As moléculas orgânicas fundamentais que formam a biomassa dos

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
As
moléculas
orgânicas
Elaboradores
fundamentais que formam a biomassa
Andrey Wesley de Souza
dos seres vivos são basicamente os
átomos
de
hidrogênio,
Supervisão
carbono,
Jaqueline Quincas
nitrogênio e oxigênio. Os organismos
usam os compostos inorgânicos da
Orientação
crosta ou da atmosfera da Terra para
Márcia Helena Mendonça
sintetizar os compostos orgânicos, mas,
Ruth Janice Guse Schadeck
uma
vez
assimilados
em
formas
biológicas são reciclados de novo e de
novo pelos organismos antes de serem
Agências financiadoras
Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e
Tecnológico , CNPq, e Fundação
Araucária- PR .
perdidos para os sedimentos, correntes
e lençóis freáticos, ou escapar para a atmosfera naProgramas
forma dedegases.
Essa
formação
de
professores
circulação de átomos de diversos elementos químicos Programa
entre a Institucional
biosfera edeo
Bolsas de Iniciação à Docência
ambiente constitui os chamados ciclos biogeoquímicos
da matéria.
PIBID/CAPES , PIBID/UFPR
Qual a importância da ciclagem desses elementos orgânicos e a
assimilação dos elementos inorgânicos para a vida?
Se não houvesse o reaproveitamento, por exemplo, da matéria
dos cadáveres, átomos de alguns elementos essenciais para a
constituição dos seres vivos se tornariam escassos, causando desta
forma a extinção da vida como um todo.
Alguns Microorganismos, como algumas bactérias e fungos, são
componentes recicladores fundamentais em muitos ciclos de matéria. Esses
organismos, também chamados de decompositores, utilizam matéria morta e
excretas de outros seres vivos para sua nutrição, promovendo assim a
degradação destes compostos a moléculas mais simples que são devolvidas
ao ambiente e que podem agora ser novamente utilizada como matéria-prima
por outros seres vivos para a síntese de suas substâncias orgânicas.
Há ainda, restos de cadáveres de organismos que viveram a muito
tempo e que, sob certas condições ambientais, não sofreram decomposição,
preservando parte da energia química potencial originalmente captada do sol.
PRATICANDO:
A análise do esquema permite afirmar corretamente que:
a) Os decompositores são organismos autotróficos, uma vez que produzem sua
própria energia.
b) a matéria inorgânica liberada pela ação dos decompositores será aproveitada
pelos organismos produtores, que são autotróficos.
c) a matéria inorgânica liberada pela ação dos decompositores será aproveitada
pelos organismos produtores, que são heterotróficos.
d)
os
organismos
decompositores
são
autotróficos
e
alimentam-se
exclusivamente de matéria viva, liberando, pelo seu metabolismo, a matéria
inorgânica.
e) os organismos produtores têm a capacidade de transformar a energia
luminosa em química, utilizando, para tanto, matéria orgânica.
Estes compõem, portanto, os combustíveis fósseis. São exemplos de
combustíveis fósseis o carvão mineral, gás natural e petróleo.
CICLO DA ÁGUA
Figura 1: Esuqmea do ciclo da água, um dos principais ciclos biogeoquímicos.
Atribuição: John M. Evans / Domínio Público.
A água está em constante mudança de estado físico e há permanente
troca dessa substância entre rios, lagos, mares, solos, atmosfera e seres vivos
(Figura 1). A água presente sob forma líquida na superfície terrestre sofre
evaporação e passa para a atmosfera. Com o resfriamento nas camadas mais
altas da atmosfera, os vapores d’água condensam-se, formam nuvens e depois
voltam ao meio terrestre sob forma de chuva. Se houver resfriamento em
excesso, ainda na atmosfera os vapores de água podem se condensar e sofrer
solidificação, dando origem à neve ou ao gelo, que podem cair na superfície
terrestre formando a nevada e o granizo, respectivamente. Os seres vivos
absorvem ou ingerem água, pois ela está associada aos processos
metabólicos de todos os seres vivos.
Os seres vivos interferem nesse movimento cíclico da água. As plantas,
por exemplo, absorvem o conteúdo de água presente no solo próximo de suas
raízes e o utilizam para a realização de diversas transformações químicas
intracelulares e como solvente. A água é fundamental, ainda, para o processo
de fotossíntese onde os átomos de hidrogênio da água são utilizados como
fonte de energia para a produção de glicídios (matéria orgânica). Os átomos de
oxigênio, por sua vez, são unidos dois a dois e liberados novamente para a
atmosfera.
As plantas também realizam o processo de transpiração, fundamental
para a chegada da água até as folhas. Na transpiração, esses organismos
devolvem na forma gasosa a água, antes absorvida do solo, para a atmosfera.
PRATICANDO:
(UFPR – adaptada) Em relação ao ciclo hidrológico nas grandes cidades, julgue
as afirmativas com V ou F.
