Compuestos fenólicos - UAM-I

Compuestos fen¶olicos: origen, distribuci¶on y efectos en los
ecosistemas marinos
R o c ¶ ³o To r r e s A lva r a d o y L a u r a Ge o r g in a Ca lva B .
L a b . E c o s is t e m a s Co s t e r o s . D e p t o . H id r o b io lo g ¶ ³a . D .C.B .S . U A M-I
e -m a il: r t a @xa n u m .u a m .m x, c b lg @xa n u m .u a m .m x
Introducci¶
on.
Los ecosistemas marinos, que abarcan los grandes
oc¶eanos y las zonas costeras como bah¶³as y ambientes estuarinos-lagunares, presentan una gran diversidad de contaminantes org¶anicos entre los que se encuentran los compuestos fen¶olicos, los cuales pueden ser tanto de origen natural como arti¯cial o
¶
sint¶etico. Estos
pueden modi¯car las caracter¶³sticas
f¶³sicas y qu¶³micas de los ecosistemas, provocando
tambi¶en alteraciones en las funciones de los organismos acu¶
aticos, incluso su muerte, por ser sustancias altamente t¶oxicas.
drobenzoicos, nitrofenoles, clorofenoles, aminofenoles, metoxifenoles, fenoxifenoles, alquilfenoles, derivados de n¶
ucleos arom¶
aticos condensados (naftoles), y algunos productos resultantes de la degradaci¶
on de los plaguicidas (carbaril). Las propiedades de cada uno de estos compuestos qu¶³micos depender¶
an de la naturaleza de los grupos substituidos en el anillo benc¶enico (Train, 1979). Del total de
los compuestos fen¶
olicos conocidos, aproximadamente el 4% son producidos naturalmente y el 96% restante son de origen sint¶etico.
Fenoles naturales.
Son un grupo de substancias qu¶³micas org¶
anicas de
importancia biol¶
ogica, se encuentran formando parte de algunas estructuras celulares de las plantas y
arboles, mientras que otros se forman como produc¶
tos del metabolismo celular (metabolitos secundarios, entre ellos los °avones y °avonoles) o bien, son
producidos por algunos vegetales como compuestos
bactericidas. Los fenoles naturales se clasi¯can en:
De los diversos compuestos fen¶olicos que existen en los ecosistemas marinos, los m¶
as peligrosos son los de origen arti¯cial. La gran cantidad de ¶estos que son liberados a los ambientes marinos como resultado de las diferentes actividades humanas, ha provocado que sean considerados contaminantes cr¶³ticos prioritarios, entre los cuales est¶an: fenol, 2-clorofenol, 4-clorofenol,
2,4-diclorofenol, 2,4,6-triclorofenol, tetraclorofenol, pentaclorofenol, 2-nitrofenol, 4-nitrofenol, 2,3dinitrofenol, 4-metilfenol y 2,4-dimetilfenol (Alonso et al., 1998).
1. Fenoles vegetales simples, son monohidroxi o
polihidroxifenoles (Fig. 1). Algunos son secretados como substancias antibacterianas por las
macroalgas Laminaria japonica y L. cichorioides (Di Lorenzo et al., 1993; Dmitrieva, 1995),
mientras que otros se liberan como productos
de la transformaci¶
on metab¶
olica de compuestos arom¶
aticos y pueden ingresar al agua a partir del proceso de humi¯caci¶
on.
Debido al riesgo que representan, se han efectuado
diversos estudios acerca de su distribuci¶on en el ambiente marino, pero principalmente sobre los efectos que ocasionan sobre la biota y los aspectos relacionados con su biodegradaci¶on; ¶esta u
¶ltima, como
un factor clave que determina su persistencia en el
ecosistema.
2. Materiales de tinci¶
on, se encuentran almacenados en las vacuolas de los tejidos vegetales, lleg¶
andose a acumular en grandes cantidades en los tejidos secos. Los materiales de tinci¶
on se clasi¯can en hidrosolubles y condensados. Los hidrolizables (Fig. 2) son poli¶esteres
con sac¶
aridos y ¶
acido fenolcarbox¶³lico que en
presencia de ¶
acidos, ¶
alcalis y enzimas se desdoblan en sus componentes originales; los condensados pertenecen al grupo de los °avonoides (Fig. 3). Ambos tipos se disuelven en el
En el presente trabajo se hace una revisi¶on de la presencia de los compuestos fen¶olicos en los ecosistemas marinos, su ruta de entrada, distribuci¶
on, efectos en los organismos y cuales son los principales procesos involucrados en su degradaci¶on.
>Qu¶
e son los compuestos fen¶
olicos?
Son compuestos que se caracterizan por tener un
n¶
ucleo arom¶
atico unido a un grupo hidroxil, bajo esta de¯nici¶
on quedan incluidos el fenol propiamente dicho, los fenoles di y trih¶³dricos, los ¶
acidos hi31
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agua y por su bajo grado de polimerizaci¶
on
se pueden utilizar en la industria peletera para te~
nir. Dichos compuestos ingresan a los sistemas acu¶
aticos a trav¶es de la descomposici¶
on
de tejidos vegetales o por las descargas de las
aguas residuales de la industria peletera y maderera (Prousek, 1993).
