INTERAÇÃO MICRO-ORGANISMOS E MEIO AMBIENTE - CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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1 INTERAÇÃO MICRO-ORGANISMOS E MEIO AMBIENTE - CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Profa. Dra. Vivian C. C. Hyodo 1

2 Diagrama de produção fotossintética e do consumo orgânico numa floresta, mostrando fontes, fluxos de energia, sumidouro de calor, reciclagem e o balanço de entradas e saídas. Disponível em: 2

3 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Organismos biológicos e seus ambientes geológicos litosfera ou atmosfera Movimento dos elementos químicos CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Ciclos de nutrientes gasosos Carbono, oxigênio e nitrogênio Atmosfera reservatório Ciclo de nutrientes sedimentares Litosfera reservatório Elementos liberados ação do clima Fósforo, enxofre, iodo, etc 3

4 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Ciclos de nutrientes gasosos 4

5 COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA TERRESTRE acesso em 11/06/2012 5

6 CICLO DO CARBONO Elemento mais significativo 49% do peso seco dos organismos Volta ao ambiente rapidamente Envolve fase gasosa CO2 Variações diárias e sazonais Fatores geográficos e variados influenciam na sua retirada pela fotossíntese e retorno pela respiração Carbono na forma orgânica 0,01% Principal reserva de carbono inorgânica 6 99% na forma sedimentar

7 CICLO DO CARBONO - acesso em 11/06/2012 7

8 Importância do carbono Base de construção de moléculas orgânicas Vida: membranas, DNA, tecidos, etc. Estoque de energia: açúcares, lipídeos, proteínas, petróleo, carvão, gás, etc. Regulação do clima: CO 2 e CH 4 Efeito estufa: importante para manutenção da temperatura, aquecimento da Biosfera 8

9 Ciclagem biológica do carbono Fixação do CO2 Fotossíntese dos produtores Retorno para a atmosfera Atividade respiratória de produtores e consumidores quantidade razoável Atividade respiratória dos decompositores Processamento de materiais livres Processamento de restos mortos de outros níveis tróficos Processos não-biológicos Combustão Retorno mais substancial 9

10 O CO2 tem papel crítico sobre o controle do clima na Terra - absorve, reflete e espalha a radiação solar 10

11 Composição dos gases que têm aumentado na atmosfera, provocando o efeito estufa 11

12 CICLO DO OXIGÊNIO

13 Ciclo do Nitrogênio N 2 : 78% da composição da atmosfera Compostos de nitrogênio: fundamentais para a vida (aminoácidos, proteínas em geral: tecidos musculares, hormônios, DNA, etc.) N: Macro-nutriente essencial para os seres vivos Aquecimento global: ênfase ao ciclo do carbono (CO 2 e CH 4 ) N 2 O: óxido nitroso : gás de efeito estufa (molécula com 296 vezes mais potente que o CO 2 ) Contaminação da água, eutrofização, chuva ácida, formação de ozônio na troposfera (fertilizantes humanos). 13

14 Ciclo do Nitrogênio A forma gasosa do N2 não pode ser usada pela maioria dos organismos Não é liberado na forma gasosa como um produto de excreção Envolvimento biológico no ciclo muito mais complexo, complicado, ordenado e específico Reservatório Forma inorgânica amônia, nitrito e nitrato Forma orgânica ureia, proteína e ácido nucléico 14

15 Etapas do ciclo do Nitrogênio Fixação do Nitrogênio Conversão de N2 em amônia (NH3) e nitrato (NO3) Fixadores simbiontes de nitrogênio Bactérias (principalmente), fungos e algas Geralmente terrestres 100X mais significativa que as livres Rhizobium leguminosas Alnus planta não-leguminosa Bactérias do intestino de certos tipos de cupim Fixadores de nitrogênio livres Bactérias, algas e talvez alguns outros micro-organismos Terrestres e aquáticos 15

16 Etapas do ciclo do Nitrogênio Amonificação Permite que haja reciclagem sem a necessidade de que todo o processo seja reiniciado desde o N2 atmosférico Conversão dos nitratos à forma orgânica Metabolismo de proteínas e ácidos nucléicos uréia Humanos e outros organismos Ácido úrico Pássaros e alguns insetos Bactérias e heterótrofas e fungos do solo e da água Ureia ou ácido úrico amônia 16

