ciclos biogeoquímicos aula4 2014

BIOLOGIA AMBIENTAL

Tecnologia em Saneamento Ambiental

Prof. Mestranda Alexandra Zampieri & Prof. Mestranda Graziele Ruas

2 Sem 2014

CICLOS BIOGEOQUMICOS AULA 4

Qual o papel dos microrganismos nos ecossistemas?

Produo primria

Fabricao de Matria Orgnica

de CO2

Produtores Primrios

Fabricao de outros compostos

inorgnicos

Decomposio

Decompositores

Oxidao e Reduo

Respirao

Quimiossntese

Biologia Ambiental 2014 2

Nutrio Microbiana


As substncias ou elementos retirados do meio ambiente e usados para construir novos componentes celulares so chamados NUTRIENTES!!

Carbono, Oxignio,

Hidrognio, Nitrognio, Fsforo e Enxofre

(90% da composio celular)

Potssio, Clcio, Ferro, Mangans

(10% da composio celular)

Macronutrientes Micronutrientes

Tipos Nutritivos do Seres Vivos

Autotrficas fototrficas

Fonte de C - inorgnica Energia luz

Autotrficas quimiotrficas Fonte de C inorgnica Energia oxidao de compostos inorgnicos

Heterotrficas fototrficas Fonte de C orgnica Energia - luz

Heterotrficas quimiotrficas Fonte de C orgnica Energia oxidao de compostos orgnicos


Tipos Nutritivos de Seres Vivos


Fonte de C

Energia

Autotrficas Fototrficas

Inorgnica

CO2

Luz

Autotrficas Quimiotrfica

s

Inorgnica

CO2

Oxidao de Compostos Inorgnicos

Heterotrficas Fototrficas

Orgnica

Luz

Heterotrfica Quimiotrfica

s

Orgnica

Oxidao de Compostos Orgnicos

FONTES DE ENERGIA

Principais fontes de energia usadas pelos microrganismos:

Sol;

Compostos Orgnicos;

Compostos Inorgnicos Reduzidos.


Processos Quimiorganotrficos

So processos de oxidao da matria orgnica para obter energia (ATP).

Respirao =>

e- /Receptor: O2 (Aerbia)

e-/ Receptor: SO2, NO2, CO2 (Anaerbia)

Fermentao => no h cadeia de transporte de eltrons. O ATP gerado pela oxirreduo de cadeias orgnicas. (No h oxidante).



Ferm

en

ta

o

FERMENTAO


RES

PIR

A

O


Ciclos Biogeoqumicos

Carbono;

Oxignio;

Enxofre;

Nitrognio;

Fsforo; e

Ferro.

Reservatrios

Atmosfera: C (CO2)e N (N2);

Litosfera: C (Carbonato de Clcio), S (Sulfato e Sulfeto) e P (Feldspato);

Hidrosfera: C (Carbonato), N (Amnia e Nitrato) e P (Fosfato).

Biosfera.


As principais reaes bioqumicas so de oxirreduo


CICLO DO CARBONO


BIODEGRADAO ANAERBIA

Matria Orgnica

Microrganismos Anaerbios

CH4+ CO2

BIOGS


DECOMPOSICAO DA MATRIA ORGANICA

Decomposio da Matria Orgnica, influenciada por:

Nutrientes presentes;

Condies Ambientais

Comunidades Microbianas Presentes



Mineralizao: decomposio da MO para compostos inorgnicos.

CICLO DO ENXOFRE

O enxofre encontrado no ambiente como sulfato (CaSO4, p.ex.) e sulfeto (FeS2), alm do enxofre elementar (S0) encontrado principalmente nos oceanos;

O ciclo do enxofre compreende transformaes entre os compostos em que o enxofre apresenta vrios nveis de oxidao ( de -2 no H2S , at +6 como SO4

-2);

Molcula de aminocidos = H, O, N e S


Ciclo do Enxofre

Transformaes que ocorre com o Enxofre:

Mineralizao ou decomposio de S orgnico com liberao de formas inorgnicas;

Imobilizao ou converso do S inorgnico em compostos orgnicos dos microrganismos;

Produo de Sulfetos pela reduo de Sulfatos;

Produo de formas volteis;

Oxidao do S elementar ou outras formas reduzidas.


Ciclo do Enxofre

MINERALIZAO

As formas orgnicas do S so mineralizadas por organismos do solo para que possam ser utilizadas pelos vegetais (depende da umidade, pH, Temperatura) => as condies ambientais devem ser adequadas.


Enxofre

Orgnico (Protenas e etc)

Produtos em Decomposio (H2S e outros

Sulfetos)

Sulfatos

CICLO DO ENXOFRE

A degradao de matria orgnica contendo enxofre leva a formao de H2S.

Respirao Anaerbia

Realizada pelas bactrias sulforredutoras, um grupo muito verstil de bactrias, capazes de utilizar uma ampla gama de substratos.


