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Transferência de elementos químicos entre os seres vivos
e o ambiente.
INTRODUÇÃO
Ciclo da Água
Ciclo do Oxigênio
Ciclo do Carbono
Ciclo do Nitrogênio
“Na natureza nada se cria, nada se perde,
tudo se transforma”.
Antoine de Lavoisier
Todos esses elementos são absorvidos pelos
organismos, voltam ao ambiente e se tornam
novamente disponíveis para outros organismos.
Absorção
pelos
organismos
Retorno do
elemento ao
ambiente
Elemento
disponível para
outro organismo
Essa “ciclagem” dos elementos, envolvendo os
organismos e o ambiente, ocorre através de
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Bio = organismos vivos e geo = Terra
Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado, no
ambiente, por um determinado elemento químico que é
essencial à vida. Desta forma, esses ciclos promovem a
circulação de tais elementos na biosfera em caminhos
característicos.
ELEMENTO
NO
AMBIENTE
ORGANISMO
Movimento circular => Ciclagem de
nutrientes
CICLO DA ÁGUA (ciclo hidrológico)
Troca contínua de água entre a atmosfera, solo, águas
superficiais, águas subterrâneas e seres vivos.
Influência direta nas condições climáticas do planeta.
Transferência da água
Evaporação – dos corpos de água para atmosfera.
Evapotranspiração – dos seres vivos para a atmosfera.
Precipitação – da atmosfera para corpos de água e solo.
Escoamento – da superfície do solo para corpos de água.
Infiltração – da superfície do solo para camadas mais
profundas do solo.
Pequeno ciclo : quando o percurso da H2O só ocorre no
ambiente.
Grande ciclo : quando o percurso da H2O passa pelos
seres vivos do meio.
Fotossíntese
fixação do
carbono
Carbono - essencial aos seres vivos para síntese de matéria
orgânica (carboidratos, proteínas, ácidos nucléicos, lipídios).
Respiração
Combustão
Decomposição
liberação do
carbono
CICLO DO CARBONO
Nesse ciclo existem 3 estoque de carbono: o
terrestre, a atmosfera e os oceanos.
A fotossíntese e a respiração são os dois processos
opostos que governam o ciclo global do carbono.
CICLO BIOLÓGICO DO CARBONO
Fotossíntese =
absorve CO2
Respiração =
libera CO2
CO2
atmosférico
Matéria
Orgânica
Fotossíntese
respiração
combustão
decomposição
CO2 e EFEITO ESTUFA
Causas principais:
Atividade industrial.
Queima de combustíveis fósseis.
Queimadas e desmatamentos de áreas florestais.
O acúmulo de CO2 na
atmosfera aumenta a
retenção de calor
próximo a superfície
terrestre (alterações
climáticas).
CICLO GEOLÓGICO DO CARBONO
Oxigênio
Receptor final de íons hidrogênio
(respiração celular).
Liberado a partir da fotólise da H2O
(fotossíntese).
10NADH2 + 2FADH2 + 6O2 34ATP + 12H2O
Respir. celular
(cadeia respir.)
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Fotossíntese
(fotólise da H O)
CICLO DO OXIGÊNIO
Ciclo do oxigênio
O2
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H2O
respiração
fotossíntese
Nitrogênio - constituição de aminoácidos (proteínas) e de
nucleotídeos (ácidos nucléicos).
CICLO DO NITROGÊNIO
OBSERVAÇÕES
Constitui cerca de 78% da composição atmosférica.
Plantas e animais não utilizam diretamente o nitrogênio da
atmosfera.
As reações de fixação e transformação do nitrogênio são
realizadas por bactérias presente no solo.
ETAPAS DO CICLO DO NITROGÊNIO
Fixação biológica
N2 NH3
Rhizobium
Nitrosação
NH3
Nitrosomonas
NO -
2
Nitração
Nitrobacter
NO2
- NO3
-
Desnitrificação
NO - Pseudomonas
N
3 2
N2
atmosférico
NO2
-
nitrito
NO3
-
nitrato
animais
amonificação
(decomposição e excreção)
desnitrificação
NH3
amônia
Fixação
biológica
Fixação
física
plantas
Etapas – Fixação
Como os organismos (plantas e animais) não são
capazes de absorver o nitrogênio diretamente da
atmosfera (N2), o aproveitamento do N2 só é
possível através da fixação biológica, onde o
nitrogênio é transformado em amônia (NH3).