17 Etapas do ciclo do Nitrogênio Nitrificação Conversão da amônia em nitrato Processo lento em condições ácidas DUAS ETAPAS NH3 NO2 NO2 NO3 Denitrificação NO3 N2 Bactérias denitrificantes em situações anaeróbicas nitrato como fonte de oxigênio 17

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19 CICLO DO NITROGÊNIO acesso em 11/06/2012

20 Nódulos nas raízes de uma leguminosa. Relação de mutualismo entre Rhizobium e leguminosa. 20

21 Alnus glutinosa (L.) Gaertn. (image from: ml) 21

22 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Ciclos de nutrientes sedimentares 22

23 Ciclo do Enxofre Aminoácidos cisteína e metionina Significância crítica para o metabolismo e crescimento papel na ligação das proteínas Absorção de sulfato (SO4) pelos produtores Liberação e transformação em variedade de formas Sulfidril (SH) Sulfito de hidrogênio (H2S) Sulfitos (SO3) Enxofre molecular (S) Ciclo complexo 23

24 Ciclo do Enxofre Assimilação e liberação de enxofre pelos vegetais Absorção de sulfatos inorgânicos sulfato de cálcio e sulfato de sódio Assimilação direta de aminoácidos liberados na decomposição de matéria orgânica morta ou excretada Participação de fungos e bactérias Bactérias anaeróbicas redutoras de sulfatos Liberação de quantidades significativas de O2 ligados a sulfatos 24

25 Ciclo do Enxofre Enxofre da atmosfera Dióxido de enxofre (SO2) Decomposição ou combustão de matéria orgânica Combustão de combustíveis fósseis Dispersão das superfícies oceânicas Erupções vulcânicas SO2 SO3 SO3 H2O H2SO4 CHUVA ÁCIDA 25

26 CICLO DO ENXOFRE - acesso em 11/06/

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28 Ciclo do fósforo Ocorre em poucas formas químicas Componente de membranas celulares DNA Compostos orgânicos fosfatos plantas Reservatório Rochas e outros depósitos Erosão Aves marinhas depósitos de guano 28

29 CICLO DO FÓSFORO - acesso em 11/06/2012 As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm fosfatos na água e no alimento. 29

30 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Ciclo da água 30

31 Ciclo da água Alta capacidade de absorver e reter calor Fundamental no metabolismo dos seres vivos Dissolve compostos Reage para formar moléculas complexas Alta tensão superficial Movimentação e retenção da água em pequenos poros Solidificação Molécula que se expande ao congelar 31

32 CICLO DA ÁGUA 32

33 Reservatórios globais Fonte: Botkin & Keller (2005) 33

34 Conclusão Os elementos químicos essenciais à vida tendem a circular na biosfera Ambiente Organismos Os micro-organismos são cruciais para as trocas básicas entre os organismos e o ambiente Embora haja uma interação entre os componentes biológicos, químicos e geológicos dos ciclos, há um controle biológico significativo sobre os fatores químicos no ambiente. 34

35 BIBLIOGRAFIA BOTKIN, D. e KELLER, E. Environmental Science: Earth as a Living Planet. 5 th Ed. United States of America. John Wiley & Sons, Inc. (2005) 35 CARDOSO, A. A.; PITOMBO, L. R. M.; Contribuição dos Compostos Reduzidos de Enxofre no Balanço Global do Estoque de Enxofre Ambiental; Quim. Nova, v. 15, p , 1992.

36 BIBLIOGRAFIA 36 de ANDRADE, J.B.; SARNO, P. Química Ambiental em Ação: Uma Nova Abordagem para Tópicos de Química Relacionados com o Ambiente, Quim. Nova, v. 13, p , de ANDRADE; M.V.; PINHEIRO, H.L.C; PEREIRA, P. A.de P.; de ANDRADE, J.B. Compostos Carbonílicos Atmosféricos: Fontes, Reatividade, Níveis de Concentração, e Efeitos Toxicológicos, Quim. Nova, v.25, p , 2002

37 BIBLIOGRAFIA KORMONDY, EJ; BROWN, DE. Ecologia Humana. Ed. Atheneu, São Paulo, 503 p., ODUM, E. Fundamentos de Ecologia. 5ª. Ed.,