proliferan extensamente en los sistemas acuáticos anaerobios y se ha especulado que generan aproximadamente el 50% de la producción de gas nitrógeno en algunos ambientes marinos. Fototrofía Muchos microorganismos son capaces de usar la luz como fuente de la energía (fototrofía). De éstos, Cyanobacteria y las algas son particularmente significativas porque son oxigénicas, usando agua como donador de electrones para la transferencia del electrón durante la fotosíntesis. Junto con las plantas, estos microorganismos son responsables de toda la generación biológica de oxígeno sobre la Tierra. En cierto sentido, todos los generadores biológicos de oxígeno descienden de estos microorganismos puesto que los cloroplastos fueron adquiridos por endosimbiosis de un linaje de Cyanobacteria. Así, los principios generales del metabolismo en Cyanobacteria se pueden también aplicar a los cloroplastos. Además de la fotosíntesis oxigénica, muchas bacterias pueden también fotosintetizar de forma producir sulfato. El azufre inorgánico (S0), tiosulfato (S2O32- ) y el hierro ferroso (Fe2+ ) son también usados por algunos organismos. Filogenéticamente, todas las bacterias fotosintéticas oxigénicas descienden de Cyanobacteria, mientras que las bacterias fotosintéticas anoxígenas pertenecen a las bacterias púrpuras (Proteobacteria), a las bacterias verdes del azufre (por ejemplo, Chlorobium), a las bacterias verdes no del azufre (por ejemplo, Chloroflexus) o a Heliobacteria (bacterias Gram positivas de contenido GC bajo). Además de estos organismos, algunos otros (por ejemplo la archaeaHalobacterium o la bacteria Roseobacter, entre otras) pueden utilizar la luz para producir energía usando la enzima bacteriorodopsina. Este tipo de metabolismo no se considera fotosíntesis sino fotofosforilación, puesto que genera energía, pero no fija directamente el carbono. 34 JC “Tara, alternativa de nutrición” anaerobia, típicamente con sulfuro de hidrógeno (H2S) como donador de electrones para INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Como consecuencia de la diversidad de bacterias fotosintéticas, existen numerosos mecanismos por los cuales la luz es convertida en energía para el metabolismo. Todos los organismos fotosintéticos localizan sus centros de reacción fotosintéticos dentro de membranas, que pueden ser invaginaciones de la membrana citoplásmica (bacterias púrpuras), membranas del tilacoide (Cyanobacteria), estructuras en antena especializadas llamadas los clorosomas (las bacterias verdes del azufre y no del azufre) o la membrana citoplásmica en sí misma (heliobacteria). Diversas bacterias fotosintéticas también contienen diversos pigmentos fotosintéticos tales como clorofilas y carotenoides permitiendo que se aprovechen diversas porciones del espectro electromagnético y de este modo habiten diversas zonas. Algunos grupos de organismos contienen estructuras captadoras de luz más especializadas, por ejemplo, ficobilisomas en Cyanobacteria y clorosomas en las bacterias verdes del azufre y no del azufre, aumentando la eficiencia en la utilización de la luz. Bioquímicamente, la fotosíntesis anoxígena es muy diferente de la fotosíntesis oxigénica. Las Cyanobacteria (y por extensión los cloroplastos) usan un esquema Z de flujo de electrones que es utilizado eventualmente para formar NADH. Se utilizan dos centros reactivos distintos (fotosistemas) y la fuerza motiva del protón es generada usando un flujo cíclico de electrones y quinona. En las bacterias fotosintéticas anoxigénicas el flujo de electrones es cíclico, transferiendo los electrones de nuevo, una vez empleados en la fotosíntesis, al único centro de la reacción. Se genera la fuerza motiva protón usando solamente quinona. En Heliobacteria y en las bacterias verdes del azufre y no del azufre se forma NADH usando la proteína ferredoxina, una reacción energéticamente favorable. En las bacterias púrpuras se forma NADH mediante el flujo inverso de electrones debido al potencial químico más bajo de este centro de reacción. En todos los casos, sin embargo, se genera y se utiliza la fuerza motiva de un protón para conducir la producción de ATP vía una ATPasa. La mayoría de los microorganismos fotosintéticos son autótrofos, fijando dióxido de carbono vía el ciclo de Calvin. Algunas bacterias fotosintéticas (por ejemplo, Chloroflexus) son fotoheterótrofos, lo que significa que utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono para el crecimiento. Algunos organismos fotosintéticos también son capaces de fijar nitrógeno. Fijación de nitrógeno El nitrógeno es un elemento requerido para el crecimiento por todos los sistemas biológicos. Aunque es extremadamente común (80% por volumen) en la atmósfera en forma de gas (N2) 35 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 es generalmente inaccesible biológicamente debido a su alta energía de activación. En toda la naturaleza solamente las bacterias especializadas son capaces de la fijación de nitrógeno, convirtiéndolo en amoníaco (NH3) que es asimilado fácilmente por todos los organismos. Éstas bacterias, por lo tanto, son muy importantes ecológicamente y son a menudo esenciales para la supervivencia de ecosistemas enteros. Esto es especialmente cierto en el océano, en donde las cyanobacterias fijadoras de nitrógeno son menudo las únicas fuentes de nitrógeno. También es muy importante en el suelo, existiendo simbiosis especializadas entre legumbres y bacterias fijadores de nitrógeno, imprescindibles para el crecimiento de estas plantas. La fijación de nitrógeno se puede encontrar en casi todos los linajes bacterianos y clases fisiológicas pero no es una característica universal. Puesto que la enzima nitrogenasa, responsable de la fijación de nitrógeno, es muy sensible al oxígeno que la inhibirá irreversiblemente, todos los organismos fijadores de nitrógeno deben tener un cierto mecanismo para mantener la concentración de oxígeno baja. Las posibilidades incluyen:  Heterocistos en los agregados o filamentos celulares de cyanobacteria (por ejemplo Anabaena) en donde una célula no realiza la fotosíntesis sino que solamente fija el nitrógeno para sus socias que a cambio la proveen de energía.  Nódulos en las raíces de las plantas (por ejemplo, Rhizobium), en donde la planta le proporciona oxígeno a la bacteria a través de moléculas de leghemoglobina.   