Las ligninas son compuestos altamente polimerizados (Fig. 4), con un contenido elevado de grupos metoxil, siendo insolubles en el agua y representan del
20-30% de la masa total de la madera. Las ligninas pueden ingresar al sistema acu¶atico a partir de
los desechos de las industrias productoras de la celulosa o por los aportes de los restos de angiospermas vasculares terrestres.
Fenoles sint¶
eticos.
Los fenoles sint¶eticos o arti¯ciales son todos aquellos que son fabricados por el hombre o liberados como resultado de las diversas actividades industriales. En los Estados Unidos, aproximadamente el 2%
del total de la producci¶on de compuestos qu¶³micos
org¶
anicos son fenoles y constituyen una materia prima clave en diversas industrias. Entre los compuestos fen¶
olicos sint¶eticos est¶a el fenol propiamente dicho, el cual es una sustancia cristalizada, incolora, cuyo olor es caracter¶³stico; es c¶austico (corrosivo) y t¶
oxico, raz¶on por la cual se emplea como desinfectante, de hecho, es el desinfectante m¶as antiguo que se conoce, pero como es altamente t¶
oxico
se comenzaron a investigar otros fenoles, tales como
los polifenoles con sustituyentes alqu¶³licos (D¶evor¶e,
1979). Estos u
¶ltimos se utilizan en terap¶eutica para preparar medicamentos, espec¶³¯camente derivados del ¶
acido salic¶³lico; tambi¶en se emplean en perfumer¶³a y en la industria de los explosivos los utilizan para fabricar ¶acido p¶³crico. Asimismo, son materia prima en la industria de materias pl¶asticas (fenoplastos) y de textiles (nylon y perl¶on). Se usan tambi¶en para re¯nar petr¶oleo, fabricar colorantes, taninos sint¶eticos y hormonas vegetales, entre otros.
De los fenoles sint¶eticos, los clorofenoles son los m¶
as
comunes, son altamente t¶oxicos y persistentes en el
ambiente, estando en esta categor¶³a el pentaclorofenol (PCP) y el tetraclorofenol (TCP) que se utilizan en la preparaci¶on de plaguicidas (fungicidas
y herbicidas) y en la industria de la pulpa del papel, as¶³ como en conservadores de la madera; tambi¶en se forman durante los procesos de desinfecci¶
on de las aguas residuales (Wang y Muthukrishnan, 1995). Otros fenoles sint¶eticos incluyen el
½-nonilfenol (PNP) que es una mezcla de alquilfenoles que se usan para producir surfactantes ani¶
onicos
en la industria de los detergentes. En la Tabla 1 se
mencionan los principales compuestos fen¶
olicos descargados por diversas industrias.
Distribuci¶
on en el sistema acu¶
atico.
En la ¯gura 5 se presentan las rutas de entrada de los
compuestos fen¶
olicos a los ecosistemas acu¶
aticos, as¶³
como el comportamiento dentro de los mismos. Como puede observarse, existen tanto procesos naturales como antropog¶enicos que aportan compuestos
fen¶
olicos.
Con respecto a los aportes naturales, est¶
an los
p-hidroxifenoles y los dibromofenoles localizados en
las rodo¯tas marinas, los polifenoles que son un producto de la descomposici¶
on de algas y macro¯tas
acu¶
aticas, los fenoles totales derivados de la materia org¶
anica disuelta de origen terrestre y los ¶
acidos
fen¶
olicos que son el producto del rompimiento de
los ¶
acidos h¶
umicos; mientras que la lignina procede de las plantas terrestres; por su origen, los tres
u
¶ltimos suelen utilizarse como indicadores de entradas de materia org¶
anica al¶
octona a los ecosistemas
marinos (Hedges y Parker, 1976).
No obstante, la contaminaci¶
on del medio marino por
fenoles es causada principalmente por la descarga de
aguas residuales m¶
as que por la degradaci¶
on natural de la materia org¶
anica, destacando las aguas industriales procedentes del procesamiento del carb¶on,
re¯ner¶³as, producci¶
on de celulosa y madereras, tintoreas y la manufactura de plaguicidas, pl¶
asticos y resinas; a¶
un s¶³ las aguas de desecho industriales son tratadas por medio de una cloraci¶
on, se forman otros fenoles como el clorofenol, di y triclorofenol.
Una vez que los compuestos fen¶
olicos se localizan
en el agua, se pueden diluir con la misma o dispersarse en funci¶
on de la fuerza y direcci¶
on de las corrientes existentes en el ambiente marino; de igual
forma son susceptibles de experimentar un proceso de foto-oxidaci¶
on principalmente cerca de la super¯cie acu¶
atica, dicho proceso comprende la hidroxilaci¶
on del anillo, su condensaci¶
on y dimerizaci¶on y,
por u
¶ltimo, una eliminaci¶
on fotoinducida. La fotooxidaci¶
on es mayor en aguas transparentes, mientras
que en zonas costeras turbias, sujetas a la in°uencia
de grandes aportes °uviales, la foto-oxidaci¶
on disminuye (Bianchi et al., 1999). Aunado a lo anterior,
los fenoles pueden adsorberse a las part¶³culas suspendidas y precipitarse posteriormente. Por lo tanto, los compuestos fen¶
olicos en los ecosistemas marinos pueden estar tanto en la columna de agua como en el sedimento, y las concentraciones en que
¶estos se presentan var¶³an entre cada fase y tipo de
compuesto.
