Microbiologia do Solo Parte 2

Introdução (Fonte: Pelczar et al., 1993)

Transformações bioquímicas do carbono

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

Transformações bioquímicas do carbono Degradação de substâncias orgânicas complexas ex. celulose (40-50% dos tecidos vegetais) hemiceluloses (10-30% dos tecidos vegetais) lignina (20-30%)

Transformações bioquímicas do carbono Celulose  celobiose (n moléculas) celulases Celobiose  2 glicose -glicosidase Glicose + 6CO2  6CO2 + 6H2O

Transformações bioquímicas do carbono Componentes da hemicelulose

Transformações bioquímicas do carbono (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Ciclo redox do carbono Oxidação Redução (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Transformações bioquímicas do carbono (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.) (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Transformações bioquímicas do enxofre 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

Transformações bioquímicas do enxofre Redução de sulfatos anaerobiose 8H + CaSO4 H2S + Ca(OH)2 + 2H2O Desulfotomaculum

Transformações bioquímicas do enxofre Oxidação de sulfato bactérias fototróficas CO2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2S enzimas/luz

Transformações bioquímicas do enxofre H2S S0 SO4= Redução de sulfato (desassimilatória) redução do enxofre oxidação do enxofre redução do sulfato oxidação do sulfeto Sorgânico mineralização Thiobacillus Thiotrix Beggiatoa Chromatium Aeróbica Anaeróbica

Transformações bioquímicas do ferro (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Transformações bioquímicas do ferro (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Transformações bioquímicas do ferro (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Transformações bioquímicas do ferro (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Transformações bioquímicas do ferro (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

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

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

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

Transformações do 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

Transformações do mercúrio 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

Transformações do mercúrio Principal forma de mercúrio: Hg0 (volátil) (relativamente atóxico) Hg2+ (forma predominante na água) (tóxico) CH3Hg+ (muito tóxico) CH3-Hg-CH3 (muito tóxico) oxidação fotoquímica redutase mercúrica metilação por microrganismos metilação por microrganismos redutase mercúrica: produzida por bactérias Gram negativas resistentes ao mercúrio Peixes Homem

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

Biodegração do petróleo Decomposição microbiana do petróleo e derivados: * grande importância econômica e ambiental Fonte rica em matéria orgânica: prontamente atacada aerobicamente por microrganismos Importância das enzimas oxigenases Oxidação aeróbica de hidrocarbonetos: Bactérias Bolores e leveduras Cianobactérias e algas

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

Biodegração do petróleo 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 sedimentos problemas de poluição das águas

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

Biodegradação de xenobióticos (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

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

Biodegradação de xenobióticos Alguns compostos xenobióticos. Embora nenhum desses compostos seja de ocorrência natural, vários microrganismos são capazes de degradá-los (ver dados de persistência) (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

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

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

Biodegradação de polímeros sintéticos e plásticos biodgradáveis (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Biodegradação de polímeros sintéticos e plásticos biodgradáveis 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)

Biodegradação de polímeros sintéticos e plásticos biodgradáveis (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)