Forma de vida anaerobia (por ejemplo, Clostridiumpasteurianum) Metabolismo muy rápido (por ejemplo, Azotobactervinelandii). La producción y actividad de la nitrogenasa se regula muy en detalle, tanto porque la fijación de nitrógeno es un proceso extremadamente costoso energéticamente (se requieren 16-24 ATPs por N2 fijado) como por la sensibilidad extrema de la nitrogenasa al oxígeno. Fijación de nitrógeno El nitrógeno molecular o dinitrógeno, componente mayoritario de la atmósfera, es inerte y no aprovechable directamente por la mayoría de los seres vivos. Por fijación de nitrógeno se entiende su combinación con oxígeno o hidrógeno para dar óxidos o amonio que pueden incorporarse a la biosfera. Estas reacciones ocurren de forma abiótica en condiciones naturales como consecuencia de las descargas eléctricas o procesos de combustión y el agua de lluvia se encarga de arrastrar al suelo los compuestos formados, o bien se derivan de la síntesis química realizada en la industria de fertilizantes con un alto consumo de energía. La reducción de este elemento a amonio llevada a cabo por bacterias en vida libre o en simbiosis con 36 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 algunas especies vegetales, de la familia de las leguminosas y algunas leñosas no leguminosas, se conoce como fijación biológica de nitrógeno (FBN). El amonio, primer compuesto estable del proceso es asimilado por los fijadores libres o transferido al correspondiente hospedador en el caso de la asociación con plantas. La fijación en general supone la incorporación a la biosfera de una importante cantidad de nitrógeno, que a nivel global puede alcanzar unos 250 millones de toneladas año, de las que 150 corresponden a la fijación biológica. Esta propiedad está restringida sólo a procariotas y se encuentra muy repartida entre los diferentes grupos de bacterias y algunas arqueobacterias. Es un proceso altamente consumidor de energía que ocurre con la mediación de la enzimanitrogenasa según la siguiente ecuación: La nitrogenasa, formada por dos metaloproteínas, ferroproteína y molibdoferroproteína, está bastante bien conservada en todos los microorganismos fijadores. Presenta un rango de actividad extendido frente a otras moléculas que contienen triples enlaces lo que ha dado base a un práctico método de detección y medida de la capacidad fijadora, y a pensar en el posible papel detoxificador de esta enzima en el ambiente primigenio de la tierra. La fijación de nitrógeno presenta un gran interés económico y ecológico. De hecho, y como ejemplo, las altas producciones de soja a nivel mundial están soportadas por este proceso a través de la aplicación de inoculante microbianos de calidad. Se da en todos los habitats y desnitrificación. La implicación en la fijación simbiótica de plantas tan importantes en alimentación humana y animal como las leguminosas, y la posibilidad de extender esta propiedad a otras especies vegetales de interés agronómico, con la consiguiente eliminación de la necesidad de usar fertilizantes nitrogenados, ha hecho de la FBN un tema de intensa investigación a lo largo de los años. Fijación biológica de nitrógeno 37 JC “Tara, alternativa de nutrición” equilibra el ciclo biogeoquímico del nitrógeno al recuperar para la biosfera el que se pierde por INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Representación esquemática del ciclo del nitrógeno La fijación biológica de nitrógeno ocurre (FBN) cuando el nitrógeno atmosférico se convierte en amonio por un par de enzimas bacterianas llamadas nitrogenasa. La fórmula de la FBN ei: Aunque el amoníaco ( a amonio ( ) es el producto directo de esta reacción, es rápidamente ionizada ). En diazótrofos de vida libre, el amonio de la nitrogenasa es asimilada en glutamato a través del ciclo de síntesis glutamina sintetasa/glutamato. En muchas bacterias, las enzimas nitrogenasas son muy susceptibles a la destrucción por oxígeno (muchas bacterias cesan de producir enzimas en presencia de oxígeno). Tensiones bajas de oxígeno son aprovechadas por diferentes bacterias que viven en anaerobiosis, respirando niveles bajos de oxígeno, u obteniendo el oxígeno con una proteína (e.g. leghemoglobina). Fijación simbiótica de nitrógeno por las Leguminosas Las más conocidas son las Fabaceae legumbres (tales como tréboles, porotos, alfalfa, soja, alubia, guisante), que poseen en sus raíces nódulos con bacterias simbióticas del género Rhizobia, produciendo compuestos nitrogenados que ayudan al hospedante a crecer y competir con otras plantas. Cuando la planta muere, el nitrógeno ayuda a fertilizar el suelo.Se cree también que durante la vida de la planta también se enriquece el sustrato. 38 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 CONTAMINACIÓN El agua al caer con la lluvia por enfriamiento de las nubes arrastra impurezas del aire. Al circular por la superficie o a nivel de capas profundas, se le añaden otros contaminantes químicos, físicos o biológicos. Hay pues una contaminación natural, pero al tiempo puede existir otra muy notable de procedencia humana, por actividades agrícolas, ganaderas o industriales, que hace sobrepasar la capacidad de autodepuración de la naturaleza. La contaminación del agua es incorporación al agua de materias extrañas como microorganismos, productos químicos, residuos industriales y de otros tipos, o aguas residuales. Estas materias deterioran la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos. PRINCIPALES CONTAMINANTES Los contaminantes más frecuentes de las aguas son: materias orgánicas y bacterias, hidrocarburos, desperdicios industriales, productos pesticidas y otros utilizados en la agricultura, productos químicos domésticos y desechos radioactivos. Lo más grave es que una parte de los derivados del petróleo son arrojados al mar por los barcos o por las industrias ribereñas y son absorbidos por la fauna y flora marinas que los retransmiten a los consumidores de peces, crustáceos, moluscos, algas, etc. Los principales contaminantes del agua son los siguientes:  Agentes patógenos.- Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran al agua proveniente de desechos orgánicos.  Desechos que requieren oxígeno.- Los desechos orgánicos pueden ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos. Si hay poblaciones grandes de estas bacterias, pueden agotar el oxígeno del agua, matando así las formas de vida acuáticas.  Sustancias químicas inorgánicas.-Acidos, compuestos de metales tóxicos (Mercurio, Plomo), envenenan el agua.  Los nutrientes vegetales pueden ocasionar el crecimiento excesivo de plantas acuáticas que después mueren y se descomponen, agotando el oxígeno del agua y de este modo causan la muerte de las especies marinas (zona muerta). 39 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012  Sustancias químicas orgánicas.- Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que amenazan la vida.  Sedimentos o materia suspendida.- Partículas insolubles de suelo que enturbian el agua, y que son la mayor fuente de contaminación.   Sustancias radiactivas que pueden causar defectos congénitos y cáncer. Calor.- Ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace a los organismos acuáticos muy vulnerables. Contaminantes Líquidos Los contaminantes en forma líquida provienen de las descargas de desechos domésticos, agrícolas e industriales en las vías acuáticas, de terrenos de alimentación de animales, de terrenos de relleno sanitario, de drenajes de minas y de fugas de fosas sépticas. Estos líquidos contienen minerales disueltos, desechos humanos y de animales, compuestos químicos sintéticos y materia coloidal y en suspensión. Contaminantes Sólidos Entre los contamiantes sólidos se encuentran arena, arcillas, tierra, cenizas, materia vegetal agrícola, grasas, brea, papel, hule, plásticos, madera y metales. Contaminantes físicos. Afectan el aspecto del agua y cuando flotan o se sedimentan interfieren con la flora y fauna acuáticas. Son líquidos insolubles o sólidos de origen natural y diversos productos sintéticos que son arrojados al agua como resultado de las actividades del hombre, así como, espumas, residuos oleaginosos y el calor (contaminación térmica). Contaminantes químicos Incluyen compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos o dispersos en el agua. Los contaminantes inorgánicos son diversos productos disueltos o dispersos en el agua que provienen de descargas domésticas, agrícolas e industriales o de la erosión del suelo. Los principales son cloruros, sulfatos, nitratos y carbonatos. También desechos ácidos, alcalinos y gases tóxicos disueltos en el agua como los óxidos de azufre, de nitrógeno, amoníaco, cloro y sulfuro de hidrógeno (ácido sulfhídrico). Gran parte de 40 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 estos contaminantes son liberados directamente a la atmósfera y bajan arrastrados por la lluvia. Esta lluvia ácida, tiene efectos nocivos que pueden observarse tanto en la vegetación como en edificios y monumentos de las ciudades industrializadas. Los contaminantes orgánicos También son compuestos disueltos o dispersos en el agua que provienen de desechos domésticos, agrícolas, industriales y de la erosión del suelo. Son desechos humanos y animales, de rastros o mataderos, de procesamiento de alimentos para humanos y animales, diversos productos químicos industriales de origen natural como aceites, grasas, breas y tinturas, y diversos productos químicos sintéticos como pinturas, herbicidas, insecticidas, etc. Los contaminantes orgánicos consumen el oxígeno disuelto en el agua y afectan a la vida acuática (eutroficación). Las concentraciones anormales de compuestos de nitrógeno en el agua, tales como el amoniaco o los cloruros se utilizan como índice de la presencia de dichas impurezas contaminantes en el agua. Contaminates biológicos Incluyen hongos, bacterias y virus que provocan enfermedades, algas y otras plantas acuáticas. Algunas bacterias son inofensivas y otras participan en la degradación de la materia orgánica contenida en el agua. Ciertas bacterias descomponen sustancias inorgánicas. La eliminación de los virus que se transportan en el agua es un trabajo muy difícil y costoso. OTRAS FORMAS DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA Sedimentos Son partículas de suelo o sólidos de basura que se acumulan en el fondo de depósitos o corrientes de agua. Otras partículas no forman sedimentos: flotan cerca de la superficie enturbiando el agua y obstaculizando la penetración de la luz. Como la fotosíntesis llevada a cabo por algas y otras plantas requiere de esa luz, al no 41 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 producirse, dicha fotosíntesis causa el decaimiento, no sólo de algas y plantas sino de los organismos que se alimentan de ellas. Si los sedimentos acarrean sustancias tóxicas, pueden producir, a través de las cadenas alimentarIas, la muerte de varios de los organismos acuáticos. Aguas a elevadas temperaturas Los procesos industriales producen en numerosos casos aguas a elevadas temperaturas. Cuando éstas llegan a canales, ríos, lagos o mares causan varios efectos químicos, físicos y biológicos. Uno de los más graves es la descomposición del agua, agotando el oxígeno que ésta contiene. El aumento notable de la temperatura del agua afecta, además, los ciclos reproductivos, la digestión y la respiración de los organismos que habitan las aguas y cuando la temperatura es demasiado elevada, los peces mueren. FUENTES CONTAMINANTES Fuentes Puntuales Y No Puntuales  Las fuentes puntuales descargan contaminantes en localizaciones específicas a través de tuberías y alcantarillas. Ej: Fábricas, plantas de tratamiento de aguas negras, minas, pozos petroleros, etc.  Las fuentes no puntuales son grandes áreas de terreno que descargan contaminantes al agua sobre una región extensa. Ej: Vertimiento de sustancias químicas, tierras de cultivo, lotes para pastar ganado, construcciones, tanques sépticos. La principal fuente no puntual de la contaminación del agua en la agricultura. Los agricultores pueden reducir drásticamente el vertimiento de fertilizantes en las aguas superficiales y la infiltración a los acuíferos, no usando cantidades excesivas de fertilizantes. Además deben reducir el uso de plaguicidas. CONTAMINACIÓN DE RÍOS Y LAGOS 42 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Las corrientes fluviales debido a que fluyen se recuperan rápidamente del exceso de calor y los desechos degradables. Esto funciona mientras no haya sobrecarga de los contaminantes, o su flujo no sea reducido por sequía, represado, etc. Contaminación Orgánica.- En los lagos, rebalses, estuarios y mares, con frecuencia la dilución es menos efectiva que en las corrientes porque tienen escasa fluencia, lo cual hace a los lagos más vulnerables a la contaminación por nutrientes vegetales (nitratos y fosfatos) (eutroficación). CONTAMINACIÓN DEL OCÉANO El océano es actualmente el "basurero del mundo", lo cual traerá efectos negativos en el futuro. La mayoría de las áreas costeras del mundo están contaminado debido sobre todo a las descargas de aguas negras, sustancias químicas, basura, desechos radiactivos, petróleo y sedimentos. Los mares más contaminados son los de Bangladesh, India, Pakistán, Indonesia, Malasia, Tailandia y Filipinas. Delfines, leones marinos y tortugas de mar, mueren cuando ingieren o se quedan atrapados por tazas, bolsas, sogas y otras formas de basura plástica arrojadas al mar. Contaminación Con Petróleo Los accidentes del buque-tanque, los escapes en el mar (petróleo que escapa desde un agujero perforado en el fondo marino), y petróleo de desecho arrojado en tierra firme que termina en corrientes fluviales que desembocan en el mar. Efectos De La Contaminación Con Petróleo Depende de varios factores; tipos de petróleo (crudo o refinado), cantidad liberada, distancia del sitio de liberación desde la playa, época del año, temperatura del agua, clima y corrientes oceánicas. El petróleo que llega al mar se evapora o es degradado lentamente por bacterias. Los hidrocarburos orgánicos volátiles del petróleo matan inmediatamente varios animales, especialmente en sus formas larvales. Otras sustancias químicas permanecen en la superficie y forman burbujas flotantes que cubren las plumas de las aves que se zambullen, lo cual destruye el aislamiento térmico natural y hace que se hundan y mueran. 43 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Los componentes pesados del petróleo que se depositan al fondo del mar pueden matar a los animales que habitan en las profundidades como cangrejos, ostras, etc., o los hacen inadecuados para el consumo humano. Control De La Contaminación Marina Con Petróleo Métodos De Prevención:    Usar y desperdiciar menos petróleo. Colectar aceites usados en automóviles y reprocesarlos para el reuso. Prohibir la perforación y transporte de petróleo en áreas ecológicamente sensibles y cerca de ellas.  