Compuestos fen¶olicos: origen, distribuci¶on y efectos. . . Roc¶³o Torres A. y Laura G. Calva B.
F ig . 1 . F e no le s v e g e ta le s simple s (Pro use k , 1 9 9 3 ).
F ig . 2 . M a te ria le s de tinc i¶o n. F e no le s hidro liz a ble s (Pro use k , 1 9 9 3 ).
33
34
ContactoS 44, 31{43 (2002)
F ig . 3 . M a te ria le s de tinc i¶o n. F e no le s c o nde nsa do s (Pro use k , 1 9 9 3 ).
F ig . 4 . Lig nina s (Pro use k , 1 9 9 3 ).
Compuestos fen¶olicos: origen, distribuci¶on y efectos. . . Roc¶³o Torres A. y Laura G. Calva B.
Tabla 1. Compuestos fen¶
olicos presentes en aguas de desecho industriales.
In d u s t ria
Industria de pulpa
de pa pe l
Pre se rv a c i¶o n
de ma de ra
Re ¯ne r¶ ³a
Ga si¯c a c i¶o n
de c a rb¶o n
C o nv e rsi¶o n de c a rb¶o n
M a nufa c tura
de c o q ue
Industria
te x til
M a nufa c tura
de c o lo ra nte s
M a nufa c tura
de pro duc to s
q u¶ ³mic o s
F a bric a c i¶o n
de pe stic ida s
C omp u e s t o
Gua ia c o l
V a inillina
A c ido v a n¶ ³lic o
N a PC P
4 ,5 ,6 -tric lo ro g ua ia c o l
3 ,4 ,5 ,6 -te tra c lo ro g ua ia c o l
Is¶o me ro s de te tra c lo ro fe no l
2 ,5 -x ile no l
3 ,4 -x ile no l
o -c re so l
m-c re so l
Pe nta c lo ro fe no l
o -c re so l
F e no l
m-c re so l
p-c re so l
2 ,3 x ile no l
2 ,6 x ile no l
F e no l
o -c re so il
m-c re so l
2 ,5 -dime tilfe no l
F e no le s
o -c re so l
m-c re so l
p-c re so l
x ile no l
no nilfe no l
o -o c tilfe no l
o -fe nilfe no l
F e no l
D initro fe no l
H idro x ia ntra q uino na
D ihidro x ia nta q uino na
Bro mo a ntra q uino na
p-nitro fe no l
p-a mino fe no l
F e no l
C re so l
2 ,6 di-t-butilfe no l
N o nilfe no l
F e nilfe no l
M e til-3 -(3 ,5 -di-t-butil-4 -hidro x ife nil)pro pio na to
H e x a de c il-3 -(3 ,5 -di-t-butil-4 -hidro x ife nil)pro pio na to
C lo ro fe no l
D ic lo ro fe no l
2 -nitro -p-c re so l
o -nitro fe no l
D initro -o -c re so l
2 ,4 -dic lo ro fe no l
is¶o me ro de hidro x ibife nil
*ND= No detectado; P= Presente
C on ce n t ra ci¶
on ( mg/l)
P
P
P
P
0 .4
0 .3
P
0 .8 2
0 .5
1 .4
2 .5
P
0 .1 2
0 .2
0 .7 5
5 6
8 1 7 7
1 5 4 7
P
P
P
P
2 4 0
P
P
P
P
P
P
P
1 9 0
3 2 0 0
N D
N D
2 0 0
P
P
0 .1 -0 .3
0 .0 7 -0 .1 5
0 .0 0 1 -0 .8
0 .0 5
N D
0 .0 2 5 -1 1
0 .0 0 2 -1 .4
0 .0 2
P
9 .3
1 .4
P
P
P
35
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F ig . 5 . C o mpo rta mie nto de lo s c o mpue sto s fe n¶o lic o s e n lo s e c o siste ma s ma rino s.
F ig . 6 . A lg a s v e rde s y dia to me a s a ) A lg a s v e rde s b) D ia to me a s.
Compuestos fen¶olicos: origen, distribuci¶on y efectos. . . Roc¶³o Torres A. y Laura G. Calva B.
De manera general se ha establecido que los fenoles naturales pueden encontrarse desde niveles no detectables hasta cantidades superiores a los 210 mg/l
(ppb, partes por bill¶on), en tanto que los sint¶eticos
abarcan un intervalo desde no detectables hasta 10
mg/l (ppm, partes por mill¶on). Las concentraciones m¶
as altas se han localizado en las zonas costeras en el ¶
area pr¶oxima a las descargas de r¶³os y decrecen hacia mar abierto; esta distribuci¶on se ha observado tanto en la columna de agua como en los sedimentos. En los sedimentos Hedges y Parker (1976)
determinaron un cambio cualitativo adem¶as del cambio cuantitativo, ya que los sedimentos de mar abierto conten¶³an altos niveles de p-hidroxifenoles que indican aportes provenientes principalmente de algas
y organismos marinos; mientras que los sedimentos
de zonas costeras conten¶³an b¶asicamente fragmentos de plantas terrestres o fenoles simples.
