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Biodegradacion de Cianuro

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Information about Biodegradacion de Cianuro

Published on May 2, 2008

Author: bioperujjgr

Source: slideshare.net

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CIANURO: Toxicidad y Degradación Biológica Blgo. José J. Guerrero Rojas esojgue@hotmail.com / [email_address] Tlf: (51-1) 9994 018 4 / 484 2284 http://www.ilustrados.com/documentos/cianurotoxdestrucbiologica.pdf

Qué es el Cianuro? Cianuro es un compuesto que contiene el radical CN – Entre sus formas más conocidas : HCN, CNNa, CNK. Se presenta como cianuro libre, cianuro WAD (Disociable en Ácido Débil), y en complejos de ferrocianuro y como thiocianato y cianato.

Cianuro es un compuesto que contiene el radical CN –

Entre sus formas más conocidas : HCN, CNNa, CNK.

Se presenta como cianuro libre, cianuro WAD (Disociable en Ácido Débil), y en complejos de ferrocianuro y como thiocianato y cianato.

Donde encontramos Cianuro? El cianuro es usado en producción de compuestos orgánicos sintéticos (venenos), pinturas, cosméticos, adhesivos, colorantes, productos farmacéuticos, retardantes de fuego, etc. En la naturaleza, el cianuro es formado, excretado y degradado por miles de animales, plantas, insectos, hongos y bacterias. Los niveles de cianuro potencialmente liberado por la digestión o inadecuada preparación de plantas cianogénicas pueden llegar a concentraciones de cientos de partes por millón. La ingesta de estos vegetales puede originar la muerte en animales y el envenenamiento del ser humano. En la naturaleza se encuentran presentes bajas concentraciones de cianuro, por ejemplo, en muchos insectos y plantas, entre las que se incluyen una amplia variedad de especies vegetales. El cianuro se encuentra en almendras, albaricoques, bambúes, frijoles germinados, cerezas, aceitunas, papas, sorgo, soya, y nueces, a las que brinda protección contra los depredadores.

El cianuro es usado en producción de compuestos orgánicos sintéticos (venenos), pinturas, cosméticos, adhesivos, colorantes, productos farmacéuticos, retardantes de fuego, etc.

En la naturaleza, el cianuro es formado, excretado y degradado por miles de animales, plantas, insectos, hongos y bacterias.

Los niveles de cianuro potencialmente liberado por la digestión o inadecuada preparación de plantas cianogénicas pueden llegar a concentraciones de cientos de partes por millón. La ingesta de estos vegetales puede originar la muerte en animales y el envenenamiento del ser humano.

En la naturaleza se encuentran presentes bajas concentraciones de cianuro, por ejemplo, en muchos insectos y plantas, entre las que se incluyen una amplia variedad de especies vegetales.

El cianuro se encuentra en almendras, albaricoques, bambúes, frijoles germinados, cerezas, aceitunas, papas, sorgo, soya, y nueces, a las que brinda protección contra los depredadores.

Ref.: Samantha Meehan; 2000. “The fate of cyanide in groundwater at gasworks in south easthern Australia” . Ph. D Thesis, chapter 3 Some common chemicals based on cyanide used in pharmaceuticals (Williams, 1948). Chemical Name Chemical Equation Cocaine CuCN.9(C 17 H 19 O 3 N.HCN).7HCN Novocaine CuCN.9(C 17 H 20 O 2 N 2 .HCN).HCN Codeine CuCN.4(C 18 H 21 O 3 N.HCN).3HCN Nicotine CuCN.2(C 10 H 14 N 2 .HCN).1.5HCN Morphine CuCN.9(C 17 H 19 O 3 N.HCN).7HCN Caffeine 4CuCN.(C 8 H 10 O 2 N 4 .HCN)

Máx. 2500 Sorgo (planta joven) 280 – 2500 Almendra (amarga) 2100 Poroto Blanco (Birmania) Máx. 8000 Punte de Bambú 377 – 500 138 46 - < 100 81 Yuca Hojas Raíces Raíces desecadas Puré Concentración (mg/Kg) Especies de Plantas