Aumentar en alto grado la responsabilidad financiera de las compañías petroleras para limpiar los derrames de petróleo.  Requerir que las compañías petroleras pongan a prueba rutinariamente a sus empleados.  Reglamentar estrictamente los procedimientos de seguridad y operación de las refinerías y plantas. INGREDIENTES TÓXICOS EN PRODUCTOS DE USO COTIDIANO QUE CONTAMINAN EL AGUA PRODUCTO Limpiadores domésticos INGREDIENTE Polvos y limpiadores abrasivos Fosfato de sodio, amoníaco, etanol Limpiadores con amonia Blanqueadores Amoníaco, etanol Hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, peróxido de hidrógeno, hipoclorito de sodio o calcio Desinfectantes Destapacaños Etilen y metilen glicol, hipoclorito de sodio Hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, Tóxicos y corrosivos Extremadamente corrosivos y Corrosivos, tóxicos e irritantes Tóxicos y corrosivos EFECTO Corrosivos, tóxicos e irritantes 44 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 hipoclorito de sodio, ácido clorhídrico, tóxicos destilados de petróleo Pulidores muebles Limpiadores y pulidores de metales Limpiadores de hornos Hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, amoníaco Limpiadores de inodoros Ácido oxálico, ácido muriático, para Corrosivos, tóxicos e irritantes Corrosivos y tóxicos de pisos y Amoníaco, dietilenglicol, destilados de petróleo, nitrobenceno, nafta y fenoles Tiourea y ácido sulfúrico Corrosivos y tóxicos Inflamables y tóxicos diclorobenceno e hipoclorito de sodio Limpiadores de alfombras Naftaleno, dietilenglicol Productos en aerosol Pesticidas y repelentes de insectos Adhesivos Anticongelantes Gasolina Aceite para motor Líquido de transmisión Líquido limpiaparabrisas Baterías Líquido para frenos Cera para carrocerías Hidrocarburos Etilenglicol Tetraetilo de plomo Hidrocarburos, metales pesados Hidrocarburos, metales pesados Detergentes, metanol Ácido sulfúrico, plomo Glicoles, éteres Naftas Inflamables e irritantes Tóxico Tóxico e inflamable Tóxico e inflamable Tóxico e inflamable Tóxico Tóxico Inflamables Inflamable e irritante Hidrocarburos. Inflamables Organofosfatos, carbamatos y piretinas Tóxicos e irritantes Tóxicos y venenosos percloroetileno, ácido oxálico y Corrosivos, tóxicos e irritantes EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA Efectos físicos: como mal olor, cambio de color, enturbiamiento, fermentación, cambio de temperatura. Efectos químicos: como la disminución de la concentración necesaria de oxígeno para la vida acuática. Efectos biológicos: como la muerte de plantas y animales, así como la producción de enfermedades en el hombre. 45 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Medidas para evitar la contaminación del agua  Cuidar la vegetación de los páramos y cabeceras de los ríos, evitando la tala de los bosques.     Proteger las fuentes de agua, no arrojando basura o residuos fecales en ellas. Construir letrinas y pozos sépticos. Construir plantas de tratamiento de aguas residuales. Realizar campañas educativas para lograr actitudes positivas hacia la conservación del agua. PRINCIPALES ENFERMEDADES PRODUCIDAS A CAUSA DE LAS AGUAS CONTAMINADAS. Disentería: Es una enfermedad producida por un protozoario llamado amiba o por varios bacilos, produce la inflamación del intestino grueso, en cuya mucosa se localizan los microbios. Se caracteriza por diarreas sanguinolentas (con sangre) y se adquiere cuando se toma agua o alimentos contaminados. Esta enfermedad es muy frecuente en los niños que viven en casas poco higiénicas y por descuido puede ocasionarle la muerte por deshidratación. Para evitar el contagio se recomienda hervir el agua y lavar bien los alimentos. Fiebre Tifoidea: La produce un bacilo denominado Salmonella thyphi, caracterizado por poseer flagelos que le dan gran movilidad. El contagio se produce al comer o beber alimentos y agua contaminadas con las heces de enfermos o portadores (personas que tienen el bacilo pero no presentan síntomas). Los microbios se alojan en el intestino delgado allí alteran las paredes del mismo provocando diarrea, posteriormente pueden invadir la mucosa y pasar a la corriente sanguínea provocando la fiebre característica de la enfermedad. El Cólera: Ésta enfermedad es originaria de la India. Se manifiesta con vómitos diarreas. Se propaga con defecaciones y vómitos de las personas infectadas. Su contagio se evita con la vacuna anticólera. 46 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 CONCLUSIÓN La contaminación del agua es, por lo tanto, la adición de materia extraña perjudicial que deteriora la calidad del agua, tanto para consumo humano y de animales como para la vida marina y el regadío de tierras. A pesar de la concienciación de los países desarrollados en materia de medio ambiente, siguen siendo importantes los niveles de contaminación de las aguas próximas a los asentamientos humanos e industriales y turísticos y siguen llegando a arroyos y ríos, los vertidos de aguas residuales y con productos químicos, tóxicos y microorganismos patógenos, que luego desembocan a pantanos, lagos o a la mar. La contaminación del agua es un problema local, regional y mundial y está relacionado con la contaminación del aire y con el modo en que usamos el recurso de la tierra. DEFINICION DE TERMINOS BASICOS O CONCEPTOS. Biorremediacion. Se define como biorremediación a cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos. Un ejemplo de un tratamiento más generalizado es el de la limpieza de derrames de petróleo por medio de la adición de fertilizantes con nitratos o sulfatos para estimular la reproducción de bacterias nativas o exógenas (introducidas) y de esta forma facilitar la descomposición del petróleo crudo. Biotecnologia. La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos. Probablemente el primero que usó este término fue el ingenierohúngaroKárolyEreki, en 1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria. 47 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos". aguas continentales Las aguas continentales son cuerpos de aguas permanentes que se encuentran sobre o debajo de la superficie de la Tierra, alejados de las zonas costeras (excepto por las desembocaduras de los ríos y otras corrientes de agua). Además, son zonas cuyas propiedades y usos están dominados por los acontecimientos de condiciones de inundación, ya sean estos permanentes, estacionales o intermitentes. Algunas aguas continentales son ríos, lagos, llanuras de inundación, reservas, humedales y sistemas salinos de interior. Fitorremediación. La fitorremediación es la descontaminación de los suelos, la depuración de las aguas residuales o la limpieza del aire interior, usando plantas vasculares, algas (ficorremediación) u hongos (micorremediación), y por extensión ecosistemas que contienen estas plantas. Así pues, se trata de eliminar o