PRINCIPIOS DE Biodegradación BIODEGRADACIÓN La biodegradación es un proceso que implica la ruptura completa de un compuesto orgánico en sus constituyentes inorgánicos. La transformación microbiana puede ser impulsada por las necesidades de energía o una necesidad para desintoxicar los contaminantes, o puede ser fortuita en la naturaleza. La búsqueda de microorganismos microorganismos que degradan, la comprensión comprensión de su genética y la bioquímica bioquímica y el desarrollo desarrollo de métodos para su aplicación aplicación en el campo se han conertido en un importante esfuerzo humano. !n ambientes naturales, la biodegradación implica la transferencia de sustratos y productos dentro de una comunidad microbiana bien coordinado, un proceso conocido como la cooperación metabólica "#braham et al. $%%$&. Los microorganismos microorganismos tienen la capacidad de interactuar tanto química como físicamente con sustancias, que conduce a cambios estructurales o la degradación completa de la molécula diana. 'esticidas interactúan con los organismos del suelo y sus actiidades metabólicas y pueden alterar el comportamiento (siológico y bioquímico de los microbios del suelo. )uchos estudios recientes han puesto de mani(esto los efectos negatios de los plaguicidas sobre la biomasa microbiana del suelo y la respiración del suelo* en general, una disminución en la respiración del suelo re+ea la reducción de la biomasa microbiana. #lgunos grupos microbianos microbianos son capaces de usar los plaguicidas aplicados aplicados como una fuente de energía y nutrientes para su multiplicación, mientras que el pesticida puede ser tóxico para otros organismos. -el mismo modo, a eces la aplicación de pesticidas reduce la diersidad microbiana, pero aumenta la diersidad funcional de las comunidades microbianas. Las comunidades microbianas, bacterias, hongos y actinomicetos son los principales transformadores y degradadores de plaguicidas. Los hongos generalmente biotransforman pesticidas y otros xenobióticos mediante la introducción de cambios estructurales menores a la molécula, lo que hace que no sea tóxico. tóxico. !l pesticida biotransformado biotransformado se libera en el medio ambiente, donde es susceptible a la degradación por las bacterias. Los Los hong hongos os y las las bact bacter eria ias s se cons consid idera eran n exce excele lent ntes es micr microo oorg rgan anis ismo mos s producto productoras ras de enzimas enzimas extracel extracelular ulares. es. 'or otra parte, parte, la capacida capacidad d de los hongos para para formar extensas extensas redes redes de micelio, micelio, la baa especi(cida especi(cidad d de sus enzima enzimas s catabó catabólic licas as y su indepe independe ndenci ncia a frent frente e a los produ producto ctos s químic químicos os orgánicos como sustrato de crecimiento hacen de los hongos muy adecuados para los procesos de biorremediación. Los hongos son críticos para los ciclos
biogeoquímicos y son responsables de la mayor parte de la degradación de xenobióticos ambientales en la biosfera. ongos de pudrición blancos se han propuesto como agentes de biorremediación prometedores, especialmente para compuestos que no se degradan fácilmente por las bacterias. !sta capacidad se debe a la producción de enzimas extracelulares que actúan sobre una amplia gama de compuestos orgánicos. #lgunas de estas enzimas extracelulares están inolucradas en la degradación de la lignina, tal como la peroxidasa de lignina, la peroxidasa de manganeso, lacasa y oxidasas. /arias especies de bacterias que degradan los pesticidas han sido aisladas, y la lista se está expandiendo rápidamente. Las tres principales familias de enzimas implicadas en la degradación son esterasas, glutatión 01transferasas "203s& y citocromo '45% "6ass y 7ampo $%88&. Las enzimas son esenciales para la biología de muchos pesticidas. La aplicación de enzimas para transformar o degradar pesticidas es una técnica de tratamiento innoador para la eliminación de estos productos químicos de ambientes contaminados. La degradación catalizada por enzimas de un pesticida puede ser más e(caz que los métodos químicos existentes !l metabolismo de los plaguicidas puede implicar un proceso de tres fases. 