OH O

Bloque II: Indice
QUIMICA DE LA M.O.S.
LA M. O. S.: ASPECTOS QUIMICOS.
- Producción versus descomposición.
- La humificación.
- Estructura de las substancias húmicas.
Juan F. GALLARDO
Compartimentos y Flujos en la Interfase Mantillo-Suelo
Suelo
Hojarasca
Atmósfera
Producción aérea
hojarasca
Degradación
Lavado
Perfil húmico
Hojarasca
lixiviada
Hojarasca roída
y descompuesta
CO2
Of/Oh
Ah
Producción
subterránea:
Residuos y
exudados de
raíces
FUENTES SECUNDARIAS
Heces
fecales
Residuos microbianos y animales
CO2
Compuestos HUMICOS
CO2
CO2
ESQUEMA DEL PROCESO DE FORMACIÓN DEL HUMUS
Hojarasca y raíces muertas
(fuente primaria)
Resíntesis
microbiana
CO2
Mineralización
Biorresistencia
selectiva
Microbiología
Transformación
directa
Sustancias húmicas
Residuo
microbiano
(fuente secundaria)
La Descomposición Orgánica
Descomposición in vitro de hojarasca forestal
(1980-90)
1980
Hojarasca inicial
1981
1990
Material humificado
Proceso de Humificación en una Raíz de Alfalfa (morfología)
2 mm
Corteza
primaria
Parénquima
leñoso
Estuctura de la raíz de
alfalfa no humificada
Raíz de alfalfa en el período
inicial de humificación (15 días)
Raíz de alfalfa
humificada
MINERALIZACIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA
Materia Orgánica Fresca (hojarasca)
Raíces Muertas
Microorganismos
Humificación
Mineralización (rápida)
“primaria”
Reorganización
CO2, H2O, NH4+, NO3-, SO4=, PO34-,
Mineralización (lenta)
“secundaria”
Humus
El Papel de los Microorganismos en la Mineralización
Hojarasca
Residuos frescos
Orgánicos
Raíces muertas
CO2
H2O
NH 4+
NO3PO4=
SO4
Mineralización
primaria
(rápida)
Microorganismos
2-
Humificación
Humus
Suelo
Mineralización
secundaria
(lenta)
Composición Orgánica de las Plantas
Grasas
Ceras
Resinas
Celulosa
Hemicelulosa
Proteínas
Ligninas
C/N
2-6
15
10-12
12-20
5
12-16
Raíces de
leguminosas herbáceas
10-12
20-25
25-30
10-15
10-15
10-15
Raíces gramíneas
5-12
25-30
25-30
5-10
15-20
15-20
Hojas caducifolios
3-5
15-25
10-20
4-10
10
40-50
--
40-50
20-30
0.5-1
20-25
>100
Acículas coníferas
20-25
20
15-20
5-7
15
60-70
Madera coníferas
--
45-50
15-25
0.1-1
25-30
>100
--
--
--
40-70
--
6-12*
--
5-10
50-60
10-15
--
10-12
--
15-25
30-60
5-10
--
15-20
1-8
3-5
5-12
30-35
30-50
8-25
(En %)
Hojas leguminosas
Madera caducifolios
Bacterias (*Hongos)
Algas
Musgos
M. O. S.
Evolución de Restos Orgánicos en el Suelo
Microorganismos
. Hexosas
. Pentosas
. Polisacáridos
• Transformación química
Comunidad
• Acumulación mecánica de restos
.bosque
.herbáceas
caducifolio
perenne
Vegetal
Evapotranspiración
. Desgarran
• Destrucción mecánica
• Alteración Química
Macrofauna
Mineralización
Humificación
Lombrices
. Fragmentan
. Reducen
NO3- SO-4, PO43-, NH3, CO2...