Ciclo do Enxofre

As bactrias Sulforredutoras podem ser dividas em dois grupos: bactrias sulforredutoras que oxidam seus substratos de

forma incompleta at o acetato. A esse grupo pertencem a maioria das espcies dos gneros Desulfovibrio, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfomicrobium, Desulfobotulus e Desulfomonile.

bactrias sulforredutoras que oxidam seus substratos completamente at o gs carbnico. A esse grupo pertencem espcies dos gneros Desulfotomaculum, Desulfobacterium, Desulfuromonas (So), Desulfurella (So), Desulfobacter e Desulfobulbus.


Ciclo do Enxofre

A reduo de sulfatos e Enxofre um processo comum em gua sulfurosas ou ricas em matria Orgnica (Efluentes e Pantnos) ocorre em pH de ~2 at 9.


Ciclo do Enxofre

A oxidao do enxofre ocorrente nos solos de natureza bioqumica e realizada por um grupo de bactrias autotrficas, inclusive do gnero Thiobacillus.

Exemplo de oxidao com o sulfeto de hidrognio e enxofre elementar:


Thiobacillus

Encontrado no solo e em ambientes aquticos:

Quando em ambientes aquticos pode produzir cido Sulfrico que pode causar corroso de concreto e metal;

No solo aumenta a fertilidade, liberando Sulfato.


Thiothrix

Filamentoso;

Quimiotrfico Oxida H2S;

Armazena grnulos de enxofre;

encontrado em Ambientes aquticos com altas concentraes de H2S e uma fonte de carbono orgnica;

Mixotrfico Utiliza fonte inorgnica de energia e uma fonte orgnica

de carbono.


Beggiatoa

Filamentoso;

Encontrado em ambientes com altas concentraes de H2S;

Metabolicamente verstil Pode Oxidar H2S;

Deposita enxofre internamente;

Pode utilizar acetato como fonte de carbono (heterotroficamente);

Pode incorporar CO2 autotroficamente.


CICLO DO NITROGNIO

Aparece no ambiente na forma de:

Compostos Inorgnicos (Amnia) NH3, (Nitrato) NO3 e (Nitrito) NO2;

Compostos Orgnicos: aminocidos, purinas, etc;

Sob forma de Gs (N2) aproximadamente 72% da composio do ar atmosfrico.


Ciclo do Nitrognio

A maioria dos seres vivos incapaz de utilizar o nitrognio diretamente da atmosfera e incorpor-lo a suas molculas. Apenas algumas bactrias e

cianofceas conseguem fazer catalise pelo nitrogenase;

Requer grandes quantidades de ATP.


Ciclo do Nitrognio


Ciclo do Nitrognio

A forma inorgnica mais prontamente assimilvel pelos microrganismos a Amnia;

Outra forma inorgnica que assimilvel o Nitrato ( utilizada por grupos de microrganismos que possuem enzimas catalticas especificas de reduo de nitrato a amnia).


Ciclo do Nitrognio

QUIOMISSNTESE

NITRIFICAO (2 ETAPAS)


Nitritao: transformao da amnia a nitrito (Nitrossomonas)

Nitratao: Transformao do Nitrito a Nitrato (Nitrobacter)

Ciclo do Nitrognio

Processo de Desnitrificao

Ocorre em ambiente Anaerbio;

As Pseudomonas reduzem Nitrato a N2 e N2O.


CICLO DO FSFORO

No tem componente gasoso;

Formas

Fsforo Orgnico;

Ortofosfato;

Polifosfato.

Muitas vezes limitante para produo primria.


Ciclo do Fsforo

Ortofosfatos


CICLO DO FSFORO


CICLO DO FSFORO

O intemperismo das rochas por longos perodos a principal forma de liberao de fsforo para o solo;

H liberao de P atravs da decomposio:

As bactrias Fosfatizadoras convertem o fsforo orgnico em ons fosfatos.

As plantas assimilam o fsforo como ons fosfatos do solo ou gua;


CICLO DO FSFORO

Qual a importncia do Fsforo??

Formao da ATP (Adenosina Trifosfato);

A ATP uma molcula com energia potencial que pode ser facilmente utilizado pelas clulas ou microrganismos.


CICLO DO FSFORO

Qual a importncia do Fsforo?

Composio do DNA (cido Desoxirribonucleico)

Compostos orgnico sintetizada pelas clulas, contm as instrues genticas que coordenam o desenvolvimento, funcionamento e reproduo.


CICLO DO FSFORO


CICLO DO FERRO

encontrado principalmente na forma oxidada (on frrico), mas preferencialmente assimilvel na forma reduzida (ons ferroso);

O ferro importante para vrias bactrias fazendo parte de protenas e enzimas;

Pode ser o nutriente limitante para produo nos oceanos.


CICLO DO FERRO


CICLO DO FERRO

Quimiossntese

Respirao Anaerbia


Outros Nutrientes

Magnsio Associado a cidos nuclicos;

Os Microrganismos o armazenam.

Clcio

Potssio Importante na sntese proteica, atua como cofator.

Zinco Essencial para atividade enzimtica,

principalmente DNA e RNA.


DOENCAS DE VEICULAO HDRICA


PERGUNTAS

O que respirao? O que fermentao? Diferencie.

Diferencie os microrganismos Quimioheterotrofos dos Fotoheterotrofos.

Porque o Fsforo (P) importante para os microrganismos?

Quais so as implicaes da presena de H2S (Sulfeto) em um efluente?


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