El comportamiento de los compuestos fen¶
olicos en
los ecosistemas marinos abarca tambi¶en su absorci¶
on
por diversos organismos; o bien, al acumularse en
los sedimentos pueden estar sujetos a los procesos
de degradaci¶on efectuados por los microorganismos
presentes en el sistema.
Absorci¶
on y efectos en los organismos.
La presencia de compuestos fen¶olicos en el agua
puede provocar un da~
no a las comunidades y poblaciones acu¶aticas, como en los an¶elidos, moluscos, crust¶
aceos, equinodermos y peces; cuando ¶estos
los absorben del medio a trav¶es de las branquias
o de la piel, los concentran en sus tejidos, pero
tambi¶en pueden ser liberados por difusi¶on pasiva a
trav¶es de las agallas o por medio de una desintoxicaci¶
on al formarse glucor¶onidos conjugados (fenil¯-glucor¶
onido). Los organismos acu¶aticos acumulan
los compuestos fen¶olicos cuando hay una administraci¶
on continua de ¶estos al medio, por ejemplo la mayor¶³a de los crust¶aceos cuando est¶an expuestos por
siete d¶³as a concentraciones constantes de TFM (3tri°uorometil-4-nitrofenol) acumularon 58 veces m¶
as
la concentraci¶on en sus tejidos con respecto a la del
agua; no obstante, si los organismos se transportaban a un sistema con agua limpia pudieron eliminar
los compuestos, tambi¶en se ha observado que las anguilas, con una concentraci¶on de 200 mg/kg de fenol en sus tejidos, pueden desechar el 75% del mismo
en aproximadamente 15 minutos y entre el 85-90%
en 4 horas en un medio sin contaminar. En general la concentraci¶on, estructura, pH de la substancia y del medio, as¶³ como la velocidad de incorporaci¶
on y el metabolismo del compuesto fen¶
olico determinan el grado en que ¶este afecta a los organismos, ya sea de manera cr¶onica o por una toxicidad
aguda.
37
1. Efectos cr¶
onicos.
Son los que se presentan a largo plazo y son producidos cuando los compuestos fen¶
olicos permanecen en
los organismos, donde act¶
uan desacoplando la cadena de la fosforilaci¶
on oxidativa, que es la u
¶ltima fase
del proceso de la respiraci¶
on; espec¶³¯camente capturan los electrones del °avin-adenin-dinucle¶
otido reducido (FADH2 ), dando como resultado una menor producci¶
on del compuesto energ¶etico denominado ATP (adenos¶³n trifosfato); por lo tanto, los organismos experimentan una p¶erdida de energ¶³a que
trastorna todas sus funciones.
Los efectos de la p¶erdida de energ¶³a se mani¯estan en diferentes procesos para los diversos organismos. En los seres microsc¶
opicos como las bacterias,
los fenoles presentes en los taninos inhibieron la actividad de las bacterias nitri¯cantes de los g¶eneros
Nitrosolobus y Nitrosospira a una concentraci¶on de
5 mg/ml (Bohlool et al., 1977); en otras bacterias como Escherichia coli desciende la actividad de la catalasa y de la deshidrogenasa con 50 mg/l de fenol, asimismo el 4, 6-trinitrofenol induce mutag¶enesis en la
misma bacteria. En los protozoarios se ha observado una alteraci¶
on de la movilidad celular y de la
actividad de la vacuola contr¶
actil con una concentraci¶
on de 75 mg/l de fenol, mientras que una concentraci¶
on de 100 a 200 mg/l produce una quimioatracci¶
on (Berk et al., 1990); en los mismos organismos, una cantidad de 10 mg/l del mismo compuesto reduce la incorporaci¶
on de ox¶³geno (Schultz y
Dumont, 1977).
En el caso de las microalgas, de manera general se
ha determinado que las cloro¯tas son m¶
as resistentes y las criso¯tas las m¶
as sensibles, mientras que
las ciano¯tas tienen una resistencia intermedia a los
compuestos fen¶
olicos (Fig. 6). Espec¶³¯camente en la
diatomea Nitzschia closterium una concentraci¶on de
46.13 mg/l de fenol inhibe el crecimiento, reproducci¶
on y contenido de cloro¯la a (Chen y Rong, 1991);
pero en Chlorella spp. y en Oscillatoria spp. hay
una disminuci¶
on de la fotos¶³ntesis y de la respiraci¶
on con una concentraci¶
on de fenol de 40-100 mg/l,
observ¶
andose que se requieren mayores concentraciones de fenol para inhibir la respiraci¶
on que las requeridas para detener la fotos¶³ntesis; otros compuestos
como el m-nitrofenol, 2, 4-dinitrifenol y 4,6-dinitroo-cresol son herbicidas para Chlorella pyrenoidosa
(Buikema et al., 1979; Joseph y Joseph, 1999).