Restructuración de sustancias
formando polímeros
Esquema General de la Humificación
1. Degradación de las macromoléculas orgánicas a moléculas más sencillas
2. Oxidación de los compuestos aromáticos a quinonas
3. Condensación y fijación de N (aminoácidos y péctidos) y formación de
ácidos húmicos
Hexosas
- glucosas
- fructosas
(a)
(b)
Celulosas
Grupos quinónicos
Acidos húmicos
(c)
(a) Ruptura de la cadena alifática mediante bacterias celulolíticas, mixobacterias y hongos
(b) Ciclos y oxidación mediante actinomicetos y hongos (Penicillium)
(c) Condensación y fijación de N
Compuestos Alifáticos en el Suelo
Acido fórmico (pK∼ 3.8)
HCOOH
Acido acético (pK∼ 4.8)
CH3.COOH
Acido oxálico (pK∼ 1.3)
HOOC.COOH
Acido tartárico (pK∼ 3.0)
HOC-COOH
Acido cítrico (pK∼ 3.1)
CH-COOH
HOOC-COH
CH-COOH
Glicina:
H2N.CH2.COOH
Alanina:
CH3.CHNH2.COOH
Acido aspártico:
HOOC.CH3.CHNH2.COOH
Acido glutámico:
HOOC.CH2.CH2.CHNH3.COOH
Arginina:
NH2.CNH-(CH2)3.CHNH2.COOH
Lisina:
NH
NH2.CH2.(CH2)3.CHNH2.COOH
Dinámica de la Descomposición Orgánica (por fases)
1. Biodegradación rápida de hidrosolubles y pluviolavados
por microorganismos telúricos
2. Disminución lenta de hidrosolubles fenólicos y
. hemicelulosas microbianas; troceamiento por mesofauna
3. Concentración lígnica y proteínica; pérdidas de
. moléculas pre-húmicas por lavado
4. Ennegrecimiento, condensación, polimerización y
. maduración: Aparición de las sustancias húmicas.
.
Composición Representativa de la Materia Vegetal Fresca
y Materia Humificada
Hidratos de
carbono 10 %
60 %
35 % Proteínas
50 %
25 %
Agua
75 %
M. seca
25 %
Materia
fresca
Proteínas
10%
Grasas, ceras,
taninos 5 %
Materia
humificada
1%N
C
44 %
C/N < 20
Mineralización: C/P < 200
C/S < 200
C/N > 30
Inmovilización: C/P > 300
C/S > 400
Ceras, grasas, taninos 5 %
C
55%
H 8%
O
40 %
O
35 %
Cenizas 8%
H5%
N 5%
Composición Orgánica Vegetal: Celulosas
Estructura de la celulosa:
CH2OH
H
O
O
O
H
OH
H
H
OH
H
H
OH
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
H
H
O
O
O
H
OH
H
H
OH
H
H
Quitina: Aminoazúcares
n
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
OH
O
SUBSTANCIAS ORGANICAS EDAFICAS:
Hidratos de Carbono
Celulosa
(C6H10O5)n + n H2O
CH2OH
CH2OH
O
H
H
OH OH
H
Glucosa
n C6H12O6
O
H
H
OH
D-glucosa
O
OH
OH
H
H
HOH2C
H
OH
OH
H
OH
H
H
OH
D-galactosa
OH
H
OH
OH
H
D-arabinosa
SUBSTANCIAS PROCEDENTES DE LA DEGRADACIÓN ORGÁNICA
PROCEDENTES DE LAS CELULOSAS
CH2CH
O
CH2OH
H
O
H
H
HO
H
OH
OH H
H
O
OH
D-glucosa
HOH2C
H
HO
H
H
HO
OH
H
OH
HO
OH
OH H
H
OH
D-galactosa
H
D-arabinosa
SUBSTANCIAS ORGANICAS EDAFICAS: Grasas
OH – CH2
H3C-(CH2)n-CO-O-CH2
OH – CH
H3C-(CH2)n-CO-O-CH
OH – CH2
H3C-(CH2)n-CO-O-CH2
Glicerina
Grasas
SUBSTANCIAS ORGANICAS EDAFICAS: Proteínas
H2N-CH-COOH
COOH