controlar las diversas contaminaciones. La degradación de compuestos dañinos se acelera mediante la actividad de algunos microorganismos.1 Biodegradable. Sustancia que puede ser descompuesta con cierta rapidez por organismos vivientes, los más importantes de los cuales son bacterias aerobias. Sustancia que se descompone o desintegra con relativa rapidez en compuestos simples por alguna forma de vida como: bacterias, hongos, gusanos e insectos. Lo contrario corresponde a sustancias no degradables, como plásticos, latas, vidrios que no se descomponen o desintegran, o lo hacen muy lentamente. Los órganoclorados, los metales pesados, algunas sales, los detergentes de cadenas ramificadas y ciertas estructuras plásticas no son biodegradables. Microorganismos Un microorganismo, también llamado microbioes un ser vivo que solo puede visualizarse con el microscopio. La ciencia que estudia los microorganismos es la microbiología. Son organismos dotados de individualidad que presentan, a diferencia de las plantas y los animales, una organización biológica elemental. En su mayoría son unicelulares, aunque en 48 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 algunos casos se trate de organismos cenóticos compuestos por células multinucleadas, o incluso multicelulares. El concepto de microorganismo carece de cualquier implicación taxonómica o filogenética dado que engloba organismos unicelulares no relacionados entre sí, tanto procariotas como las bacterias, como eucariotas como los protozoos, una parte de las algas y los hongos, e incluso entidades biológicas de tamaño ultramicroscópico, como los virus. Los microbios tienen múltiples formas y tamaños. Si un virus tuviera el tamaño de una pelota de tenis, una bacteria sería del tamaño de media cancha de tenis y una célula eucariota sería como un estadio entero de fútbol. Muchos microorganismos son patógenos y causan enfermedades a personas, animales y plantas, algunas de las cuales han sido un azote para la humanidad desde tiempos inmemoriales. No obstante, la inmensa mayoría de los microbios no son en absoluto perjudiciales y bastantes juegan un papel clave en la biosfera al descomponer la materia orgánica, mineralizarla y hacerla de nuevo asequible a los productores, cerrando el ciclo de la materia. Metales pesados. Un metal pesado es un miembro de un grupo de elementos no muy bien definido que exhibe propiedades metálicas. Se incluyen principalmente metales de transición, algunos semimetales, lantánidos, y actínidos. Muchas definiciones diferentes han propuesto basarse en la densidad, otras en el número atómico o peso atómico, y algunas en sus propiedades químicas o de toxicidad. El término metal pesado es considerado como una "mala denominación" en un informe técnico de la IUPAC debido a su definición contradictoria y su falta de "bases de coherencia científica". Existe un término alternativo metal tóxico, para el cual tampoco existe consenso de su exacta definición. Como se discute luego, depende del excluir algunos de los metales más pesados. Los metales pesados se encuentran libres y de forma natural en algunos ecosistemas y pueden variar en su concentración. Sin embargo hay una serie de elementos que en alguna de sus formas pueden representar un serio problema medioambiental y es común referirse a ellos con el término genérico de "metales pesados". En la actualidad, existen fuentes antropogénicas de metales pesados, por ejemplo la contaminación, los ha introducido a los ecosistemas. O combustibles derivados de la basura (no orgánica) generalmente aportan estos metales, así que se debe considerar los metales pesados cuando se utilizan los residuos como combustible. Los metales pesados tóxicos más conocidos son el mercurio, el plomo, el cadmio y el arsénico, en raras ocasiones, algún no metal como el selenio. A veces también se habla de 49 JC “Tara, alternativa de nutrición” contexto, los metales pesados pueden incluir elementos livianos como el Carbono y pueden INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 contaminación por metales pesados incluyendo otros elementos tóxicos más ligeros, como el berilio o el aluminio. Organoclorados. Un compuesto organoclorado, hidrocarburo clorado, clorocarbono o compuesto orgánico clorado es un compuesto químicoorgánico, es decir, compuesto por unesqueleto de átomos de carbono, en el cual, algunos de los átomos de hidrógeno unidos al carbono, han sido reemplazados por átomos de cloro, unidos por enlaces covalentes al carbono. Su amplia variedad estructural y las propiedades químicas divergentes conducen a una amplia gama de aplicaciones. Muchos derivados clorados son controvertidos debido a los efectos de estos compuestos en el medio ambiente y la salud humana y animal, siendo en general dañinos para los seres vivos,2 pudiendo llegar a ser cancerigenos. Muchos de ellos se emplean por su acción insecticida o pesticida;3 otros son subproductos de la industria. Algunos ejemplos de organoclorados son: triclorometano CHCl3, tetracloruro de carbono CCl4, DDT o sucralosa. organofosforados Los organofosforados son un grupo de químicos usados como plaguicidas artificiales aplicados para controlar las poblaciones plagas de insectos. La segunda guerra mundial trajo aparejada una gran revolución de la industria química. En dicho marco aparecieron los organofosforados como desarrollo exclusivamente militar (gases neurotóxicos) y luego de la guerra, con un amplio uso agrícola. Así aparecieron en los 50's el paratión y el malatión, organofosforados que se consolidaron como insecticidas principalmente agrícolas y su uso se incrementó enormemente con la prohibición del uso de los organoclorados. Bioseguridad Es la calidad de que la vida sea libre de daño, riesgo o peligro. Conjunto de medidas y normas preventivas, destinadas a mantener el control de factores de riesgo laborales procedentes de agentes biológicos, físicos o químicos, logrando la prevención de impactos nocivos frente a riesgos propios de su actividad diaria, asegurando que el desarrollo o producto final de dichos procedimientos no atenten contra la seguridad de los trabajadores de la salud, animales, visitantes y el medio ambiente. La garantía de bioseguridad pretende asegurar que el mantenimiento ecológico de tanto plantas como animales es preservado. Esto engloba hábitats naturales, paisajes, actividades empresariales (en especial la agricultura) y asuntos del estilo de peligros como 50 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 la guerra bacteriológica o epidemias. Suele conocerse simplemente por el término bioseguridad. Las garantías políticas sobre la salud de personas y animales suelen ser objeto de controversia. Dichas garantías pueden formar parte de casi cualquier medio para la organización de la supervivencia, incluyendo tanto sistemas políticos como económicos, doctrinas militares y pólizas de seguro. Los últimos retos se centran en la proliferación de amenazas biológicas, la dificultad de controlar la contaminzación (en especial si es llevada a