Ciclo del azufre
El azufre es un elemento esencial para los organismos vivos, ya que forma parte de algunos aminoácidos esenciales (metionina y cisteina) así como de proteínas y de otras moléculas clave como la coenzima A, donde se halla en forma reducida (principalmente como grupo sulfhidrilo) y el NADPH.
Las plantas y otros productores primarios lo obtienen en su forma líquida, principalmente como ion sulfato (SO42-) que, tras ser reducido se incorpora a sus proteínas en forma sólida.
Al morir estos, el azufre es emitido a la atmósfera como sulfuro de hidrógeno o, también, puede ser oxidado por bacterias y microorganismos a formas que las plantas puedan asimilar (generalmente sulfato) y los animales puedan digerir.
[1] La química del azufre tiene una gran influencia en muchos de los procesos que tienen lugar tanto en el aire como en agua sedimentos y biota.
Es posible encontrarlo formado parte de numerosos compuestos inorgánicos y orgánicos.
En forma reducida se encuentra como sulfuros minerales (pirita, calcopirita y otras menas minerales) mientras que en la forma más oxidada se encuentra principalmente como yeso (CaSO4 .
También se encuentran sulfatos en el agua oceánica y en aguas continentales, predominado sobre otras especies azufradas cuando las condiciones son aeróbicas, pero en condiciones anaerobias, las especies que predominan son los sulfuros.
[2] En general y en su conjunto, entre las principales especies involucradas en el ciclo del azufre, se encuentra el sulfuro de hidrógeno (H2S), emitido a la atmósfera por la actividad volcánica o por la descomposición de las proteínas con aminoácidos sulfurados, el dimetilsulfuro ((CH3)2)S), emitido por los océanos como consecuencia de la actividad biológica de los microorganismos presentes en el agua marina, los sulfuros minerales, muy abundantes en la naturaleza y el ácido sulfúrico (H2SO4), el principal contribuyente de la lluvia ácida, así como los sulfatos metálicos.
[3] En lo referente a la aportación antropogénica al ciclo del azufre, esta se realiza principalmente a través de las emisiones de dióxido de azufre (SO2), gas que se emite a la atmósfera principalmente por la quema de combustibles fósiles, especialmente carbón y petróleo.
Tras la emisión a la atmósfera, el SO2 sufre diferentes procesos de oxidación, pasando a formar ácido sulfúrico, que es el principal responsable de la lluvia ácida.
La mayoría de los procesos naturales que tienen lugar en el ciclo del azufre están intervenidos y controlados por microorganismos y bacterias, especialmente aquellas trasformaciones que tienen lugar en el medio terrestre y en el medio marino.
El azufre presente en la materia orgánica puede encontrarse unido directamente al carbono de las cadenas orgánicas de algunos aminoácidos como la cisteina (HS-CH2-CHNH2-COOH) o la metionina (HO2CCH(NH2)CH2CH2SCH3), en las proteínas que contienen estos aminoácidos y en algunos otros compuestos, en los que puede presentarse como disulfuros orgánicos.
También puede presentarse unido al oxígeno, como sulfóxido o como derivados del ácido sulfónico.
La biodegradación de los aminoácidos azufrados puede producir compuestos orgánicos volátiles como el metanotiol, (CH3SH) y el dimetildisulfuro (CH3-S-S-CH3) así como sulfuro de hidrógeno (H2S).
Una reacción típica y muy conocida, que produce H2S, es la conversión de la cisteína a ácido pirúvico catalizada por la enzima cisteína-desulfhidrasa de las bacterias:[2]
En fuentes hidrotermales también se produce la oxidación de los sulfuros, pero en este ambiente se puede producir azufre elemental, además de sulfatos minerales.
mientras que las principales bacterias involucradas en la oxidación, son: Thiomicrospira, Halothiobacillus y Beggiatoa.
El sulfato producido generalmente se combina con los iones de calcio lixiviados para formar yeso, que puede formar depósitos de este mineral.
En ambientes anaerobios y con abundante materia orgánica, los sulfatos pueden pasar a estados de oxidación menores, comúnmente sulfuros y en algunas ocasiones a azufre elemental.
Las condiciones reductoras de los sulfatos pueden presentarse en sedimentos del fondo marino, los estuarios, zonas pantanosas e incluso en lagos.
La oxidación de la materia orgánica presente hace que estos medios sean pobres en oxígeno, lo que favorece la reducción del sulfato, que es facilitada por la actividad bacteriana presente en el sedimento.
La más común de las bacterias involucradas en los procesos de reducción del sulfato a sulfuro es la Desulfovibrio desulfurizante, bacteria anaerobia que se desarrolla fácilmente a pH por debajo de 5,5.
donde {CH2O} indica la materia orgánica de forma generalizada.
El H2S generado es una sustancia tóxica para la vida acuática, pero también puede reaccionar con numerosos metales, formado sulfuros metálicos insolubles que se depositan en los fondos marinos.
La reacción de reducción a azufre elemental es menos frecuente, aunque también es posible:
En el medio marino también puede producirse dimetilsulfuro por reducción de los sulfatos.
La producción de este u otros gases similares, es llevada a cabo por el plancton marino y constituye otra importante ruta de emisión natural de compuestos sulfurados a la atmósfera y una importante clave del ciclo global del azufre.