COOH
COOH
CH2
NH2 CH
NH2 CH2
CH3
NH2 CH
CH2-SH
C
N
CH
H
Alanina
Glicocola
Cisteína
Triptófano
Aminoácidos Comunes Aislados de las Proteínas en Suelos
Fórmula
Nombre
Símbolo
Punto
isoeléctrico
Rf*
Aminoacidos ácidos
Ac. aspártico
Ac. glutámico
HOOCCH2CH(NH2)COOH
HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH
Asp
2.77
0.19
Glu
3.22
0.31
Aminoácidos básicos
Arginina
H2NC(=NH)NH(CH2)3CH(NH2)COOH
Arg
10.76
0.89
Lisina
H2N(CH2 ) 4CH(NH2)COOH
Lis
9.74
0.81
His
7.59
0.69
CH
Histidina
NH
N
CH = CCH2CH(NH2)COOH
(*En alcohol del 77 %)
Aminoácidos Comunes Aislados de las Proteínas en Suelos:
Aminoácidos neutros
Nombre
Fórmula
Símbolo
Punto isoeléctrico
Rf*
Glicina
CH2(NH2)COOH
Gli
5.97
0.41
Alanina
CH2 CH(NH2)COOH
Ala
6.00
0.60
Serina
HOCH2CH(NH2)COOH
Ser
5.68
0.36
Cisteína
HSCH2CH(NH2)COOH
CiSH
5.05
-
Cistina
[-SCH2 CH(NH2)COOH]2
CiSSCi
4.8
0.03
Treonina
CH 3CHOHCH(NH2)COOH
Tre
Valina
(CH3)2CHCH(NH2)COOH
Val
5.96
0.78
Metionina
CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH
Met
5.74
0.81
Leucina
(CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH
Leu
6.02
0.84
Iso–Leucina
CH4CH2CH(CH3)CH(NH2)COOH
Ileu
5.98
0.84
0.50
(*En alcohol de 77 %)
Aminoácidos Comunes Aislados de las Proteínas en Suelos:
Aminoácidos neutros
Nombre
Fórmula
Fenilalanina
Tirosina
Prolina
CH2CH(NH2)COOH
CH2CH(NH2)COOH
HO
H2C
CH2
CHCOOH
Símbolo
Punto isoeléctrico
Rf*
Fen
5.48
0.85
Tir
5.66
0.51
Pro
6.30
0.88
Hipro
5.83
0.63
Tri
5.89
0.75
NH
HOCH
Oxiprolina
CH2
CHCOO
H2C
NH
CCH2CH(NH2)COOH
Triptófano
CH
NH
(*En alcohol de 77 %)
H2COH
Composición
Orgánica Vegetal:
Ligninas
CH
HC
OCH3
H2COH
O
C
O
CH
CH
HC
H2COH
OCH3
CH3O
O
CH
HOCH
HC
C
HC
HC
Estructura de la lignina
O
O
Estructura Tentativa de la Lignina
Estructuras
β-O-4
(Según Brunow et al., 1998)
Degradación de la Lignina por Microorganismos Edáficos
H2COH
HC O
HC OR
OR
CH
CH
OCH3
H2COH
HC
O
HCOH
CH2OH
OH
CH
CH2OH
CH
H2 O
OH
COOH
COH
HC
OCH3
OH
(o)
OCH3
Forma enolica
Forma cetónica
del
del
Acido 3- metoxi-4 hidroxifenil-pirúvico
CH
COOH
(o)
CHO
(O)
OH
OCH3
alcohol –β
β- hidroxiconifenol
(XVII)
COOH
(O)
(X)
OCH3
coniferaldehido
(VI)
OH
OCH3
OH
Vanillina
(VII)
(O)
CH
CH
COOH
-2H
CH2OH
OCH3
Acido ferulico
(XII)
(Según Schubert)
OH
OCH3
Alcohol vanillilico
(XXII)
OCH3
Acido vanillico
(IV)
(X)
HO
OCH3
OH
Guayacil-glicerol
(XVI)
H2 O
H2COH
COH
HC
OCH3
COOH
C =O
HCH
OCH3
Alcohol coniferilo
(XXI)
HO
CH2OH
Guayacil-glicerol –β
βéter coniferilo
Unidades de éter
guayacil-gliderol–β
β-coniferilo
CH
CH
OCH3
H2 O
OCH3
HO
CH
H2COH
HCOH
HCOH
H3CO
CHO
CHO
OH
OH
deshidrodivanillina
(XIV)
OCH3
SUBSTANCIAS PROCEDENTES DE LIGNINA
CH=CH-H2-COOH
CH=CH-CH2OH
OCH3
O-
C6
Coniferina
H11
O5
OH
Cumarol
DEGRADACION MICROBIANA DE LA LIGNINA
Microorganismos
LIGNINA