Somente alguns microrganismos terrestres
(bactérias - Azobacter, cianobactérias e fungos)
podem fixar o N2 e as bactérias (Rhizobium) que
vivem nas raízes de angiospermas (feijão, soja,
ervilha, amendoim e vagem) fazem uma simbiose
transmitindo o nitrogênio para a cadeia
alimentar.
fixação atmosférica, que ocorre através dos raios e
relâmpagos, cuja elevada energia separa as
moléculas de nitrogênio e permite que os seus
átomos se liguem com moléculas de oxigênio
existentes no ar formando monóxido de nitrogênio
(NO). Este é posteriormente dissolvido na água da
chuva e depositado no solo.
N2
Atmosfera
N-N
Relâmpagos
Reage com o
oxigênio da
atmosfera
NO
Se dissolve na
água da chuva e
é depositado no
solo
Etapa – Nitrificação
Após a fixação, determinadas bactérias realizam a
nitrificação - transformação de NH3 (amônia) em
nitritos (NO2) (nitrosação - Nitrosomonas) e
nitritos em nitrato (NO3)(nitratação - Nitrobacter).
Etapa – Assimilação
O nitrato formado pelo processo de nitrificação é absorvido
pelas plantas para produzir proteínas e ácidos nucléicos.
Através da mineralização (ou decomposição) a matéria
orgânica morta é transformada no íon de amônio (NH4
+) e
amônia (NH3) por intermédio de bactérias e alguns fungos.
Etapa – Desnitrificação
Para que o nitrogênio retorne ao ambiente são necessários
os processos de decomposição e de desnitrificação. As
bactérias (Pseudomonas) e fungos presentes no solo
decompõem aminoácidos e ácidos nucléicos de organismos
mortos transformando-os
em amônia.
As bactérias desnitrificantes
liberam o nitrogênio da amônia,
dos nitritos e dos nitratos,
devolvendo-o para a atmosfera.
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Água evaporada
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orgânicos
LEGUMINOSAS (feijão, soja, ervilha...)
Possuem bactérias fixadoras de N2 em
associação mutualística nas suas raízes.
O cultivo dessas plantas repõe nitrogênio
no solo (adubação verde).
Rotação de culturas Consorciação de culturas
Benefícios da parceria entre bactérias e
leguminosas
A parceria entre plantas superiores e microrganismos é
benéfica para ambos. A planta age como hospedeiro e
fornece uma “residência segura” (os nódulos das raízes ou a
uma cavidade na folha) e protege os microrganismos do
excesso de oxigênio (que inibe a fixação de N2) e os supre
com energia de alta qualidade. Em troca, a planta obtém o
suprimento de nitrogênio fixado disponível para ser
assimilado.
CICLO DO FÓSFORO
O fósforo também é um nutriente importante para
todos seres vivos. Faz parte, por exemplo, do DNA e
RNA e das moléculas energéticas, o ATP
.
Em certos aspectos, o ciclo do fósforo é mais simples
do que os ciclos do carbono e do nitrogênio, pois
ocorre em menor número de formas químicas. Outra
razão para a simplicidade do ciclo do fósforo é a
existência de apenas um composto de fósforo
realmente importante para os seres vivos: o íon
fosfato (PO4).
As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os
fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm
fosfato na água e nos alimentos. Esse fosfato teve origem
pela decomposição das rochas.
A decomposição da matéria orgânica devolve o fósforo ao
solo e à água.
Parte do fosfato é arrastado pelas chuvas para os lagos e mares,
onde passa por processos de sedimentação e se incorpora às
rochas. Nesse caso, o fósforo só retornará aos ecossistemas bem
mais tarde, com a elevação do leito no mar ou o rebaixamento do
nível das águas. Na superfície, essas rochas serão decompostas e
transformadas em solo e o fosfato estará disponível.
CICLO DO ENXOFRE
O enxofre é importante para a formação das proteínas.
T
rês processos biogeoquímicos naturais liberam enxofre
para a atmosfera: formação de borrifos do mar, respiração
anaeróbica por bactérias redutoras de sulfato e atividade
vulcânica.
O enxofre apresenta um ciclo com dois reservatórios: um
maior, nos sedimentos da crosta terrestre e outro,
“menor”, na atmosfera.
Nos sedimentos, o enxofre permanece armazenado
na forma de sulfato, que fica dissolvido na água do
solo e assume a forma iônica de sulfato (SO4
--),
sendo assim, facilmente absorvido pelas raízes dos
vegetais.
Na atmosfera, o enxofre existe combinado com o
oxigênio formando o SO2 (dióxido de enxofre –
cerca de 75%). Outra parcela está na forma de
anidrido sulfídrico (SO3). O gás sulfídrico (H2S) -
característico pelo seu cheiro de “ovo podre” – tem
vida curta na atmosfera, apenas de algumas horas,
sendo logo transformado em SO2.
