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Ciclos do P e S O Fósforo� O fósforo é essencial para plantas e animais na forma dos íons PO4

3- e HPO42- (ortofosfato

– fosfato inorgânico dissolvido).

� Encontrado em formações rochosas, sedimentos, e em sais de fosfato (absorvido por plantas), mas nunca na forma gasosa. Na atmosfera apenas aderido a partículas. “ciclo incompleto”.

� Encontrado em pequenas quantidades no ambiente e em maiores concentrações nos seres vivos, por isso é um fator limitante

� A ciclagem do fósforo é uma das mais lentas, especialmente se estiver nos sedimentos (feita por microrganismos)

� No solo pode ser adsorvido por partículas, tornando-se, assim, imobilizado. Ortofosfatolegado a Ca, Fe, Al, MO.

� Faz parte de moléculas como ácidos nucléicos (DNA), energéticas (ATP e ADP), de células lipídicas, e da estrutura do corpo de animais como fosfato de cálcio (ossos, dentes, etc.) –ausente em celulose, hemicelulose, lignina, e proteínas

� Deficiência de P, com exceção da água, é o fator que mais limita crescimento e produtividade. Solos tropicais e subtropicais – limitação da produção agrícola

� Três formas de fósforo nos solos:

� Fósforo orgânico: na matéria viva: plantas, microrganismos e animais

� Fósforo solúvel: disponível. Orgânico e ortofosfato. Menor proporção de P do solo

� Fósforo adsorvido: indisponível. Anionicamente ligado a cátions de Al, Fe e Ca.

O ciclo do P

Fosfato de Ca

Peixes e

aves

litosfera

� O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais que ocorrem em diferentes escalas de tempo:

� No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo ecológico

� Nos sedimentos ele faz parte da porção classificada em tempo geológico. Somente será mobilizado milhões de anos mais tarde

Perda de fósforo dos solos� Perdas volumosas logo após fertilização orgânica (chuva)

� Perdas por erosão: P está associado a partículas do solo

� Aração, transformação de ecossistemas florestais a agricultura, etc.

� Queimas de compostos combustíveis

� Rejeitos humanos (3,000,000 kg de P/ano)

� Uso excessivo de fertilizantes

� Contaminação das correntes de água pelo uso de ácido sulfúrico para extrair o fósforo das rochas

� Lixiviação contaminando lençóis freáticos causando eutrofização

Efeito antropogênico

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Micro-organismos

� DNA e RNA / ATP e ADP / Fosfolipídios

� Solubilização Microbiana de fosfatos

� Mineralização do fósforo orgânico

Solubilização Microbiana de Fosfatos

Micro-organismos:

� Bactérias (principalmente quimiolitotróficas): ex.: Bacillus, Thiobacillus, Mycobacterium

� Fungos : ex.: Aspergillus, Penicillium, Sclerotium

Agentes solubilizadores:

� Ácidos minerais fracos: H2CO3 – respiração raízes e micro-organismos.

� Ácidos minerais fortes: H2SO4, HNO2 e HNO3 - oxidação de formas reduzidas de S e N por quimiolitotróficos.

� Ácidos orgânicos: cítrico, oxálico, glucônico – metabolismo quimiorganitrófico e raízes.

Fungos X Bactérias BIOSUPER

Fatores que afetam a solubilização biológica de fosfatos

� Ralação C/N – altas relações aceleram a solubilização e mantêm níveis elevados de P solúvel por mais tempo

� Adição de matéria orgânica (ex. esterco)

� Extensão da rizosfera – atividade dos quimiorganotróficos

Mineralização do Fósforo Orgânico

• Utilização de compostos orgânicos contendo P – liberação

• Depende de fatores como:

• Composição da MO

• População microbiana presente

• Temperatura (maior acima de 30°C)

• Umidade (alternância de umidade e seca favorece)

• Aeração

• pH (próximo à neutralidade favorece)

• Práticas culturais (Ex.: adição de fertilizantes)

• Liberação de fosfatases – mineralização da MO contento P

• Fitases – retiram os grupos P de polifosfatos (boa parte do P orgânico acumulado no solo por ligar-se a colóides – extra ou intracelulares – ex.: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus

• Nucleases – ação rápida – DNA também pode ser adsorvido ao solo (colóides).