(Hongos) Acido ferúlico
+ Residuos lígnicos
COOH
CH
CHO
CHO
OH
Dihidrovanillina
OH
COOH
acido
vaníllico
OH
CH
OCH3
OCH3
CH3O
Otros fenoles derivados de
la degradación de lignina
CH
CHO Vaníllina
OH
COOH
OCH3
OH
OCH3
COOH
CH
*Acido
cafeico
OH
OH
*Ácido
protocatético
Rompimiento
del anillo
bencénico
*Acidos también de
origen microbiano
OH
OH
Acido β-carboxil-mucónico
COOH
COOH
COOH
CH2-COOH
Acido (β
β-oxiadípico)
CO
CH2-CH2-COOH
CH3-COOH
CH2-COOH Acido
+
Acido acético
CH2-COOH sucínico
Compuestos Derivados de la Lignina
CHO
Coniferal
aldehido
Acido
3-metoxi4-hidroxifenil
pirúvico
COOH
CH
CO
CH
CH2
+
CHO
CH
CH
p-Hidroxicinamialdehido
+
OCH3
+
OCH3
OH
OCH3
OH
CHO
OH
CHO
OCH3
CH3O
OH
CHO
Dihidrovanillina
OCH3
OH
OCH3
CH3O
Vanillina
OH
OH
Mecanismos de Formación del Humus
Residuos vegetales
• Carbohidratos
• Proteínas
Microorganismos
Productos de
mineralización
(Terminales)
Productos de síntesis,
descomposición y
transformación metabólicas
Sustancias quinoideas
(núcleos)
Aminoácidos
Proteínas
(“cadenas”)
• Taninos
• Lígninas
Condensaciones
fisico-químicas
Interacción edáfica
Unidades estructurales húmicas
(arcillas, sesquióxidos)
CO2, H2O, NO3-, etc
Productos aromáticos:
Polifenoles, etc. (núcleos)
Substancias
húmicas edáficas
Fases Teóricas de Formación Húmica
Residuos Vegetales
Mineralización rápida
(terminal)
CO2, H2O, NO 3-, etc.
Productos de descomposición
(alto peso molecular)
Descomposición
microbiológica
Neoformación
húmica (nitrogenada)
I FASE
(neoformación)
Degradación oxidativa:
Acidos fúlvicos
II FASE
(humificación)
III FASE
(mineralización lenta)
Complejos de
adsorción y
precipitación
Aromaticidad
Creciente:
Acidos húmicos
Ruptura oxidante de anillos
Productos húmicos
bioestables
Interacción con los minerales edáficos:
Complejos arcillo-húmico
Fuentes Orgánicas de la Acidez
pK
Fenoles
∼ 6 (> 10)
OH
NO2
Acidos fenólicos
OH
O2N
<4
NO2
A. carboxílicos (R-COOH)
A. carboxílicos clorados (R-CCl2-COOH)
Aminoácidos (R-CHNH2-COOH)
∼ 4 (> 6)
<3
∼ 3 ( > 5)
(Son ácidos débiles con
(Contribuyen a la capacidad de cambio catiónico)
cargas variables según pH)
Combinaciones de Elementos Metálicos con Moléculas Orgánicas
O
O
OH
C
O
O
C
OH
O
Formación de
quelatos
C
O
O
+
Cu + H
+ Cu2+
OH
O
CuO + 2H+
Cu2+ + H2O
(Cu2+).(H2O)
(CuO).(H+)2
= 107.66
Equilibrios
Ecuaciones
de equilibrio
log(Cu2+) = 7.66 – 2 pH
PbMoO4
Pb2+
+ MoO42-
Disociación
hidrolítica
Desprendimiento de CO2 (%)
(* indica 14C marcado)
Dinámica de Descomposición de Sustancias Orgánicas
100
Acido parahidroxi-benzoico (C* carboxílico)
Sustancias alifáticas (mezcla)
80
Acido benzoico (C* aromático)
60
40
20
Acido cafeico (C* aromático)
Acido cafeico (C*OOH aromático)
polimerizados
Acido cafeico (C*aromático)
0