En los animales, dentro del zooplancton, los de menor resistencia al fenol fueron los clad¶
oceros, al contrario de los cop¶epodos y ostr¶
acodos que tuvieron
una resistencia mayor. En el caso de los moluscos
(bivalvos) se ha documentado un desarrollo anormal
embrionario en el osti¶
on Crassostrea gigas y en el mejill¶
on Mytilus edulis con 0.1-1.0 mg/l de pentaclorofe-
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ContactoS 44, 31{43 (2002)
nol (PCP) (Alekseev y Antipin, 1976). En lo referente a los peces, en el esturi¶on se observ¶o la inhibici¶
on
de la formaci¶
on de la melanina con 40 mg/l de fenol, b¶
asicamente en las prelarvas, da~
n¶andose la pigmentaci¶
on del ojo; a esa misma concentraci¶on se inhibe la acumulaci¶on de grasa en el h¶³gado de los esturiones adultos. Del mismo modo, se determin¶
o una
inhibici¶
on del crecimiento en el salm¶on azul (Oncorhynchus nerka) con 1.74 mg/l de pentaclorofenol (PCP).
Entre los factores biol¶
ogicos (Buikema et al., 1979),
se pueden citar los siguientes:
Existen diferentes factores, tanto ambientales como
biol¶
ogicos, que pueden aumentar o disminuir el efecto cr¶
onico de los compuestos fen¶olicos sobre los organismos. Entre los factores ambientales destacan:
² Estacionalidad, generalmente las poblaciones de
peces en el verano son m¶
as sensibles a los fenoles que en el invierno; lo anterior, como resultado de que durante el verano la actividad metab¶
olica es superior debido al aumento de la
temperatura.
² Fot¶
olisis, aumenta o disminuye los efectos de los
compuestos fen¶olicos en funci¶on del tipo de los
productos ¯nales formados.
² Sinergismo, la toxicidad de los fenoles en ocasiones no s¶
olo se debe en s¶³ al compuesto puro, sino a su asociaci¶on con otros compuestos u otros
contaminantes que existen en el ambiente, dando lugar al fen¶omeno llamado sinergismo; por
ejemplo: el pentaclorofenol contiene clorofenoles y substancias ca¶
usticas insolubles, como los
dibenzofuranos clorados, altamente t¶oxicos (Plimer et al., 1973). Asimismo la presencia del
pentaclorofenol unida a una salinidad alta (45
ppm) presente en el ecosistema, reducen considerablemente la capacidad fagoc¶³tica e inducen cambios morfol¶ogicos en el abul¶on rojo (Haliotis rufescens) y en el abul¶on negro (H. cracherodii) (Martello et al., 2000). Qixing y Limei (1995) reportaron que despu¶es de 63 d¶³as
de exposici¶
on a la combinaci¶on de cromo y fenol, se inhib¶³a la reproducci¶on en los camarones marinos (Penaeus japonicus) y la acumulaci¶
on de fenol en sus tejidos aumentaba al incrementarse la concentraci¶on de cromo.
² pH, la toxicidad puede variar dependiendo de
las condiciones de acidez o alcalinidad existentes
en el medio, generalmente la toxicidad de los
compuestos fen¶olicos aumenta con pH ¶acidos.
² Temperatura, al aumentar la temperatura es mayor la sensibilidad de los organismos
acu¶
aticos hacia los compuestos fen¶olicos debido a que se incrementa su metabolismo
(Flerov, 1973).
² Concentraci¶on de ox¶³geno disuelto, al disminuir
la cantidad de ox¶³geno en el agua, los organismos aumentan su respiraci¶on y con ello son m¶
as
sensibles a los compuestos fen¶olicos debido a que
los absorben m¶as r¶apido.
² Degradaci¶
on microbiana, la descomposici¶
on por
parte de los microorganismos disminuye la toxicidad de muchos compuestos fen¶
olicos.
² Edad y talla de los organismos, en general los
organismos peque~
nos son m¶
as sensibles que los
organismos grandes.
² Substrato, ¶este es un factor importante para los
organismos bent¶
onicos que viven asociados al
fondo, ya que si no tienen un substrato adecuado donde ¯jarse son altamente sensibles a los
compuestos fen¶
olicos.
² Madurez sexual, se ha observado que los organismos sexualmente maduros son menos tolerantes que los juveniles, como sucede con los fenoles naturales y los lixiviados de la madera del
cedro rojo que son t¶
oxicos para las larvas del camar¶
on rosado.
2. Toxicidad aguda.
El efecto de los compuestos fen¶
olicos tambi¶en se presenta en per¶³odos cortos de tiempo y se caracteriza porque se produce una intoxicaci¶
on que provoca la muerte de los organismos.
La toxicidad depender¶
a de las propiedades estructurales y qu¶³micas de los compuestos fen¶
olicos, as¶³ como de la sensibilidad de los organismos sobre los que
act¶
uan. En lo que se re¯ere a la naturaleza qu¶³mica
de los compuestos fen¶
olicos, su toxicidad est¶
a en funci¶
on del tipo de compuesto, as¶³ como de la posici¶on
y n¶
umero de substituciones qu¶³micas presentes en la
mol¶ecula; por ejemplo, la toxicidad del fenol aumenta si hay substituciones por hidr¶
ogeno, yodo y bromo, determin¶
andose incluso que el yodofenol y el
bromofenol son m¶
as da~
ninos para los peces que el clorofenol. Tambi¶en se determin¶
o que la posici¶
on \orto" tiene efectos menores porque el hidr¶
ogeno en dicha posici¶
on es altamente vol¶
atil y soluble, entonces su efecto se aten¶
ua; por el contrario, la posici¶
on \para" es m¶
as t¶
oxica, como es el caso del mononitrofenol (Kopperman et al., 1974).