The following is a list of common plants that produce cyanide: Apple (seeds) Apricot (leaves, bark or seeds) Arrow grass Bamboo (sprouts of some species) Bitter almond (leaves, bark or seeds) Cassava (beans and roots) Cherry laurel (leaves, bark or seeds) Christmas berry (leaves, bark or seeds) Chokecherry (stone fruit) (leaves, bark or seeds) Crab apple (seeds) Cycad nut Elderberry (leaves and shoots) Flax, yellow pine flax Hydrangea (leaves and buds) Jetberry bush (jet bead) Johnson grass Lima beans (black bean grown in tropical countries) Mountain mahogany (leaves, bark or seeds) Peach (leaves, bark or seeds) Pear (seeds) Pin cherry (leaves, bark or seeds) Plum (leaves, bark or seeds) Sorghum Sudan grass Velvet grass Western chokeberry (leaves, bark or seeds) Wild black cherry (leaves, bark or seeds) Source: http :// www.unt.edu / resource /02cyanidefeature. htm

The following is a list of common plants that produce cyanide:

Apple (seeds) Apricot (leaves, bark or seeds) Arrow grass Bamboo (sprouts of some species) Bitter almond (leaves, bark or seeds) Cassava (beans and roots) Cherry laurel (leaves, bark or seeds) Christmas berry (leaves, bark or seeds) Chokecherry (stone fruit) (leaves, bark or seeds) Crab apple (seeds) Cycad nut Elderberry (leaves and shoots) Flax, yellow pine flax Hydrangea (leaves and buds) Jetberry bush (jet bead) Johnson grass Lima beans (black bean grown in tropical countries) Mountain mahogany (leaves, bark or seeds) Peach (leaves, bark or seeds) Pear (seeds) Pin cherry (leaves, bark or seeds) Plum (leaves, bark or seeds) Sorghum Sudan grass Velvet grass Western chokeberry (leaves, bark or seeds) Wild black cherry (leaves, bark or seeds)

USOS El cianuro de hidrógeno es un gas incoloro con un ligero olor amargo a almendra. El cianuro de sodio y el cianuro de potasio son sólidos blancos. En ambientes húmedos exhiben un olor amargo a almendra. El cianuro y el cianuro de hidrógeno se usan en la industria de la galvanoplastia, metalurgia, producción de compuestos orgánicos, revelado fotográfico, manufactura de plásticos, fumigación de barcos, etc. Disolución y extracción de oro y plata, además de otros procesos metalúrgicos.

El cianuro de hidrógeno es un gas incoloro con un ligero olor amargo a almendra. El cianuro de sodio y el cianuro de potasio son sólidos blancos. En ambientes húmedos exhiben un olor amargo a almendra.

El cianuro y el cianuro de hidrógeno se usan en la industria de la galvanoplastia, metalurgia, producción de compuestos orgánicos, revelado fotográfico, manufactura de plásticos, fumigación de barcos, etc.

Disolución y extracción de oro y plata, además de otros procesos metalúrgicos.

Cianuro de hierro utilizado como aglutinante en la sal utilizada para derretir el hielo. Cianuro de hidrógeno gaseoso para exterminar roedores y depredadores grandes, además de controlar plagas de insectos con resistencia a otros plaguicidas. En FARMACIA, en productos como el lateril , usado para combatir el cáncer; o el nitroprusiato , una droga para reducir la presión arterial. También se utilizan en vendas quirúrgicas que promueven la cicatrización y reducen las cicatrices.

Cianuro de hierro utilizado como aglutinante en la sal utilizada para derretir el hielo.

Cianuro de hidrógeno gaseoso para exterminar roedores y depredadores grandes, además de controlar plagas de insectos con resistencia a otros plaguicidas.

En FARMACIA, en productos como el lateril , usado para combatir el cáncer; o el nitroprusiato , una droga para reducir la presión arterial.

También se utilizan en vendas quirúrgicas que promueven la cicatrización y reducen las cicatrices.