5
10
15
Semanas de incubación
Productos Elaborados por Hongos
Acido gálico
Acido protocatéquico
Acido hidroxibenzoicos
COOH
COOH
meta
HO
OH
HO
OH
Acido salicílico
Acidos
COOH
OH
Para
OH
OH
dihidroxibenzoicos
Pirogalol
COOH
COOH
COOH
OH
OH
HO
COOH
COOH
Resorcinol
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH HO
OH
Metal
hidroxitolueno
Dihidroxitoluenos
CH3
CH3
CH3
OH HO
OH
HO
Acido
hidroxicinámico
CH=CH-COOH
Acido cafeico
COOH
CH
CH
CH3
OH
OH
OH
Orcinol-bien
CH3
OH
OH
HO
OH
Transformaciones de Restos Vegetales
Glucosa
Metilglioxal
CH3-CO-COH+H2O
C6H12O6
Quinona
O
C
HOC
H3C
Síntesis microbiana
O
HOH
CH3
COH
H2
-H O
2
HOH
2H
C
O
O
O
O
Derivados de
la lignina
SUSTANCIAS HUMICAS
OH
O-CH3
Monómero
de lignina
O
OH
OH
Polifenol
Condensaciones
Deshidratación
O
Quinona
Tiempos Medios de Permanencia Edáfica
Peso
(%)
Fracción orgánica
Tiempo medio de
residencia (TMR, años)
•
Residuos frescos
Variable
0,5 – 3,0
•
Metabolitos microbianos
2-5
∼ 25
•
Humificado (resistente)
75
250-1500
•
Micro- y Meso-fauna
< 1,0
Variable
•
Biomasa microbiana
0.5 – 2,0
(días)
Tiempos medios de residencia
(TMR)
Adaptado de Paul (1970) y Campbell (1978)
ESQUEMA DE FORMACIÓN DE SUBSTANCIAS HUMICAS
(según Kononova)
RESIDUOS VEGETALES
Carbohidratos
Proteínas
Microorganismos
Productos de Síntesis
descomp. y transf.
Metabolismo
Aminoácidos
Sustancias
proteínas
quinoideas
Condensaciones
fisicoquímicas
Taninos
Ligninas
CO2
Mineralización H O
2
NO3
Productos aromáticos
(polifenoles)
Alternancias climáticas
Unidades estructurales húmicas
Interacción con
Arcillas y sesquióxidos
Maduración edáfica
SUSTANCIAS HUMICAS
Interacción con
alofanas volcánicas
Bioquímica de la Formación de Humus
Residuos orgánicos
en general
Lignina y otros
componentes polifenólicos de plantas
Degradación microbiana
Síntesis microbiana
y
transformaciones
Pequeñas unidades
metoxifenólicas, polifenólicas y
fenoles intermedios
Oxidación de cadenas
laterales y grupos
metilos;
descarboxilación
Azúcar, ácidos
orgánicos y otros
compuestos orgánicos
simples
degradación
CO2, H2O, NH3
Componentes inorgánicos
y otros componentes simples
Algunos mono-, di-, y tri oxidación
y
hidroxifenoles; ácidos
Rotura de anillos
benzoicos
Reacción enzimaticas
y espontáneas
Radicales fenólicos e
hydroxibenzoquinonas
Degradación microbiana
Síntesis microbiana
Células
microbiales
y productos
Alteración y liberación de
polímeros fenólicos microbianos
Polimerización
ACIDOS
HUMICOS
Péptidos, aminoácidos, aminoazúcares,
y polisacáridos que contienen aminoazúcares de la descomposición de
residuos orgánicos y autolisis celular
microbiana
Diagrama de formación de ácidos húmicos a partir de polifenoles derivados de lignina y sintetizados por microorganismos.
