Eutrofització

Estudi dels compostos nitrogenats procedents de descàrregues orgàniques en un medi aquàtic   

 

1. Plantejament del problema

 

Donada una descàrrega de matèria   orgànica a un medi aquàtic, tal com un llac, estudiarem quina influència i quines reaccions presenten els compostos nitrogenats.

La composició de l´aigua i les reaccions químiques que tenen lloc a les masses d´aigua es troben  influenciades per l´ambient i les interaccions entre diferents masses d´aigua i amb éssers vius. Per exemple, les aigües superficials  en troben en continu moviment al llarg del cicle hidrològic, ja que la probabilitat d´evaporar-se és molt major que l´aigua més profunda; a més, es troben molt més oxigenades, degut al moviment   que ocasiona el vent. En canvi, els sediments es troben en atmosfera pobre en oxigen o totalment anaeròbia.

La quietud de les masses d´aigua típica de llacs i pantans produeix una estratificació de la temperatura verticalment  i, per tant, també una variació en la composició. Hem d´entendre que la temperatura influeix en la solubilitat de compostos orgànics i inorgànics, i en la població de microorganismes: si el llac o pantà és ric en nutrients (eutròfics), la població de microorganismes serà major que en zones pobres en nutrients (oligotròfics);  i respecte a la temperatura, la seva variació vertical no acostuma a ser tan gran com per contenir microorganismes termòfils, mesòfils i psicròfils. No obstant, sí que es forma una separació de dues masses de aigua degut a dos diferents temperatures (quina separació   s´anomena TERMOCLINA) que produeix un moviment laminar d´una capa sobre l´altra, i dificulta la mescla entre elles; la conseqüència és una separació en dues parts de diferent composició química i diferent població microbiològica: la capa superior serà oxigenada i la inferior microaerofílica o anaeròbia.

Si la profunditat del llac o pantà és elevada, hem de considerar també la influència de la llum: aquesta serà abundant a la superfície, i deficitària o nul.la al fons, on es troben els sediments. Per tant, aquest factor també influenciarà la població de microorganismes, en funció si són autòtrofs   o heteròtrofs.

Degut al gran nombre de factors que s´han de tenir en compte per l´estudi d´aquest problema, plantejo un model simplista: l´estudi dels compostos nitrogenats quan la diversitat microbiològica  es divideix en la corresponent a ambients rics en oxigen (aigües superficials)   i a ambients anaerobis (al llit d´un riu de gran cabal, al fons d´un llac o pantà, etc.).

 

2. L´eutrofització

 

Fenomen que estimula el creixement de plantes i microorganismes als medis aquàtics, com a conseqüència d'una sobrecàrrega de material orgànic. Atès que el nitrogen i el fòsfor limiten el creixement bacterià als hàbitats d´aigua dolça,  l´addició de compostos que continguin aquests elements provoquen efectes especialment importants als sistemes aquàtics.

De manera molt general, l´eutrificació consisteix en un creixement massiu de microorganismes en situacions d'excés de nutrients; aquest fenomen és incontrolat, i provoca l´esgotament d´oxigen al medi aquàtic, ja que l´oxigenació conseqüent al moviment de masses d´aigua superficials és insuficient. Un dels principals efectes colaterals és que els organismes aquàtics no poden respirar i moren, aportant més matèria en descomposició al medi i, per tant, nutrients pels microorganismes.

 

3. Estudi aeròbic

 

3.1. Degradació   d´aminoàcids i proteïnes.

Molts bacteris aerobis i anaerobis facultatius poden oxidar proteïnes i aminoàcids en condicions aeròbiques, i emprar-los com a única font de carboni, nitrogen i energia. El producte  final acostuma a ser amoníac. Els enzims que intervenen en aquestes rutes són els aminoàcid oxidases, que són flavoproteïnes implicades en la primera etapa d´oxidació de molts aminoàcids.

 

3.2. El nitrat

En plantes i alguns bacteris, es produeix la reducció assimiladora de nitrat, que es transforma en amoníac, el qual s´incorpora al material cel.lular. La desnitrificació es duu a terme en alguns bacteris aeròbics obligats, sense ser necessària la presència de l´oxigen

El producte de reducció són els òxids de nitrogen NO i N2O, els quals poden ser reduits a nitrogen molecular, en la majoria dels bacteris desnitrificants. Aquest procés és característic en enterobacteriacis, Bacillus i Clostridium

Existeixen dos casos en els quals el nitrat substitueix a l´oxigen, permetent el desenvolupament autotròfic pel cicle de Calvin:

a) Paracoccus denitrificans

b) Thiobacillus denitrificans

 

4. Estudi anaeròbic

 

4.1. Degradació  d´aminoàcids i proteïnes

Els bacteris Clostridis putrefactius  presenten la capacitat de degradar anaeròbicament proteïnes, pèptids, polipèptids i aminoàcids, mitjançant rutes catabòliques. Els bacteris putrefactius són alcalòfils, i tendeixen a basificar el medi de cultiu, degut a l´alliberament d´amoníac o de bases orgàniques.

Atès que les proteïnes són massa grans per penetrar al bacteri, s´alliberen enzims que hidrolitzen fins obtenir aminoàcids o pèptids de baixa massa molecular. Existeixen dos tipus d´enzims proteolítics:

a) Endopeptidases: trenquen la cadena proteica per diferents punts a l´atzar.

b) Exopeptidases: degut a què trenquen la cadena polipeptídica pels extrems, es classifiquen en dos subgrups: les aminopeptidases, que hidrolitzen el grup amino terminal, i les carboxipeptidases, que trenquen el grup carboxil terminal.

La proteolisi proporciona aminoàcids,   que s´empren com a font d´energia o com a subunitats per la biosíntesi.

A continuació es llisten alguns bacteris putrefactius: Clostridium  botulinum, Clostridium perfringens, Clostridium sporogenes, Clostridium  tetani, Clostridium tetanomorphum, Fusobacterium, StreptococcusMicrococcus, Proteus

En anaerobis facultatius, la reacció de degradació d´aminoàcids s´anomena DESAMINACIO REDUCTORA.   Els productes finals de la fermentació d´aminoàcids són: diòxid de carboni, àcids orgànics, hidrogen i amoníac.

 

4.2. El nitrat

Els bacteris anaeròbis facultatius no tenen nitrit reductasa i, en conseqüència, difereixen dels processos aeròbics en què no es forma NO, N2O ni nitrogen molecular. No obstant, el nitrit es pot reduir a amoníac, portant a tres possibles processos:

-Assimilació de nitrogen

-Eliminació d´hidrogen per reoxidar NADH

-Generació de potencial de membrana en condicions anaeròbiques.

 

 

 

Bibliografia

Ramon Parés - Antonio Juárez   "Bioquímica de los Microorganismos"   Ed. Reverté

http://www.elprisma.com