¿Qué le sucede al cianuro cuando entra al medio ambiente? El cianuro entra al aire, al agua y al suelo desde procesos naturales y actividades industriales. En el aire, el cianuro se encuentra principalmente como cianuro de hidrógeno gaseoso mientras que una pequeña cantidad se encuentra como finas partículas de polvo. La media-vida del cianuro de hidrógeno (la cantidad de tiempo necesaria para remover la mitad del material) en la atmósfera es de aproximadamente 1 a 3 años. La mayoría del cianuro en las aguas superficiales formará cianuro de hidrógeno y se evaporará. El cianuro en el agua no se acumula en el cuerpo de peces. Los compuestos de cianuro se mueven con bastante facilidad en el suelo. Una vez que llega al suelo, el cianuro puede ser removido a través de varios procesos. En el suelo, algunos compuestos de cianuro pueden formar cianuro de hidrógeno que luego se evapora mientras que otros compuestos de cianuro se transforman a otras formas químicas por la acción de microorganismos en el suelo. En concentraciones altas, el cianuro es tóxico a estos microorganismos por lo que el cianuro permanece sin ser cambiado a otras formas y atraviesa el suelo llegando así hasta el agua subterránea.

El cianuro entra al aire, al agua y al suelo desde procesos naturales y actividades industriales.

En el aire, el cianuro se encuentra principalmente como cianuro de hidrógeno gaseoso mientras que una pequeña cantidad se encuentra como finas partículas de polvo.

La media-vida del cianuro de hidrógeno (la cantidad de tiempo necesaria para remover la mitad del material) en la atmósfera es de aproximadamente 1 a 3 años.

La mayoría del cianuro en las aguas superficiales formará cianuro de hidrógeno y se evaporará.

El cianuro en el agua no se acumula en el cuerpo de peces.

Los compuestos de cianuro se mueven con bastante facilidad en el suelo. Una vez que llega al suelo, el cianuro puede ser removido a través de varios procesos. En el suelo, algunos compuestos de cianuro pueden formar cianuro de hidrógeno que luego se evapora mientras que otros compuestos de cianuro se transforman a otras formas químicas por la acción de microorganismos en el suelo. En concentraciones altas, el cianuro es tóxico a estos microorganismos por lo que el cianuro permanece sin ser cambiado a otras formas y atraviesa el suelo llegando así hasta el agua subterránea.

¿Cómo puede ocurrir la exposición al cianuro? Al respirar aire, beber agua, tocar tierra o comer alimentos que contienen cianuro. El humo de cigarrillos y el humo proveniente de incendios son fuentes importantes de cianuro. Al respirar el aire cerca de sitios de desechos peligrosos que contienen cianuro. Al comer alimentos que contienen cianuro de manera natural. Algunos ejemplos de estos alimentos son tapioca (la cual se confecciona de las raíces de mandioca), algunos tipos de frijoles y almendras. Sin embargo, las partes de estas plantas que se comen en los Estados Unidos contienen cantidades relativamente bajas de cianuro.

Al respirar aire, beber agua, tocar tierra o comer alimentos que contienen cianuro.

El humo de cigarrillos y el humo proveniente de incendios son fuentes importantes de cianuro.

Al respirar el aire cerca de sitios de desechos peligrosos que contienen cianuro.

Al comer alimentos que contienen cianuro de manera natural. Algunos ejemplos de estos alimentos son tapioca (la cual se confecciona de las raíces de mandioca), algunos tipos de frijoles y almendras. Sin embargo, las partes de estas plantas que se comen en los Estados Unidos contienen cantidades relativamente bajas de cianuro.

Toxicidad A nivel tisular, actúa sobre el sistema respiratorio, impide el uso del oxígeno inhibiendo la acción de enzimas respiratorias : citocromo oxidasa. La inhibición de esta enzima da como resultado una disminución en el metabolismo oxidativo y en el uso de oxígeno. La exposición a gases de cianuro originan síntomas en breves segundos mientras que la absorción oral retarda los síntomas al menos por 30 minutos. El compuesto es rápidamente absorbido a partir de superficies mucosas y piel intacta. La dosis letal del cianuro de potasio es aproximadamente 200 mg y HCN es 50 mg.

A nivel tisular, actúa sobre el sistema respiratorio, impide el uso del oxígeno inhibiendo la acción de enzimas respiratorias : citocromo oxidasa.

La inhibición de esta enzima da como resultado una disminución en el metabolismo oxidativo y en el uso de oxígeno. La exposición a gases de cianuro originan síntomas en breves segundos mientras que la absorción oral retarda los síntomas al menos por 30 minutos.

El compuesto es rápidamente absorbido a partir de superficies mucosas y piel intacta.

La dosis letal del cianuro de potasio es aproximadamente 200 mg y HCN es 50 mg.