Reproducido de “Suelos para el manejo de residuos orgánicos y lodos” (1977), Sociedad Americana de Agronomía.
Propuesta de Síntesis de la M. O. S. Humificada
CH3
CH2
CH2
H
C
O
oxidación
oxidación
OCH3
OCH3
OH
Guayacil (monómero encontrado
en la lignina)
COOH
OH
Vanillina
COOH
desmetilación
OCH3
OH
OH
Acido vanillínico
OH
OH
Catecol
descarboxilación
OH
Acido 3,4-dihidroxibenzoico
oxidación por
fenol oxidasas
+
O
O
1,2-benzoquinona
Otros productos de
descomposición de la lignina,
aminoácidos, proteínas, etc;
NH3
Estos productos dan origen el siguiente modelo de substancias húmicas:
Estructura (parcial) de la Materia Orgánica Humificada
C=O
R-C-H
N-H
C=O
R-C-H
COOH
(CH2)n
CH2
N
HO
(CH2)n
N
OH
O
O
O
O
C=O
CH3O
OCH3
O
OH
(CH2)n
COOH
Condensaciones Prehúmicas
CH3
CH3
HO
HO
CH3
CH3
CH3
OH
OH
OH
OH
O
HO
OH
H3C
CH3
HO
CH3
O
OH
O
OH
OH
COOH
R
O
CH3
+
HO
+
OH
CH
NH
R
CO
CH
R
NH
CO
CH
NH2
CH3
CH3
HO
CH3
+
CH3
R
NH
HO
OH
CH
R
CO
NH
CH
OH
+
OH
Fenoles, Aminoácidos,
Péptidos, Aminoazúcares.
R
CO NH
CH
COOH
OH
Estructura Química y Productos de Degradación
( Acido Fúlvico, según Schnitzer y Khan )
OH
O
HO C
OH
OH
OH
O
C
O
C
O
OH
C
C
OH
O
OH
HO
HO
C
OH
OH
O
HO
C
O
Puentes de
hidrogeno
O
C
C
C
O
H
O
OH
O
OH
C
OH
O
OH
O
C
C
C
O
C
OH
C
O
C
OH
O
O
HO
OH C
OH
O
O
O
C
OH
C
OH
O
C
C
O
HO
O
OH
C
OH
O
OH
HO
OH
OH
OH
XIII Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo, Cuenca, 6-9 November 2012
Structura bidimensional de Acido Húmico
(Schulten, 1994)
Estructura Hipotética de Acido Húmico
(según Stevenson, 1982 y 1994)
HC=O
COOH
COOH
COOH
HO
OH
OH
..
HC=O
R-CH
O
HO
(Azúcar)
(HC-OH)4
N
O
.. H
O
O
O
O
CH2
CH
O
O
O
N
O
NH
COOH
O
O
CH
O
H
COOH
OH
R-CH
(Péptidos)
C=O
NH
Obsérvese el O de los grupos fenólicos (-OH, libres y ligados), de los quinónicos, de los ácidos
(-COOH) y como puentes éter; además véanse las posiciones del N.