Respecto a la sensibilidad, ¶esta est¶
a en funci¶
on del
tipo de organismos sobre el que act¶
uan los fenoles, por ejemplo en un sistema anaerobio se ana-
Compuestos fen¶olicos: origen, distribuci¶on y efectos. . . Roc¶³o Torres A. y Laura G. Calva B.
liz¶
o la toxicidad de tres nitrofenoles sobre las bacterias sulfatorreductoras y las metan¶ogenas, determin¶
andose que la inhibici¶on sobre la metanog¶enesis
es mayor y disminuye en la sulfatorreducci¶
on, asimismo la toxicidad decreci¶o en el siguiente orden:
2,4-dinitrofenol>4-nitrofenol>2-nitrofenol (Uberoi y
Bhattacharya, 1997). En el grupo de las microalgas, los g¶eneros Skeletonema spp. y Phaeodactylum spp. son m¶as sensibles al 3,5-diclorofenol que
los cop¶epodos de los g¶eneros Acartia spp. y Mysidopsis spp. y que el osti¶on Crassostrea gigas (Bjoernestad et al., 1993). En otro estudio se observ¶
o
que los invertebrados como el cop¶epodo Tisbe battagliai muere en un lapso de 96 horas cuando se expone a una concentraci¶on de 125-500 ¹g/l de nonifenol, pero una concentraci¶on de 62 mg/l da la sobrevivencia del 6% de la poblaci¶on, n¶
umero su¯ciente para que ¶esta se vuelva a incrementar. Otros invertebrados como el camar¶on rosado adulto son altamente sensibles a los efectos t¶oxicos de los fenoles a una concentraci¶on de 1.5-184 mg/l, sin embargo, los turbel¶aridos son m¶as tolerantes a la misma
concentraci¶
on. En el caso de los vertebrados, para los peces una concentraci¶on de fenol a 44.5-412
mg/l es t¶
oxica despu¶es de 96 horas.
En cuanto a los peces, la intoxicaci¶on se desarrolla en cuatro fases que se han descrito detalladamente: a) una pronunciada actividad motora, b)
p¶erdida del equilibrio, c) convulsiones, d) p¶erdida total de la actividad motora y por u
¶ltimo, la muerte. Cuando el fenol es absorbido, hay un incremento del mucus de las c¶elulas secretoras de la piel en
los organismos porque se ha desarrollado un tejido
necr¶
otico; posteriormente los vasos sangu¶³neos se llenan con sangre y se presentan eritrocitos extravasculares, las branquias se in°aman y experimentan hemorragias. Hay in¯ltraci¶on de suero y sangre coagulada en las meninges del cerebro, as¶³ como una hiperanemia en el cerebelo y m¶edula oblonga, lo que ocasiona la tumefacci¶on del cerebro.
El m¶
usculo card¶³aco recibe un menor aporte de sangre, por lo cual tiene ¯suras que terminan por provocar la desintegraci¶on del ¶organo. En el sistema sangu¶³neo hay inmadurez de los eritrocitos y destrucci¶
on de los mismos, por lo cual se reduce la formaci¶
on de hemoglobina. En el tracto digestivo se presenta una disminuci¶on de las c¶elulas mucosas; en lo
que respecta al h¶³gado, se desarrollan granulaciones, existiendo una ruptura de las membranas externas y aparici¶on de ¶areas necr¶oticas; en el ri~
n¶
on se
presentan los mismos s¶³ntomas, siendo en ambos casos el resultado de una hiperanemia (Schultz et al.,
1978; Bucher y Hofer, 1993).
39
Degradaci¶
on.
El fenol puede ser degradado por reacciones abi¶oticas
y por medio de la actividad microbiana (WHO,
1994). Durante la descomposici¶
on microbiana, llevada a cabo principalmente en el sedimento, se pueden
degradar diferentes compuestos fen¶
olicos, as¶³ como
plaguicidas que producen intermediarios fen¶olicos.
La degradaci¶
on involucra en su mayor¶³a procesos aerobios, efectuados principalmente por bacterias de
los g¶eneros Bacillus spp., Micrococcus spp. y Pseudomonas spp. que toleran concentraciones de 10-25
g/l de fenol; y en menor proporci¶
on por mecanismos
anaerobios como la desnitri¯caci¶
on, la sulfatorreducci¶
on y la metanog¶enesis; cabe se~
nalar que cualquiera
que sea el proceso de descomposici¶
on, ¶esta se di¯culta conforme aumenta el peso molecular de los grupos
substituidos, por ejemplo, las ligninas son dif¶³ciles de
degradar tanto en condiciones aerobias como anaerobias; aproximadamente del 4-15% de la lignina se
descompone aproximadamente en 30 d¶³as y 20 semanas despu¶es a¶
un permanece entre el 30-70% de
la misma; se debe mencionar que la descomposici¶
on de la lignina se debe b¶
asicamente a la acci¶on
de los hongos del g¶enero Basidiomycotia sp. (Yamamoto et al., 2000).