cabo por procesos naturales internos de una ecorregión), y numerosas barreras políticas. Bioprocesamiento Un bioproceso es cualquier proceso que usa células vivas completas o sus componentes (por ejemplo enzimas, cloroplastos, etc.) para obtener los cambios físicos o químicos deseados. El transporte de materia y energía es fundamental para muchos procesos biológicos y ambientales. Las distintas áreas, desde la fabricación de alimentos al diseño térmico de edificios y desde dispositivos médicos hasta el control de la contaminación y el calentamiento global, requieren de conocimientos sobre cómo la materia y la energía pueden transportarse a través de los materiales. Capitulo 51 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 3 HIPÓTESIS Mediante la aplicación de los organismos vivos descontaminantes en las aguas continentales que asimilan los compuestos tóxicos y los aprovechan en su alimentación 52 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 podremos eliminar los contaminantes que afectan a la biodiversidad de los ecosistemas acuáticos. Así concluir que la aplicación de la biorremediación es beneficioso para la supervivencia de los seres vivos que están presentes en las aguas continentales y evitar en gran cantidad la contaminación ambiental en el cual estamos inmersos. Por otra parte la aplicación de la biorremediación es una alternativa a los métodos tradicionales de limpieza de residuos peligrosos existentes en las aguas continentales. VARIABLES Variable dependiente La biorremediación de aguas continentales. Variable independiente Beneficios de los seres vivos. RECURSOS, MATERIALES Y MÉTODOS MATERIALES: Los materiales utilizados son: Material Bibliográfico: Libros. Separatas. 53 Archivos especializados. Documentos existentes. JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXII FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2012 Tesis. Revistas, otros. Material de Trabajo: Papel. Fichas. Cuadernos. Lapiceros. Fólder. Dispositivos de almacenamiento. Material de Impresión: Computadora. Impresora. Cartuchos para impresión. Fotostáticas. Anillados Empastados. Recursos Institucionales: Bibliotecas de la institución. Laboratorio de ciencias. Recursos informáticos. Cámara fotográfica. Materiales: Madera Esponjas Tecnopor Plástico Martillo Clavos Pintura Pinceles Periódicos. Papel higiénico. Cuchillas Tijeras Agua METODOS: Para cada sub-producto hemos tomado diversos métodos como son el método por descubrimiento, de campo, científico, por representación, etc. El equipo realizo las siguientes etapas para concretizar el presente proyecto: Automotivarsepara la participación de los estudiantes en la investigación científica 54 JC “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 Definir el nombre del proyecto a partir de las propuestas del grupo de trabajo. Investigación bibliográfica a través de libros, revistas, internet y especialistas en el campo como por ejemplo información de la INIA – DONOSO. Trabajo de campo al puerto pesquero de Chancay, el rio Chancay, los humedales de Santa Rosa y otros lugares que poseen aguas continentales. Elaboración del informe teórico del proyecto. Análisis de datos. Revisión y sugerencias del asesor. 55 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 Capitulo 4 DISCUSIÓN 56 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 Los resultados obtenidos en el proyecto, muestran que para la realización de nuestro proyecto encontramos diversos antecedentes, que si bien es cierto no concretamente con nuestro tema de exploración pero nos importancia de estos seres vivos en ayudaron a determinar la Gran la descontaminación de las aguas continentales,los cuales en nuestro grupo de trabajo hubieron muchas discrepancias como el punto de focalización de la biorremediación, la presencia de microorganismos que fijan determinados compuestos como el plomo, mercurio, nitrógeno, fosforo entre otros, así mismo las variedades de plantas y otros organismos como los nematodos, motivo por la cual nos remontamos a la búsqueda de información y la utilización de nuestros antecedentes. Así podemos indicar que un campo de la biorremediación es la fitorremediación y desarrollado en un trabajo Clave experimental 1501 titulado en INSTITUTO “LIRIO JUÁREZ de UN MéxicoPreparatoria ACUÁTICO, PURIFICADORNATURAL” el cual obtuvo como resultado que la experimentación la soluciónañadida de cloruro de plomo poseía un aspecto lechoso conforme pasaban los días se notó que el agua era menos turbia. En cuanto a la solución de cloruro de fierro se fue disminuyendo la intensidad del color. Por las características del lirio se demostró que la raíz tiene la capacidad de absorción de metales, los cuales también fueron ascendiendo al tallo aunque se encontró mayor concentración en las raíces. Comprobamos que el lirio si actúa absorbiendo estos metales pesados, los cuales quedan almacenados en tallo y raíz evitando que la planta pueda absorber más agua, por lo que se seca. Con este estudio se sugiere que el uso del lirio acuático es una alternativa clara en el manejo de la fitorremediación. Mediante este trabajo nosotros indicamos que no solo la fitorremediación es de suma importancia sino que además indicamos del uso de otros organismos vivos que ayuden en la biorremediación de aguas continentales. 57 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 RESULTADOS En la realización de nuestro proyecto nos hemos basado en el campo experimental de los antecedentes desarrollados en investigaciones de biorremediación, el cual tenemos como referente para la aplicación de tecnologías y con un asesoramiento adecuado, el motivo de nuestro proyecto es un prototipo para desarrollarle en un proyecto grande en el cual intervengan instituciones que se involucran directamente. La cual nosotros tenemos como convicción de seguir adelante en la realización de nuestro proyecto para ir en contra de la contaminación de las aguas continentales y preservar nuestra biodiversidad. Esto lo podremos desarrollar con el conocimiento del proceso metabólico que desarrollan estos organismos fijadores de compuestos productores de la contaminación de las aguas continentales. CONCLUSIÓN Mediante la aplicación de este proyecto pudimos llegar a dar a conocer la importancia ecológica de la biorremediación la cual presentamos como alternativa a los métodos tradicionales de limpieza de residuos peligrosos existentes en las aguas continentales. Los cuales podemos dar uso del agua residual tratada para estimular los procesos de biodegradación de contaminantes en suelos. Así mismo que la población pueda estar informada de cuan importante son los microorganismos (bacterias) y el papel que juegan en el proceso de biorremediación.También que tengan una informaciónconcretaacerca de las ventajas y desventajas de la biorremediación. Teniendo en cuenta la asimilación de los diversos tipos de contaminantes que involucran el uso de la biorremediación. HOJA DE COSTO 58 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 Materiales Trabajo