Model structure proposed for soil HA (Stevenson, 1994)
45
Moléculas Húmicas según un Modelo Informático
(15 % de Intensidad de Aromaticidad)
COOH
COOH
HO CH (OH)
O
H2C
OH
COOH
HO
HOOC
HO
H2C
HO
C
C
HC
OH
CH2
CH2
CH2
C
COOH
OH
CH
CH
C ( COOH )
C(OH)
(COOH)
CH
C(CH3) COOH
CH2
H3CO OH CH
OH
HOOC
HOOC
C=O
HO – C - CH3
OH
HOOC – C - COOH
OH
HOOC CH
CH2
OH
CH2 CH
OH
COOH
CH CH2 CH CH
COOH
COOH
CH CH2 CH CH
CH2
COOH
O
O
CH2 CH2 C CH C
COOH
OH
CH2
CH2 CH CH2 CH2
CH2
OH
Según Murray y Linder (1983)
VIA DE FORMACION DE SUBSTANCIAS HUMICAS
COOH
CH
(MALCOLM)
Vanillina
CH
CH3O
CH2
CH2
OCH
Guayacil
Acido ferúlico
O2
Acido
vaníllico
Otros
compuest
os
lígnicos
+
OH
COOH
Acido
dihidroxibenzoico
+ CH3
O
HO
OCH3
O
OH
+
Modelo
estructural de
Felbeck
OCH3
COOH
O
+ NH3
O2
OCH3
OH
O2
OH
Aminoácidos,
proteínas
CH3
+ CO2
O2
fenoloxidasas
Fracciones hidrofílicas
(A. fùlvicos)
Fracciones hidrofóbicas
(ácidas, neutras)
(A. húmicos)
Catecol
HO
OH
(Según Malcolm)
ESTRUCTURA DE LAS SUSTANCIAS HUMICAS
(según Felbeck)
O
OCH3
CH3O
ACIDO FULVICO
CADENA
O=C
H
O
O
H
O
O
O
O
ACIDO HUMICO
NUCLEO
CH2
CH2
N
O
N
CH2
HC-RADICAL AQUILO
C=O
CADENA
NH
RADICAL ALQUILO -C-H
PEPTIPO
C=O
• Obsérvese un núcleo central de carácter aromático (pirónico) , con N y O heterocíclico.
• Existen cadenas laterales fácilmente hidrolizables que darían origen a los acidos fúlvicos y a N proteínico.
Estructura de Acido Fúlvico
OH
CH2
HOOC
CH2OH
COOH
CO
C
CH
CH2
COOH
CH3
HOOC
CH2 CH2 CO
COOH
COOH
COOH
(según BUFFLE)
Estructura Molecular de Acidos Húmicos
Según Steinber y Münster
Estructura Molecular de Acidos Fúlvicos
Según Schnitzer
Modelo de Sustancias Húmicas
O
Cadena Fúlvica
OCH3
H3CO
NUCLEO
H
C=O
N
UNIDAD
FENOLICA
ACIDO
FULVICO
UNIDAD
CENTRAL
PIRONA
ACIDO
HUMICO
O
O
O
O
O
O
N
H
H2C
O
CH2
N
CH2
CH-R
CO
PEPTIDO
NH
(aminoácidos)
R1-CH
C=O
(según Felbeck y Schnitcher)
Geometría: Estructura tridimensional
del humus optimizada energéticamente
53
(Schulten, 1995)
Modelo Estructural en Tres Dimensiones de la M. O. S.
(A. Húmico + Carbohidratos + Proteínas + Agua)
Hexapéptido
Trisacárido
• Micela equivalente a 11,370 átomos, con una masa de 84,605 g/mol.
• Nótense los grupos reactivos fisicoquímicamente.
Estructura Tridimensional de una Molécula Húmica
( mostrando su geometría optimizada)
Estructura Bidimensional de una Molécula Húmica
(misma molécula anterior)
• Micela equivalente a 11.370 átomos, con una masa de 84,6 g/mol.
• Nótense los grupos reactivos fisicoquímicamente.