En el proceso aerobio de la biodegradaci¶on de
los compuestos fen¶
olicos participan primordialmente bacterias del g¶enero Pseudomonas spp.
El mecanismo de biodegradaci¶
on de los fenoles y los ¶
acidos fen¶
olicos requiere de la introducci¶
on de un grupo hidroxial, proceso mediado por mono-oxigenasas; posteriormente se lleva a cabo la divisi¶
on del n¶
ucleo, la que se puede efectuar de dos maneras: \orto" y \meta", cualquiera que ¶esta sea debe de haber al menos dos grupos hidroxi en orientaci¶
on \orto"¶o \para"; la ruptura del anillo requiere de la presencia de ox¶³geno y es mediada por dioxigenasas para formar ¶
acidos alif¶
aticos y aldeh¶³dos
(Chapman, 1972).
Durante la degradaci¶
on aerobia de los compuestos fen¶
olicos se ha observado en el sedimento una
zonaci¶
on vertical, lleg¶
andose a reportar aproximadamente 105 ufc/g (unidades formadoras de colonias/gramo) en los estratos superiores del mismo,
dominando las bacterias gram positivas del g¶enero
Bacillus sp.; por el contrario, en los estratos inferiores abundan las bacterias gram negativas, identi¯c¶
andose Psedudomonas stutzeri, P. °uorescens,
Aeromonas sp. y Actinobacter sp. (Feidieker et
al., 1994). Las bacterias del g¶enero Pseudomonas
spp. son capaces de degradar diversos compuestos fen¶
olicos, entre ellos: fenol, 2-clorofenol, 2,1diclorofenol, 4-cloro-3-metilfenol, 2,4-dimetilfenol, 2nitrofenol y 4-nitrofenol gracias a la capacidad que
40
tienen para usar estos contaminantes org¶anicos como fuente de carbono y energ¶³a por la presencia de
una prote¶³na reguladora en su sistema gen¶etico, la
DmpR (Wise y Kuske, 2000).
En lo que se re¯ere al metabolismo anaerobio, de
acuerdo a la composici¶on de los fenoles puede haber
procesos de decloraci¶on o una debrominaci¶on. En el
caso de los clorofenoles la biodegradaci¶on se lleva a
cabo a trav¶es de varias decloraciones sucesivas en las
cuales el cloro es reemplazado por hidr¶ogeno, dando como resultado la formaci¶on de productos menos
t¶
oxicos y m¶
as f¶acilmente de ser degradados posteriormente por v¶³as aerobias. Es importante mencionar que en la decloraci¶on hay una preferencia de los
microorganismos implicados en llevarla a cabo, por
la remoci¶
on del cloruro en posici¶on \orto", en tanto que la remoci¶on de las posiciones \meta" y \meta/para" s¶
olo se han determinado en el 3,5 y 3,4diclorofenol (Susarla et al., 1997).
La degradaci¶
on de los fenoles clorados, bromofenoles, nitrofenoles y metilfenoles bajo condiciones anaerobias incluye los procesos de desnitri¯caci¶
on, sulfatorreducci¶on y metanog¶enesis; requiri¶endose adem¶
as la participaci¶on de consorcios bacterianos (agrupaciones de dos especies bacterianas), donde el segundo microorganismo generalmente metaboliza el anillo arom¶atico (Young, 1987). Holub et al., (2000) evaluaron la degradaci¶on de compuestos fen¶
olicos con la micro°ora desnitri¯cante presente en los sedimentos de re¯ner¶³as y determinaron que el fenol se remueve e¯cientemente entre 30-35± C, present¶andose al mismo tiempo una reducci¶on completa del nitrato a nitrito.
En lo que respecta a la sulfatorreducci¶
on, es el mecanismo dominante en sedimentos estuarinos y permite la descomposici¶on aproximadamente de 0.1 mM de 2-clorofenol, 3-clorofenol,
4-clorofenol y 2,4-diclorofenol en un per¶³odo de 120 a
220 d¶³as (Young y Haggblom, 1990). En otros trabajos efectuados en los sedimentos de la Bah¶³a de Nueva Jersey (Estados Unidos) se aisl¶o la bacteria sulfatorreductora Desulfovibrio sp., capaz de degradar el 2,4,6-tribromofenol cuando crece con lactato (Boyle et al., 1999); tambi¶en en sedimentos estuarinos se detect¶o la degradaci¶
on del 4-clorofenol, 4-cloro-2-°uorofenol y
del 4-cloro-3-°uorofenol por un consorcio de sulfatorreductores (Haggblom, 1998). De igual forma se produce la degradaci¶on anaerobia de los fenoles en reactores, con cultivos de bacterias metan¶
ogenas, las cuales al utilizar acetato como substrato pueden transformar el 2, 4, 6-triclorofenol
(TCF) a 4-clorofenol (4CF) (El Fantroussi
et al., 1998).