• Fosfolipases – membranas

• Enzimas radiculares

Enxofre• Ocorre no solo nas formas orgânica e inorgânica

• Adicionado na forma de resíduos de animais ou vegetais,fertilizantes, água da chuva (chuva ácida – H2SO4 – queima decombustíveis fósseis – SO2 e H2S do metabolismo microbiano) eintemperização de rochas contendo minerais sulfetados (FeS2, ZnS,CaSO4)

• Essencial aos seres vivos – constituinte de proteínas e moléculas dometabolismo como AcetilCoA e NADH

• No estado reduzido (S) é fonte de energia para bactériasquimiolitotróficas, e no estado oxidado (SO4) é aceptor de elétronsde bactérias redutoras de sulfato

• Oxidação de sulfetos metálicos – lixiviação bacteriana de metais –biohidrometalurgia – Thiobacillus

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O ciclo do Enxofre Redução e assimilação microbiana (plantas)

H2S será liberado após a

morte celular - MO

Degradação microbiana do S orgânico• Dessulfurização da cisteína – basicamente anaeróbia por bactérias

– libera H2S. Aeróbia por alguns fungos.

Redução microbiana do S

• Respiração anaeróbia liberando H2S

• Poucos gêneros – largamente distribuídos – Ex.: Desulfovibrio,Desulfotomaculum, Desulfomonas

• Grande importância ecológica – boa parte do H2S liberado para aatmosfera.

• Fontes de C – lactato, piruvato, malato, hidrocarbonetos (depósitosde petróleo)

• Biogênese de minerais sulfetados (FeS2, CuS, CuFeS2, ZnS)

• Degradação de minerais sulfatados (MgSO4, CaSO4)

• Formação de depósitos de S elementar

AR

SOLO

Absorção e redução pelas plantas e microrganismos

Queima de combustíveis

fósseis

SO2

SO4-2H2S

Sorg SO4-2

H2S S0

Sulfetos Metálicos

Minerais Primários

METAL

CICLO DO ENXOFRE Redução Biológica Não Assimiladora do Sulfato

Desulfovibrio sp

Desulfotomaculum sp Sulfato M.O. O2

Ambiente

Utilizado Como Aceptor Final de e- no Processo Oxidativo da M.O.

Sulfeto

++

H2S + Metal Depósitos de Sulfetos Metálicos

Exemplo: Pirita (FeS2)

Fe+ + H2S S0+ FeS2+ 2H+

2FeOOH +2H2S FeS2 H2O+ + 2OH-

Implicação Prática:

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Oxidação Biológica do Enxofre

Dois GruposBactérias Fototróficas Bactérias

Quimiolitotróficas

Chlorobium sp

Chromatium sp(Bactérias Verdes do Enxofre)

(Bactérias Púrpuras do Enxofre)

Anaeróbias EstritasH2S - Doador de e-

H2S + CO2

(CH2O) + H2O + 2S0

Aeróbias Estritas

H2S S0 S2O3-2

+2O2

+2O2

+11/2 O2

+H2O

+H2O

SO4-2 2SO4

-2SO4-2

+2H+

+2H+

+2H+

Thiobacillus sp

Lixiviação de metais

Implicação Prática:

Thiobacillus sp

Microrganismos e Metais

Metal

Metal

Material Excretado

Volatilização

Bioacumulação

Adsorção

Precipitação

Toxicidade e Resistência

Biomoléculas

DNA – RNA - Proteínas

Metalotioneínas

-Animais

-Plantas

-Microrg.

Mecanismos de Resistência

Metais:Indução de Expressão

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• Bactérias fotolitotróficas e bactérias quimiolitotróficas

• Foto – Chlorobium (bactéria verde do enxofre) e Chromatium

(bactéria púrpura do enxofre)

• Anaeróbios – utilizam sulfeto como doador de elétrons, liberando Selementar

• S é depositado intracelular (púrpura) ou extracelularmente (verde)

• H2S + CO2 –luz- CH2O + H2O + 2S

•

• Quimio – Tiobacilos (importância biotecnológica)

2S+3O2 + 2HOH ------> 2H2SO4 (Thiobacillus thiooxidans)

12FeSO4 + 3O2 + 6HOH ------> 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 (T.ferroxidans)

Oxidação microbiana de compostos inorgânicos de S

Thiobacillus ferrooxidans • Oxidação de metais/minerais• Rejeito de mineração• Oxida pirita formando ácido sulfúrico• Poluição• Recuperação de metais (biolixiviação) - biohidrometalurgia – Cu, Zn, Au

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Thiobacillus

Thiobacillus concretivorus

http://www.alken-murray.com/H2SREM6.HTM

• Corrosão de concreto• Concreto não revestido sob influência de água parada ou esgoto (presença de H2S)• Ácido sulfúrido e carbônico reagem com hidróxido de cálcio• pH pode passar de 12 a valores próximos a 6-7 – ideal para Thiobacillus concretivorus, acelerando o processo