ESTRUCTURA DEL HUMUS
DEGRADACION DE LA LIGNINA
(lignina de conífera)
Compuestos nitrogenados de
microorganismos
(de plantas y animales)
O
Fenoles sintetizados microbiológicamente
(e.g. Epicoccum v.g. :Epicoccum nigrum)
Proteínas
O CH3
Rn
OH
Rn=COOH
R
C
C
CH
O
H
R-C-C
- COOH
-OH
Productos de
degradación de
la lignina OH
(fenol)
-OH (alcohol)
OCH3
CH
CH
COOH
OH
OCH3
COOH
Fuente de carbono alifática
Péptidos
Aminoácidos
Amonio
O
O
OH
OH
O
CH
O
CH
COOH
OH
OH
COOH
OCH3
C=O
-OCH
3
OH OH
R
O
H N-C-C
HH
N
heterocíclico
O
R
O
HO
OH
R
OH
OH
OH
R
-NH
2
O
O
OH
OH
Otros fenoles de
plantas y microorganismos
Carbohidratos procedentes de
microorganismos
(plantas y animales)
Theng (1987)
(adaptado de Flaig et al. 1975)
Grupos Funcionales del Humus
Acido fenólico
NO2
O2 N
Imidazol
Imino
Carbonilo
C
O
-N
O-
Amino
NH2
Sulfidrilo
Carboxilo -CO-O
SH
Fenólico
Quínonico
o fenólico
Alcohol
O
}
Fenólico
Me+
Quelatos
OH
O
Quinónico
O
Grupos Estructurales Importantes de Moléculas Orgánicas
O
ANHIDRIDO
O
AMINO
-NH
2
AMINA
H
R-C.NH2
H
IMINA
H
R-C-NH, R-CH-NH
O
R-C-NH2
IMINO
= NH
R-CH2OH
ETER
R-CH2-O-CH2-R
ESTER
0
R-C-O-R1
AMIDA
ALCOHOL
ALDEHIDO
H
R-C-O
R-CHO
R-C-O-C-R1
¡GRUPOS
REACTIVOS!
O
O
CARBOXILO
;
R-COOR1
O
O
R-C-OH, R-COOH QUINONA
O
Grupos Estructurales Importantes de Moléculas Orgánicas
ANIÓN
CARBOXILATO
R-C
O O
, R-COOO
ENOL
R-CH _ CH-OH
OH O
O
OH
HIDROXIQUINONA
O
CETONA
O
R-C-R 1 , R-CO-R1
O
CETO-ACIDO
O
H
R-C-COOH
O
C
H N
H
C
CARBONIL
INSATURADO
H HH
-C C-C O
PÉPTIDO
R
COOH
N
C
H
R
H
Son grupos cromóforos las cetonas, ceto-ácidos, iminos, quinonas, dobles enlaces C=N , C=S , N=N
y otros grupos (-NO, NO, etc.)
La Descomposición de Clorofenilos (pesticidas)
OCH2COOH
OH
COOH
OH
Cl
Cl
COH
Acido
glicólico
Acido diclorofenil
éter acético
+ Cl
+
Cl
Cl
OH
Polímeros
Cl
Rompimiento anillo
CO2+H2O
+Cl
COOH
COOH
Acido
clorosucínico
Acidos
alifáticos
Cl
Hipótesis de los Estudios de la M. O. S.
- La M.O.S está implicada en cadenas trófico-energéticas
- La actividad microbiana es discontinua en tiempo y espacio
- La mineralización produce CO2↑: El 90 % del CO2 desprendido es de
origen microbiano
- La M.O.S. está regulada por el factor productivo (producción áerea
y subterránea) y por el factor descomposición (temperatura,
humedad, textura, microbiología, flora, composición
minerológica), en un supuesto equilibrio
• Pero las actividades humanas (v. g.: la actividad agrícola) modifican
el equilibrio original, conduciendo a un nuevo equilibrio (dinámico).
Algunos Enzimas del Suelo: Enzimas Edáficos
•Celulasa (hidrolítica)
Grupos enzimáticos
del Suelo
1. Oxido-reductasas
2. Transferasas
3. Hidrolasas
4. Liasas (descarboxilasas)
•Amilasa (hidrolítica)
•Glucosidasa (hidrolítica)
•Galactosidasa (hidrolítica)
•Liquenasa (hidrolítica)
•Ureasa (amonificante-hidrolítica)
•Lipasa (hidrolítica)
•Asparaginasa (amonificante)
•Fosfatasa (hidrolítica)
•Desamidasa (amonificante)
•Fenoloxidasa (oxidante)
•Deshidrogenasas (oxidante)
•Proteasa (hidrolítica)
•Fitasas (hidrolítica)
•Pirofosfatasa (hidrolítica)
•Arilsulfatasa (hidrolítica)