microbiologia do solo parte 2. introdução (fonte: pelczar et al., 1993)

Microbiologia do Solo

Parte 2

Introdução

(Fonte: Pelczar et al., 1993)

Máquinadecompositora

Húmus

MS

MSMS

MSMS

Decomposição de restos vegetais no solo: máquina decompositoraoperada pelos microrganismos (Siqueira & Franco, 1988)

Microrganismooperário

MS

NitrogênioCarbonoFósforoPotássioCálcioMagnésioFerroEnxofreManganêsCobreoutros

Resíduos orgânicos

Transformações bioquímicas do carbono

• Fixação do CO2

• CO2 + 4H (CH2O)n + H2O

– plantas– bactérias verdes e púrpuras fotossintetizantes– algas– cianobactérias– bactérias quimiolitróficas– algumas bactérias heterotróficas:

» CH3COCOOH + CO2 HOOCCH2COCOOH

ácido pirúvico ácido oxaloacético


• Degradação de substâncias orgânicas complexas

• ex. celulose (40-50% dos tecidos vegetais)• hemiceluloses (10-30% dos tecidos vegetais)• lignina (20-30%)


Celulose celobiose (n moléculas) celulases

Celobiose 2 glicose -glicosidase

Glicose + 6CO2 6CO2 + 6H2O


Componentesda hemicelulose



(Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Ciclo redox do carbono


OxidaçãoRedução

• Oxidação do enxofre elementar– 2S + 2H2O + 3O2 2H2SO4

2H+ + SO4=

– ex. Thiobacillus thioxidans

Transformações bioquímicas do enxofre

• Utilização dos sulfatos– plantas– microrganismos

• S será incorporado a aminoácidos:» cistina» cisteína» metionina

degradação dos aminoácidos sulfurados– cisteina + H2O ácido pirúvico + NH3 + H2S


• Redução de sulfatos – anaerobiose

• 8H + CaSO4 H2S + Ca(OH)2 + 2H2O» Desulfotomaculum


• Oxidação de sulfato

– bactérias fototróficas• CO2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2S

enzimas/luz



H2S

S0

SO4=

Redução de sulfato(desassimilatória)

redu

ção

do e

nxof

re

oxidação do enxofreredu

ção

do s

ulfa

to

oxid

ação

do

sulfe

to

Sorgânico

mineralização

ThiobacillusThiotrixBeggiatoa

Chromatium

Aeróbica

Anaeróbica


Transformações bioquímicas do ferro


Mineração do Cobre


Transformações do mercúrio

Mercúrio:

- presente em baixíssimas concentrações nos ambientes naturais: 1 ng/L

mas,

- produto industrial amplamente utilizado

- componente ativo de muitos pesticidas

- acumula-se facilmente nos tecidos vivos

- alta toxicidade


Mineração de minérios de mercúrio + queima de combustíveis fósseis

40.000 ton de mercúrio/ano

Processos geoquímicos naturais *

Subproduto da indústria eletrônica: baterias e fios

Subproduto da indústria química

Queima do lixo municipal


Principal forma de mercúrio: Hg0 (volátil) (relativamente atóxico)

Hg2+ (forma predominante na água) (tóxico)

CH3Hg+ (muito tóxico)

CH3-Hg-CH3 (muito tóxico)

oxidação fotoquímica

metilação por microrganismos

metilação por microrganismos

PeixesHomem

redutase mercúrica

redutase mercúrica: produzida por bactérias Gram negativas resistentesao mercúrio



Mecanismo de redução de Hg2+ a Hg0 em Pseudomonas aeruginosa. (a) O operon mer. MerR pode atuar tanto como repressor (na ausência de Hg2+) ou ativador transcricional (na presença de Hg2+). (b) Transporte e redução de Hg2+. O Hg2+ é ligado por resíduos de cisteína nas proteínas MerP e MerT.

Biodegração do petróleo

Decomposição microbiana do petróleo e derivados:* grande importância econômica e ambiental

Fonte rica em matéria orgânica: prontamente atacada aerobicamente pormicrorganismos

Importância das enzimas oxigenases

Oxidação aeróbica de hidrocarbonetos:

Bactérias Bolores e levedurasCianobactérias e algas



Bactérias oxidantes de hidrocarbonetos associadas a gotículas de óleo. As bactérias concentram-se em grande número na interface óleo-água e não no interior da gotícula.


Cerca de 80% dos componentes não voláteis são oxidados por bactérias após um ano do derramamento.

Hidrocarbonetos ramificados e políciclicos: resistentes à oxidação

Parte do óleo pode migrar para os sedimentosproblemas de poluição das águas

Biodegração do petróleo(Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)


Biodegradação de xenobióticos


Pesticidas

Bifenis policlorados (PCB's: transformadores elétricos, indústrias produtoras de energia)

Munições

Corantes

Solventes clorados



Alguns compostos xenobióticos. Embora nenhum desses compostos seja de ocorrência natural, vários microrganismos são capazes de degradá-los (ver dados de persistência)

Aviões espalhando agente laranja (Vietnã). É uma mistura de dois herbicidas o 2,4-D e o 2,4,5-T. Foi usado como desfolhante pelo exército americano na Guerra do Vietnã.




Biodegradação do pesticida 2,4,5-T. (a) Crescimento de Burkholderia cepacia a partir de 2,4,5-T como única fonte de carbono e energia. A linhagem foi enriquecida a partir da natureza, pelo uso de um quimiostato para manter a concentração do herbicida baixa. Nesse caso o crescimento é aeróbio, na presença de 1,5 g/l de 2,4,5-T. A liberação de cloreto da molécula é um indicativo de biodegradação. (b) Via da biodegradação aeróbia de 2,4,5-T. Observe as etapas em que Cl– é liberado.

Biodegradação de polímeros sintéticos e plásticos biodgradáveis

Aterros sanitários:

- grandes quantidades de lixo sólido: papéis, alimentos, plásticos

- indústria do plástico: 40 bilhões de ton por ano

40% vão para os aterros sanitários

- plásticos: polímeros xenobióticos recalcitrantes:

por exemplo polietileno, polipropileno, poliestireno


Busca por alternativas biodegradáveis (biopolímeros):

*plástico fotodegradável: estrutura alterada sob luz UV

*plástico associado ao amido: amido incorporado à molécula

*plástico sintetizado por microrganismos:

poli-β-hidroxialconoatos (PHAs)

microbiologia do solo parte 2. introdução (fonte: pelczar et al., 1993)

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