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CICLOS BIOGEOQUÍMICOS E O TRATAMENTO DE EFLUENTES
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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
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Nutrio Microbiana
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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
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Tipos Nutritivos de Seres Vivos
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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
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FONTES DE ENERGIA
Principais fontes de energia usadas pelos microrganismos:
Sol;
Compostos Orgnicos;
Compostos Inorgnicos Reduzidos.
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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).
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Ferm
en
ta
o
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Ferm
en
ta
o
FERMENTAO
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RES
PIR
A
O
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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.
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As principais reaes bioqumicas so de oxirreduo
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CICLO DO CARBONO
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BIODEGRADAO ANAERBIA
Matria Orgnica
Microrganismos Anaerbios
CH4+ CO2
BIOGS
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DECOMPOSICAO DA MATRIA ORGANICA
Decomposio da Matria Orgnica, influenciada por:
Nutrientes presentes;
Condies Ambientais
Comunidades Microbianas Presentes
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ciclo do Nitrognio
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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).
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Ciclo do Nitrognio
QUIOMISSNTESE
NITRIFICAO (2 ETAPAS)
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Nitritao: transformao da amnia a nitrito (Nitrossomonas)
Nitratao: Transformao do Nitrito a Nitrato (Nitrobacter)
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Ciclo do Nitrognio
Processo de Desnitrificao
Ocorre em ambiente Anaerbio;
As Pseudomonas reduzem Nitrato a N2 e N2O.
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CICLO DO FSFORO
No tem componente gasoso;
Formas
Fsforo Orgnico;
Ortofosfato;
Polifosfato.
Muitas vezes limitante para produo primria.
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Ciclo do Fsforo
Ortofosfatos
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CICLO DO FSFORO
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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;
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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.
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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.
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Biologia Ambiental 2014 68
CICLO DO FSFORO
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CICLO DO FSFORO
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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.
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CICLO DO FERRO
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CICLO DO FERRO
Quimiossntese
Respirao Anaerbia
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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.
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DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
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DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
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DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
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DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
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DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
Biologia Ambiental 2014 79
DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
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DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
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DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
Biologia Ambiental 2014 82
DOENCAS DE VEICULAO HDRICA
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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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