monográfico Fotografias Valor Unitario S/ 60.00 S/ 0.50 Medida o Cantidad 1 20 Costo S/ 80.00 S/ 10.00 Madera Esponja Tecnopor Pincel Pintura Tijeras Cuchillas Pintura Clavos Brocha Thinner Materiales de cartuchera S./ 5.00 S./0.50 S./10.00 S./0.50 S./2.80 S./3.00 S./0.50 S./5.00 S./0.30 S./5.00 S./2.00 9 10 2 5 5 3 4 3 20 1 1 S./45.00 S./5.00 S./20.00 S./2.50 S./14.00 S./9.00 S./2.00 S./15.00 S./6.00 S./5.00 S./2.00 -- -- S./20.00 COSTO TOTAL: S./ 285.50 59 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 AGRADECIMIENTO A nuestros padres por su incondicional apoyo que nos permiten y apoyan en nuestros estudios y proyectos estudio; a nuestros docentes por la enseñanza que nos han impartido en el transcurso de estos años, especialmente a nuestro asesor que nos ha asistido en todo momento. Y a todas aquellas personas que han permitido la realización de este proyecto de ciencias el cual lleva por título “Biorremediación de aguas continentales en beneficio de los seres vivos” Pero un trabajo de investigación es también fruto del reconocimiento y del apoyo vital que nos ofrecen las personas que nos estiman, sin el cual no tendríamos la fuerza y energía que nos anima a crecer como personas y esforzarnos a ser mejor. Los Autores 60 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 BIBLIOGRAFÍA MATERIAL BIBLIOGRÁFICO DE CONSULTA Deffis Caso, A. La basura es la solución. 200 pag.Ed. Árbol.D.F., México(1994 (Cuarta reimp.2000)) Glynn, Henry. Ingeniería Ambiental. Ed. Trillas. (Segunda edición). México. (1999) Lesur, L.Manual del manejo de la basura: una guía paso a paso.Ed. Trillas.(1998 (Reimp. 2001)). Coripo, F. A. Diccionario práctico de sinónimos y antónimos. Dinamarca: Larousse.(1988). Gabaldón, A.J. Política ambiental y sociedad. Monte Ávila editores.Caracas.(1984). García-Pelayo, R. Diccionario práctico del español moderno. Larousse.París.(1983). Lund, H. F. Manual McGraw-Hill de Reciclaje. Madrid: McGraw-Hill. MATERIAL VIRTUAL DE CONSULTA http://www.altillo.com/monografias/index.aspTrabajo sobre el reciclaje de R.S.U. Caletti, B. (s.f.). www.altillo.com Consulta: 2000, noviembre 5. TESIS 61 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 “Biorremediación de un efluente contaminado con HTP‟S en un reactor Bach Heterogéneo, empleando partículas biocatalizadoras”. presentada para obtener grado de magister en ciencias en ingeniería química en el Instituto Tecnológico de Durango – Mexico. I.Q. Jaime Gómez Díaz; Dr. Joaquin Pinto Espinoza. Biorremediación estimulada por efluentes cloacales tratados de suelos contaminados con hidrocarburos. Autor: Leandro Pellini. Directora de Tesis: Lic. María Eugenia Parolo. Co - Directora de Tesis: Bioq. Irene E. Zajonskovsky. Tutor: Ing. Juan D. Vasallo. PROYECTOS - FOROS “Biorremediación de suelos desde el concepto a su aplicación” Foro internacional de “Supervisión y fiscalización ambiental en el sector hidrocarburos” Lugar de Trabajo: Laboratorios de la Escuela Superior de Salud y Ambiente – Departamento de Química de la Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional del Comahue.2006 Eduardo EroolDr en química – Lima 2008 Osinergmin “LIRIO ACUÁTICO, UN PURIFICADOR NATURAL” XVII Concurso Universitario Feria de Ciencias. Instituto Juárez – Mexico ALUMNOS: Martínez Hernández Guadalupe Yumiko; Mejía Ponce Fátima Susana ASESORES: Q.F.B. Mónica Jaramillo Avendaño; Biol. Gabriela Ramírez Gamiño 62 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 ANEXOS Depuración de los vertidos Idea general La mayoría de los vertidos de aguas residuales que se hacen en el mundo no son tratados. Simplemente se descargan en el río, mar o lago más cercano y se deja que los sistemas naturales, con mayor o menor eficacia y riesgo, degraden los desechos de forma natural. En los países desarrollados una proporción, cada vez mayor, de los vertidos es tratada antes de que lleguen a los ríos o mares en EDAR (estaciones depuradoras de aguas residuales). El objetivo de estos tratamientos es, en general, reducir la carga de contaminantes del vertido y convertirlo en inocuo para el medio ambiente. Para cumplir estos fines se usan distintos tipos de tratamiento dependiendo de los contaminantes que arrastre el agua y de otros factores más generales, como localización de la planta depuradora, clima, ecosistemas afectados, etc. Tipos de tratamiento. Hay distintos tipos de tratamiento de las aguas residuales para lograr retirar contaminantes. Se pueden usar desde sencillos procesos físicos como la sedimentación, en la que se deja que los contaminantes se depositen en el fondo por gravedad, hasta complicados procesos químicos, biológicos o térmicos. Entre ellos, los más usuales son: a) Físicos        Sedimentación. Flotación.- Natural o provocada con aire. Filtración.- Con arena, carbón, cerámicas, etc. Evaporación. Adsorción.- Con carbón activo, zeolitas, etc. Desorción (Stripping). Se transfiere el contaminante al aire (ej. amoniaco). Extracción.- Con líquido disolvente que no se mezcla con el agua. b) Químicos 63 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011  Coagulación-floculación.- Agregación de pequeñas partículas usando coagulantes y floculantes (sales de hierro, aluminio, polielectrolitos, etc.)  Precipitación química.- Eliminación de metales pesados haciéndolos insolubles con la adición de lechada de cal, hidróxido sódico u otros que suben el pH.  Oxidación-reducción.- Con oxidantes como el peróxido de hidrógeno, ozono, cloro, permanganatos potásicos o reductores como el sulfito sódico.  Reducción electrolítica.- Provocando la deposición en el electrodo del contaminante. Se usa para recuperar elementos valiosos.  Intercambio iónico.- Con resinas que intercambian iones. Se usa para quitar dureza al agua.  Osmosis inversa.- Haciendo pasar al agua a través de membranas semipermeables que retienen los contaminantes disueltos. c) Biológicos. Usan microorganismos que se nutren con diversos compuestos de los que contaminan las aguas. Los flóculos que se forman por agregación de microorganismos son separados en forma de lodos.  Lodos activos.- Se añade agua con microorganismos a las aguas residuales en condiciones aerobias (burbujeo de aire o agitación de las aguas).  Filtros bacterianos.- Los microorganismos están fijos en un soporte sobre el que fluyen las aguas a depurar. Se introduce oxígeno suficiente para asegurar que el proceso es aerobio.  Biodiscos.- Intermedio entre los dos anteriores. Grandes discos dentro de una mezcla de agua residual con microorganismos facilitan la fijación y el trabajo de los microorganismos.   Lagunas aireadas.- Se realiza el proceso biológico en lagunas de grandes extensiones. su metabolismo. Niveles de tratamiento Las aguas residuales se pueden someter a diferentes niveles de tratamiento, dependiendo del grado de purificación que se quiera. Es tradicional hablar de tratamiento primario, secundario, etc, aunque muchas veces la separación entre ellos no es totalmente clara. Así se pueden distinguir: a) Pretratamiento.