Esses óxidos de enxofre (SO2 e SO3) incorporam-se ao
solo com as chuvas, sendo então transformado em
íons de sulfato (SO4
--).
O único retorno natural do enxofre para a atmosfera
é através da ação de decompositores que produzem
o gás sulfídrico.
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  • 1.
  • 2. Transferência de elementos químicos entre os seres vivos e o ambiente. INTRODUÇÃO Ciclo da Água Ciclo do Oxigênio Ciclo do Carbono Ciclo do Nitrogênio “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Antoine de Lavoisier
  • 3. Todos esses elementos são absorvidos pelos organismos, voltam ao ambiente e se tornam novamente disponíveis para outros organismos. Absorção pelos organismos Retorno do elemento ao ambiente Elemento disponível para outro organismo Essa “ciclagem” dos elementos, envolvendo os organismos e o ambiente, ocorre através de CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Bio = organismos vivos e geo = Terra
  • 4. Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado, no ambiente, por um determinado elemento químico que é essencial à vida. Desta forma, esses ciclos promovem a circulação de tais elementos na biosfera em caminhos característicos. ELEMENTO NO AMBIENTE ORGANISMO Movimento circular => Ciclagem de nutrientes
  • 5. CICLO DA ÁGUA (ciclo hidrológico) Troca contínua de água entre a atmosfera, solo, águas superficiais, águas subterrâneas e seres vivos. Influência direta nas condições climáticas do planeta. Transferência da água Evaporação – dos corpos de água para atmosfera. Evapotranspiração – dos seres vivos para a atmosfera. Precipitação – da atmosfera para corpos de água e solo. Escoamento – da superfície do solo para corpos de água. Infiltração – da superfície do solo para camadas mais profundas do solo.
  • 6. Pequeno ciclo : quando o percurso da H2O só ocorre no ambiente. Grande ciclo : quando o percurso da H2O passa pelos seres vivos do meio.
  • 7. Fotossíntese fixação do carbono Carbono - essencial aos seres vivos para síntese de matéria orgânica (carboidratos, proteínas, ácidos nucléicos, lipídios). Respiração Combustão Decomposição liberação do carbono CICLO DO CARBONO
  • 8. Nesse ciclo existem 3 estoque de carbono: o terrestre, a atmosfera e os oceanos. A fotossíntese e a respiração são os dois processos opostos que governam o ciclo global do carbono. CICLO BIOLÓGICO DO CARBONO Fotossíntese = absorve CO2 Respiração = libera CO2
  • 10. CO2 e EFEITO ESTUFA Causas principais: Atividade industrial. Queima de combustíveis fósseis. Queimadas e desmatamentos de áreas florestais. O acúmulo de CO2 na atmosfera aumenta a retenção de calor próximo a superfície terrestre (alterações climáticas).
  • 12.
  • 13. Oxigênio Receptor final de íons hidrogênio (respiração celular). Liberado a partir da fotólise da H2O (fotossíntese). 10NADH2 + 2FADH2 + 6O2 34ATP + 12H2O Respir. celular (cadeia respir.) 2 2H O luz 2 4H+ + O + e- 2 Fotossíntese (fotólise da H O) CICLO DO OXIGÊNIO
  • 15. Nitrogênio - constituição de aminoácidos (proteínas) e de nucleotídeos (ácidos nucléicos). CICLO DO NITROGÊNIO OBSERVAÇÕES Constitui cerca de 78% da composição atmosférica. Plantas e animais não utilizam diretamente o nitrogênio da atmosfera. As reações de fixação e transformação do nitrogênio são realizadas por bactérias presente no solo.
  • 16. ETAPAS DO CICLO DO NITROGÊNIO Fixação biológica N2 NH3 Rhizobium Nitrosação NH3 Nitrosomonas NO - 2 Nitração Nitrobacter NO2 - NO3 - Desnitrificação NO - Pseudomonas N 3 2
  • 18. Etapas – Fixação Como os organismos (plantas e animais) não são capazes de absorver o nitrogênio diretamente da atmosfera (N2), o aproveitamento do N2 só é possível através da fixação biológica, onde o nitrogênio é transformado em amônia (NH3). Somente alguns microrganismos terrestres (bactérias - Azobacter, cianobactérias e fungos) podem fixar o N2 e as bactérias (Rhizobium) que vivem nas raízes de angiospermas (feijão, soja, ervilha, amendoim e vagem) fazem uma simbiose transmitindo o nitrogênio para a cadeia alimentar.