¿Cómo puede afectar mi salud el cianuro? Es improbable que usted se exponga a cantidades suficientemente altas de cianuro en el ambiente como para que le cause efectos adversos a su salud. La severidad de los efectos causados por la exposición al cianuro depende, en parte, del tipo de compuesto de cianuro, tales como cianuro de hidrógeno gaseoso o sales de cianuro. La exposición a niveles altos de cianuro durante un período breve causa daño al cerebro y al corazón y puede producir coma y la muerte. Los trabajadores que respiraron niveles bajos de cianuro durante varios años sufrieron dificultad para respirar, dolores del pecho, vómitos, alteraciones en la sangre, dolores de cabeza y dilatación de la glándula tiroides. Algunos de los primeros indicios de envenenamiento por cianuro son respiración profunda y rápida y falta de aliento, seguidos por convulsiones y pérdida del conocimiento. Estos síntomas pueden ocurrir rápidamente, dependiendo de la cantidad de cianuro ingerida. Los efectos a la salud luego de respirar, ingerir o beber grandes cantidades de cianuro son similares. El cianuro entra al cuerpo a través de la piel más lentamente que cuando se respira o ingiere. El cianuro de hidrógeno y las sales de cianuro pueden causar irritación y ampollas en su piel.

Es improbable que usted se exponga a cantidades suficientemente altas de cianuro en el ambiente como para que le cause efectos adversos a su salud. La severidad de los efectos causados por la exposición al cianuro depende, en parte, del tipo de compuesto de cianuro, tales como cianuro de hidrógeno gaseoso o sales de cianuro.

La exposición a niveles altos de cianuro durante un período breve causa daño al cerebro y al corazón y puede producir coma y la muerte. Los trabajadores que respiraron niveles bajos de cianuro durante varios años sufrieron dificultad para respirar, dolores del pecho, vómitos, alteraciones en la sangre, dolores de cabeza y dilatación de la glándula tiroides.

Algunos de los primeros indicios de envenenamiento por cianuro son respiración profunda y rápida y falta de aliento, seguidos por convulsiones y pérdida del conocimiento. Estos síntomas pueden ocurrir rápidamente, dependiendo de la cantidad de cianuro ingerida. Los efectos a la salud luego de respirar, ingerir o beber grandes cantidades de cianuro son similares.

El cianuro entra al cuerpo a través de la piel más lentamente que cuando se respira o ingiere.

El cianuro de hidrógeno y las sales de cianuro pueden causar irritación y ampollas en su piel.

Cianuro en Minería Aurífera Desde aproximadamente finales del siglo XIX, el cianuro de sodio es empleado intensamente en operaciones auríferas para la disolución o lixiviación de oro. El proceso fue patentado en el Reino Unido por J.S. MacArthur y los hermanos W. y R. Forrest el 19 de octubre de 1887. Del total de la producción mundial de cianuro, alrededor del 20% se utiliza para fabricar cianuro de sodio, una forma sólida de cianuro cuya manipulación es relativamente fácil y segura. De este porcentaje, el 90%, es decir, el 18% de la producción total, se utiliza en minería en todo el mundo, mayormente para la recuperación de oro. En contacto con el oro, el cianuro forma complejos estables, razón por la cual su importancia en minería aurífera. 2 Au (s) + 4 NaCN (s) + H2O + ½ O2 (aq) -> 2 Na[Au(CN)2] (aq) + 2 NaOH (aq)

Biodegradación de Cianuro Se aprovecha de la capacidad de ciertos grupos de microorganismos, mayormente bacterias, de utilizar compuestos cianurados como fuente de carbono y nitrógeno convirtiendo el compuesto tóxico en sustancias inocuas. La biodegradación de cianuro puede ser aeróbica y anaeróbica y resulta en la formación de amonio.

Se aprovecha de la capacidad de ciertos grupos de microorganismos, mayormente bacterias, de utilizar compuestos cianurados como fuente de carbono y nitrógeno convirtiendo el compuesto tóxico en sustancias inocuas.

La biodegradación de cianuro puede ser aeróbica y anaeróbica y resulta en la formación de amonio.