-Es un proceso en el que usando rejillas y cribas se separan restos 64 “Tara, alternativa de nutrición” Degradación anaerobia.- Procesos con microorganismos que no necesitan oxígeno para INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 voluminosos como palos, telas, plásticos, etc. b) Tratamiento primario.- Hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisico-químicos. En algunos casos dejando, simplemente, las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques, sustancias químicas quelantes que hacen más rápida y eficaz la sedimentación. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación de contaminantes volátiles como el amoniaco (desorción). Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción (stripping). c) Tratamiento secundario.- Elimina las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos biológicos y químicos. El proceso secundario más habitual es un proceso biológico en el que se facilita que bacterias aerobias* digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de lodos activos (microorganismos). Estos tanques tienen sistemas de burbujeo o agitación que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de los microorganismos. Posteriormente se conduce este líquido a tanques cilíndricos, con sección en forma de tronco de cono, en los que se realiza la decantación de los lodos. Separados los lodos, el agua que sale contiene muchas menos impurezas. d) Tratamientos más avanzados.- Consisten en procesos físicos y químicos especiales con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc. Es un tipo de tratamiento más caro que los anteriores y se usa en casos más especiales: para purificar desechos de algunas industrias, necesitan purificarla para volverla a usar como potable, en las zonas declaradas sensibles (con peligro de eutrofización) en las que los vertidos deben ser bajos en nitrógeno y fósforo, etc. 65 “Tara, alternativa de nutrición” especialmente en los países más desarrollados, o en las zonas con escasez de agua que INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 Tratamiento primario y tratamiento secundario en una EDAR Líneas de tratamiento en las EDAR En el funcionamiento de una EDAR (estación depuradora de agua) se suelen distinguir dos grandes líneas: a) Línea de agua.- Es el conjunto de los procesos (primarios, secundarios, etc.) que depuran el agua propiamente dicha. Comenzaría con el agua que entra a la depuradora y terminaría en el agua vertida al río o al mar. 66 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 b) Línea de fangos.- Está formada por el conjunto de procesos a los que se somete a los fangos (lodos) que se han producido en la línea de agua. Estos lodos son degradados en un digestor anaeróbico* (o en otra forma similar), para ser después incinerados, usados como abono, o depositados en un vertedero. En una planta depuradora también se generan, además de los lodos, otros residuos (arenas, grasas, objetos diversos separados en el pretratamiento y en el tratamiento primario) que deben ser eliminados adecuadamente. Se suelen llevar a vertederos o similares. Tratamientos especiales: eliminación de N y P En los casos en los que las aguas que salen de la EDAR se vierten a ecosistemas en peligro de eutrofización es importante eliminar los nutrientes (P y N) que estas aguas pueden llevar, para no aumentar la intensidad de ese proceso. Para eliminar fósforo se suelen pasar las aguas por un reactor "anaerobio" que facilita una mayor asimilación de ese elemento por las bacterias. Así se llega a eliminar el 60 - 70% del fósforo. Si esto no es suficiente se complementa con una precipitación química forzada por la adición de sulfato de alúmina o cloruro férrico. La eliminación de nitrógeno se hace en varias fases. En primer lugar, durante el tratamiento biológico habitual, la mayor parte de los compuestos orgánicos de nitrógeno se convierten en amoniaco (amonificación). A continuación hay que conseguir que el amoniaco se convierta a nitratos (nitrificación) por la acción de bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter) que son aerobias. Este proceso de nitrificación necesita de reactores de mucho mayor volumen (unas cinco o seis veces mayor) que los necesarios para eliminar carbono orgánico. Las temperaturas bajas también dificultan el proceso (a 12ºC el volumen debe ser el doble que a 18ºC). A esto se usan bacterias en condiciones anaerobias que hacen reaccionar el nitrato con parte del carbono que contiene el agua que está siendo tratada. Como resultado de la reacción se forma CO2 y N2 que se desprenden a la atmósfera. Para llevar a cabo estos procesos hacen falta complican y encarecen todo el proceso de depuración. Otros sistemas de depuración reactores de gran volumen, aireación de gandes masas de agua y recirculación de fangos que Para lograr una depuaración suficiente de las aguas residuales de pequeñas comunidades no es necesario acudir a la instalación de EDAR capaces de realizar complejos tratamientos. Otros 67 “Tara, alternativa de nutrición” continuación se procura la eliminación de los nitratos en el proceso llamado desnitrificación. Para INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 métodos pueden ser suficientemente eficaces y mucho más rentables. Así:   Fosa séptica.- Cámaras cerradas en la que los contaminantes sedimentan y fermentan. Lecho bacteriano (depósito lleno de árido), zanjas o pozos filtrantes o filtros de arena.Todos ellos facilitan la formación de películas de bacterias sobre los cantos o partículas filtrantes que realizan la descontaminación.  Lagunaje: o o anaerobio: elimina hasta el 50% el DBO aerobio: con posible proceso anaerobio después   Filtro verde: plantación forestal en la que se riega con aguas residuales. Contactores biológicos rotativos.- Sistemas mecánicos que facilitan la actuación de las bacterias descontaminantes. Depuración de aguas en España En España hay, aproximadamente, unos 300 000 vertidos, de los que 240 000 se efectúan a través de redes urbanas saneamiento. proporción de La de vertidos tratados ha mucho en los últimos años hasta llegar a ser de alrededor del 55% de la población a mediados de los años 1990. Menor es la proporción que se trata de la manera indicada por la legislación comunitaria, aunque está previsto un plan que mejora está situación notablemente para el año 2005. 68 “Tara, alternativa de nutrición” ido mejorando INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 69 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 70 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 71 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 RECOLECCION DE DATOS DEL PROYECTO. 72 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 73 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 74 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 75 “Tara, alternativa de nutrición” INSTITUCION EDUCATIVA PRIVADA “JOHN F. KENNEDY” U.G.E.L. Nº 10 – HUARAL XXI FERIA ESCOLAR NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FENCYT – 2011 76 “Tara, alternativa de nutrición”