  • 19. fixação atmosférica, que ocorre através dos raios e relâmpagos, cuja elevada energia separa as moléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas de oxigênio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este é posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo. N2 Atmosfera N-N Relâmpagos Reage com o oxigênio da atmosfera NO Se dissolve na água da chuva e é depositado no solo
  • 20. Etapa – Nitrificação Após a fixação, determinadas bactérias realizam a nitrificação - transformação de NH3 (amônia) em nitritos (NO2) (nitrosação - Nitrosomonas) e nitritos em nitrato (NO3)(nitratação - Nitrobacter).
  • 21. Etapa – Assimilação O nitrato formado pelo processo de nitrificação é absorvido pelas plantas para produzir proteínas e ácidos nucléicos. Através da mineralização (ou decomposição) a matéria orgânica morta é transformada no íon de amônio (NH4 +) e amônia (NH3) por intermédio de bactérias e alguns fungos.
  • 22. Etapa – Desnitrificação Para que o nitrogênio retorne ao ambiente são necessários os processos de decomposição e de desnitrificação. As bactérias (Pseudomonas) e fungos presentes no solo decompõem aminoácidos e ácidos nucléicos de organismos mortos transformando-os em amônia. As bactérias desnitrificantes liberam o nitrogênio da amônia, dos nitritos e dos nitratos, devolvendo-o para a atmosfera.
  • 23. O ciclo do nitrogênio em lagos Água evaporada Resíduos orgânicos
  • 24. LEGUMINOSAS (feijão, soja, ervilha...) Possuem bactérias fixadoras de N2 em associação mutualística nas suas raízes. O cultivo dessas plantas repõe nitrogênio no solo (adubação verde). Rotação de culturas Consorciação de culturas
  • 25. Benefícios da parceria entre bactérias e leguminosas A parceria entre plantas superiores e microrganismos é benéfica para ambos. A planta age como hospedeiro e fornece uma “residência segura” (os nódulos das raízes ou a uma cavidade na folha) e protege os microrganismos do excesso de oxigênio (que inibe a fixação de N2) e os supre com energia de alta qualidade. Em troca, a planta obtém o suprimento de nitrogênio fixado disponível para ser assimilado.
  • 26. CICLO DO FÓSFORO O fósforo também é um nutriente importante para todos seres vivos. Faz parte, por exemplo, do DNA e RNA e das moléculas energéticas, o ATP . Em certos aspectos, o ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono e do nitrogênio, pois ocorre em menor número de formas químicas. Outra razão para a simplicidade do ciclo do fósforo é a existência de apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos: o íon fosfato (PO4).
  • 27. As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm fosfato na água e nos alimentos. Esse fosfato teve origem pela decomposição das rochas. A decomposição da matéria orgânica devolve o fósforo ao solo e à água.
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  • 29. Parte do fosfato é arrastado pelas chuvas para os lagos e mares, onde passa por processos de sedimentação e se incorpora às rochas. Nesse caso, o fósforo só retornará aos ecossistemas bem mais tarde, com a elevação do leito no mar ou o rebaixamento do nível das águas. Na superfície, essas rochas serão decompostas e transformadas em solo e o fosfato estará disponível.
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  • 31. CICLO DO ENXOFRE O enxofre é importante para a formação das proteínas. T rês processos biogeoquímicos naturais liberam enxofre para a atmosfera: formação de borrifos do mar, respiração anaeróbica por bactérias redutoras de sulfato e atividade vulcânica. O enxofre apresenta um ciclo com dois reservatórios: um maior, nos sedimentos da crosta terrestre e outro, “menor”, na atmosfera.
  • 32. Nos sedimentos, o enxofre permanece armazenado na forma de sulfato, que fica dissolvido na água do solo e assume a forma iônica de sulfato (SO4 --), sendo assim, facilmente absorvido pelas raízes dos vegetais. Na atmosfera, o enxofre existe combinado com o oxigênio formando o SO2 (dióxido de enxofre – cerca de 75%). Outra parcela está na forma de anidrido sulfídrico (SO3). O gás sulfídrico (H2S) - característico pelo seu cheiro de “ovo podre” – tem vida curta na atmosfera, apenas de algumas horas, sendo logo transformado em SO2.
  • 33. Esses óxidos de enxofre (SO2 e SO3) incorporam-se ao solo com as chuvas, sendo então transformado em íons de sulfato (SO4 --). O único retorno natural do enxofre para a atmosfera é através da ação de decompositores que produzem o gás sulfídrico.