ContactoS 44, 31{43 (2002)
Los procesos de degradaci¶
on, tanto aer¶
obicos como
anaer¶
obicos de los compuestos fen¶
olicos pueden verse afectados por diversos factores ambientales como
la temperatura, la concentraci¶
on de ox¶³geno disuelto
y la salinidad. Gericke y Rheinheimer (1991) determinaron que en el estuario del R¶³o Elba (Francia) la
degradaci¶
on del paranitrofenol (PNP) es mayor durante el verano debido al incremento de la temperatura y decrece en el invierno; asimismo, en sistemas estuarinos la descomposici¶
on es mayor que en
mar abierto debido a que en ¶este u
¶ltimo se presenta un aumento de la salinidad. Por u
¶ltimo, la mineralizaci¶
on de los compuestos fen¶
olicos es m¶
as r¶
apida
bajo condiciones aerobias que en ambientes anaerobios, por consiguiente en aquellos sedimentos donde no exista ox¶³geno, los fenoles persisten por m¶as
tiempo, incluso a~
nos, tal como en el caso de los sedimentos estuarinos (Siragusa y De Laune, 1986).
Efectos est¶
eticos en los ecosistemas.
Los fenoles adem¶
as de tener un efecto sobre los organismos, representan un problema est¶etico para el
ambiente acu¶
atico ya que alteran las caracter¶³sticas
de sabor y olor, sobre todo los diclorofenoles que se
forman durante el tratamiento de las aguas residuales; una concentraci¶
on de 28 ¹g/l de fenol desarrolla un olor intenso y un color que va desde tonalidades amarillas hasta caf¶es; con el objetivo de evitar los problemas est¶eticos provocados por la descarga de aguas negras con altos contenidos de fenoles,
la E.P.A. (Environmental Protection Agency) estableci¶
o una reglamentaci¶
on donde ¯ja los l¶³mites permisibles para la descarga de aguas residuales (Tabla 2).
Conclusiones.
Los compuestos fen¶
olicos son contaminantes
org¶
anicos comunes en los ecosistemas marinos, principalmente en las zonas costeras donde son introducidos a partir de las descargas de aguas de desecho industriales de diversos tipos, as¶³ como los que provienen de la vegetaci¶
on.
Los fenoles presentes en estos sistemas son basicamente de origen arti¯cial o sint¶etico, m¶
as que naturales, y varios de ellos est¶
an considerados como contaminantes cr¶³ticos prioritarios, representando un grave riesgo para los ecosistemas porque modi¯can sus caracter¶³sticas f¶³sicas y qu¶³micas, adem¶
as por los efectos t¶
oxicos, tanto cr¶
onicos como agudos, que tienen sobre los organismos que habitan en dichos ambientes. Aunque muchos de los compuestos fen¶
olicos pueden ser degradados por los microorganismos aerobios y anaerobios, algunos tienen una gran persistencia en el ambiente, principalmente cuando se adsorben en los sedimentos anaerobios. Por lo tanto, es necesario continuar con las investigaciones que eval¶
uen el ries-
Compuestos fen¶olicos: origen, distribuci¶on y efectos. . . Roc¶³o Torres A. y Laura G. Calva B.
41
T a bla 2 . C rite rio s de c a lida d de l a g ua pa ra c o mpue sto s fe n¶o lic o s de a c ue rdo a la E.P.A .
(Env iro nme nta l Pro te c tio n A g e nc y e n Esta do s U nido s)
C omp u e s t o
F e no l
2 C lo ro fe no l
2 ,4 -D ic lo ro fe no l
3 -C lo ro fe no l
4 -C lo ro fe no l
D ic lo ro fe no le s
T ric lo ro fe no le s
T e tra c lo ro fe no le s
M o no c lo ro c re so le s
D ic lo ro c re so le s
T ric lo ro c re so le s
T e tra c lo ro c re so le s
Pe nta c lo ro fe no l
2 ,4 -D ime tilfe no l
4 -N itro fe no l
3 -N itro fe no l
2 -N itro fe no l
2 ,4 -D initro fe no l
4 ,6 -D initro -o -c re so l
Otro s dinitro c re so le s
T o do s lo s dinitro fe no le s
T o do s lo s trinitro fe no le s
T o do s lo s te tra nitro fe no le s
B a s e
Pa ra
e ne l
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pa ra
Pro te
Pre v e
Pro te
Pro te
Pro te
Pro te
Pro te
Pro te
Pro te
Pro te
Pro te
s
C rit e rio ( mg/l)
pre v e nir o lo re s y sa bo r
a g ua y v ida a c u¶a tic a
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
pre v e nir e l ma nc ha do
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
nir o lo re s; c a rc in¶o g e no
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
c c i¶o n de la v ida a c u¶a tic
go de los compuestos fen¶olicos sobre los ecosistemas marinos, as¶³ como las medidas para atenuar sus efectos.
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a
a
a
a
a
a
a
a
0 .0 5
0 .0 1
0 .0 2
4 .0 0
1 .0 0
0 .0 2
0 .4
1 .0 0
0 .1 0
0 .0 2
0 .4
1 .0 0
0 .5 0
2 8 .0 0
1 0 0 .0 0
5 0 0 .0 0
2 5 0 .0 0
1 0 .0 0
3 .0 0
3 .0 0
3 .0 0
3 .0 0
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