 

Biodegradación de Cianuro Los microorganismos involucrados poseen varios sistemas enzimáticos específicos que les permite desarrollar en ambientes con alta concentracíón de cianuro. Muchos hongos ( Fusarium, Hasenula ) y bacterias ( E.coli, Pseudomonas fluorescens, Citrobacter, Bacillus subtilis y otros) asimilan cianuro y lo usan como fuente de nitrógeno y/o carbono, teniendo como intermediario NH 3 . Uno de los mecanismos involucra a la enzima cianuro hidratasa, que resulta en la conversión irreversible del cianuro en formamida, que finalmente es transformada en CO 2 y NH 3 . Cianuro también puede ser convertido en  -cianoalanina o en un  -aminonitrilo por la  -cianoalanina sintetasa , seguida de la hidrólisis de los productos para liberar un ácido y NH 3 . Una tercera ruta utiliza cianuro monoxigenasa para catalizar la conversión de HCN en cianato (HOCN), lo que lleva a una descomposición catalítica mediada por otra enzima, cianasa , para producir CO 2 y NH 3 . La cianasa es inducible con el cianato mientras que la cianuro monoxigenasa no lo es. Algunas cepas bacterianas transforman directamente cianuro en CO 2 y NH 3 por medio de la cianuro dioxigenasa , sin la formación de cianato como intermediario.

Los microorganismos involucrados poseen varios sistemas enzimáticos específicos que les permite desarrollar en ambientes con alta concentracíón de cianuro.

Muchos hongos ( Fusarium, Hasenula ) y bacterias ( E.coli, Pseudomonas fluorescens, Citrobacter, Bacillus subtilis y otros) asimilan cianuro y lo usan como fuente de nitrógeno y/o carbono, teniendo como intermediario NH 3 .

Uno de los mecanismos involucra a la enzima cianuro hidratasa, que resulta en la conversión irreversible del cianuro en formamida, que finalmente es transformada en CO 2 y NH 3 .

Cianuro también puede ser convertido en  -cianoalanina o en un  -aminonitrilo por la  -cianoalanina sintetasa , seguida de la hidrólisis de los productos para liberar un ácido y NH 3 .

Una tercera ruta utiliza cianuro monoxigenasa para catalizar la conversión de HCN en cianato (HOCN), lo que lleva a una descomposición catalítica mediada por otra enzima, cianasa , para producir CO 2 y NH 3 . La cianasa es inducible con el cianato mientras que la cianuro monoxigenasa no lo es.

Algunas cepas bacterianas transforman directamente cianuro en CO 2 y NH 3 por medio de la cianuro dioxigenasa , sin la formación de cianato como intermediario.

 

La primera operación industrial se localiza en la mina de Homestake Mining en Lead. South Dakota, USA. El sistema de tratamiento se basa en la biodegradación de los cianuros y la biosorción de los metales pesados tóxicos. El principal microorganismo encontrado pertenece al género Pseudomonas . El proceso involucra dos pasos biológicos. El primero, incluye la ruptura oxidativa del cianuro y thiocianato y la captura de los iones metálicos en una biopelícula. El segundo paso, convierte el amonio producido a nitrato mediante una nitrificación biológica. M x CN y + 2 H x O + ½ O 2 = M-biopelícula + HCO 3 + NH 3 (Me: Fe, Cu, Zn) SCN - + 2 H 2 O + 5/2 O 2 = SO 4 -2 + HCO 3 -1 + NH 3 NH 4 + + 3/2 O 2 = NO 2 -1 + 2 H + + H 2 O NO 2 -1 + ½ O 2 = NO 3 -1

La primera operación industrial se localiza en la mina de Homestake Mining en Lead. South Dakota, USA. El sistema de tratamiento se basa en la biodegradación de los cianuros y la biosorción de los metales pesados tóxicos.

El principal microorganismo encontrado pertenece al género Pseudomonas . El proceso involucra dos pasos biológicos. El primero, incluye la ruptura oxidativa del cianuro y thiocianato y la captura de los iones metálicos en una biopelícula.

El segundo paso, convierte el amonio producido a nitrato mediante una nitrificación biológica.

M x CN y + 2 H x O + ½ O 2 = M-biopelícula + HCO 3 + NH 3

(Me: Fe, Cu, Zn)

SCN - + 2 H 2 O + 5/2 O 2 = SO 4 -2 + HCO 3 -1 + NH 3

NH 4 + + 3/2 O 2 = NO 2 -1 + 2 H + + H 2 O

NO 2 -1 + ½ O 2 = NO 3 -1

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