9ase :, las propiedades iniciales de un compuesto original se transforman a traés de oxidación, reducción o hidrólisis para producir generalmente un producto más soluble y menos tóxico que el original. La segunda fase implica la conugación de un pesticida o plaguicida metabolito a un azúcar o amino ácido, lo que aumenta la solubilidad en agua y reduce la toxicidad en comparación con el pesticida original. La tercera fase consiste en la conersión de la fase :: en metabolitos secundarios conugados, que son también no tóxicos. Los hongos y las bacterias están implicadas en estos procesos y producen enzimas intracelulares o extracelulares incluyendo enzimas hidrolíticas, peroxidasas, oxigenasas. -ebido a la diersidad de productos químicos utilizados en los plaguicidas, la bioquímica de la biorremediación de pesticidas requiere una amplia gama de mecanismos catalíticos, y por lo tanto una amplia gama de clases de enzimas. :nformación para algunas enzimas degradadoras de plaguicidas se puede encontrar en la tabla ::. !ntre las enzimas que degradan los pesticidas, las hidrolasas catalizan la hidrólisis de arios de los principales clases bioquímicas de pesticida "ésteres, enlaces peptídicos, enlaces carbono1haluro, ureas, tioésteres, etc.& y generalmente operan en ausencia de cofactores redox, haciéndolos ideales candidatos para todas las estrategias de biorremediación actuales. !n este grupo, podemos encontrar los fosfotriesterasas "'3!&, que son una de las clases más importantes. !stas enzimas se han aislado a partir de diferentes
microorganismos que hidrolizan y desintoxicar los pesticidas organofosforados ";'&. La primera aislado fosfotriesterasa pertenece a 'seudomonas diminuta )2* esta enzima muestra una actiidad altamente catalítica hacia los pesticidas organofosforados. Las '3! están codi(cadas por un gen llamado ;'- "organofosforados1degradantes&. 9laobacterium #377 $<558 contiene el gen ;'- que codi(can una '3! "Lati( et al. $%8$&. !stas enzimas hidrolizan especí(camente enlaces fosfoéster, tales como '1;, '19, '1=7, y '10, y el mecanismo de hidrólisis implica una molécula de agua en el centro de fósforo. !sta enzima tiene un uso potencial para la limpieza de ambientes contaminados con plaguicidas organofosforados ";rtiz1ernández et al. $%%>&. ay otras enzimas implicadas en la degradación general de un plaguicida. Las esterasas son enzimas que catalizan la hidrólisis de ésteres carboxílicos "carboxiesterasas&, amidas "amidasas&, ésteres de fosfato "fosfatasas&, etc. "6ansal $%8$&. !n la reacción catalizada por esterasas, una amplia gama de sustratos de éster se puede hidrolizar en sus componentes alcohol y ácido como sigue? @ A ;1;7> B $; A ; @1; B 7>; )uchos insecticidas "organofosfatos, carbamatos y piretroides& tienen un componente de éster carboxílico, y las enzimas capaces de hidrolizar este tipo de enlace éster se conocen como carboxilesterasas. ;xidorreductasas son un amplio grupo de enzimas que cataliza la transferencia de electrones de una molécula "el reductor o electrón donante& a otra "el oxidante o electrón aceptor&. )uchas de estas enzimas requieren cofactores adicionales para actuar como donantes de electrones, aceptores de electrones o ambos. !stas enzimas tienen aplicaciones en la biorremediación, durante los cuales catalizan una reacción de oxidación C reducción mediante la inclusión de oxígeno molecular ";$& como aceptor de electrones. !n estas reacciones, el oxígeno se reduce a agua "$;& o peróxido de hidrógeno "$;$&. Las oxidasas son una subclase de las oxidorreductasas "0cott et al., $%%D&.