I. (
) A devolução de água para a atmosfera através da transpiração é
reduzida.
II.(
) O abastecimento do lençol freático é favorecido pela facilidade de
infiltração de água no solo.
III.( ) O volume de água que escoa superficialmente aumenta em função das
construções urbanas.
IV.( ) A existência de grande quantidade de poços de bombeamento de água
não exerce influência sobre a vazão dos rios.
V.(
) O assoreamento dos canais fluviais contribui para o agravamento das
enchentes.
VI.(
) A concentração dos poluentes e as altas temperaturas favorecem a
formação de núcleos de condensação, o que pode provocar um aumento das
precipitações
CICLO DO CARBONO
O carbono é fundamental para a vida visto que participa da composição
química dos compostos orgânicos. Um fator importante do ciclo do carbono, e
que permite a ciclagem deste elemento, é a fotossíntese.
Os
organismos
fotossintetizantes
(bactérias
e
eucariotos
unicelulares – algas – e plantas) realizam fotossíntese retirando o carbono da
molécula de CO2 do ambiente para a formação de compostos orgânicos. A
energia solar capturada pelos organismos fotossintéticos é utilizada como
combustível para sintetizar carboidratos e outros compostos orgânicos a partir
de
CO2
e
H2O;
simultaneamente,
eles liberam O2 na
atmosfera.
Heterótrofos aeróbios
(Humanos,
por
exemplo.,
assim
como plantas durante
períodos
escuros)
usam o O2 formado
deste
modo
para
degradar os produtos Figura 2: Ciclo do Carbono. Atribuição: Claudia Rocha Martins
orgânicos ricos em et. al., Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, nº5,
energia
da Novembro de 2003
fotossíntese em CO2 e H2O, gerando energia. O CO2, mais uma vez, retorna
para atmosfera para ser reutilizado pelos organismos fotossintéticos.
O
carbono
da
biomassa dos produtores
pode ter dois destinos: ser
restituído ao ambiente na
forma de CO2, o que
ocorre com a morte do
organismo produtor e a
conseqüente degradação
de sua matéria orgânica
pelos decompositores, ou
Figura 3: Esquema demonstrativo do processo de
ser transferido para os
fotossíntese. Atribuição na imagem.
animais herbívoros, o que
se dá quando estes se alimentam dos produtores. Parte do carbono contido
nos herbívoros será transferida para os níveis tróficos seguintes e outra parte
caberá aos decompositores e, assim, sucessivamente, até que todo o carbono
fixado pela fotossíntese retorne novamente à atmosfera na forma de CO 2.
EFEITO ESTUFA
Nos últimos anos, a concentração de dióxido de carbono na
atmosfera tem aumentado cerca de 0,4% anualmente; este aumento se
deve à utilização de petróleo, gás e carvão e à destruição das florestas
tropicais. A concentração de outros gases que contribuem para o Efeito
de Estufa, tais como o metano e os clorofluorcarbonetos também
aumentaram rapidamente. O efeito conjunto de tais substâncias pode vir
a causar um aumento da temperatura global (Aquecimento Global)
estimado entre 2 e 6 ºC nos próximos 100 anos. Um aquecimento desta
ordem de grandeza não só irá alterar os climas em nível mundial como
também irá aumentar o nível médio das águas do mar em, pelo menos,
30 cm, o que poderá interferir na vida de milhões de pessoas habitando
as áreas costeiras mais baixas.
Figura 4: Representação das trocas de energia entre o espaço sideral, a
atmosfera e a superfície terrestre. Atribuição: Robert A. Rohde
PRATICANDO:
(Vunesp-2001) O ciclo do carbono na natureza pode ser representado,
simplificadamente, da seguinte maneira.
Os números de 1 a 5 indicam, respectivamente,
a) fotossíntese, nutrição, respiração, combustão e morte.
b) respiração, nutrição, fotossíntese, morte combustão.
c) nutrição, combustão, fotossíntese, morte respiração.
d) fotossíntese, combustão, respiração, morte nutrição.
e) fotossíntese, respiração, nutrição, combustão e morte.
CICLO DO OXIGÊNIO
O oxigênio é um elemento
de grande importância para a
biosfera.
A
maioria
dos
organismos vivos necessita do
gás oxigênio para a respiração e
praticamente
todos
são
dependentes da água para suas
funções
vitais,
sendo
todas
estas, substâncias que contêm o
elemento
oxigênio
em
sua Figura 5:Ciclo do oxigênio. Imagem de Domínio
Público
composição e que participam do ciclo biogeoquímico deste.
A atmosfera, a hidrosfera e a litosfera são reservatórios de oxigênio. Na
atmosfera o oxigênio é encontrado nas formas de O 2, CO2, ozônio (O3),
monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2) e outros. Na hidrosfera
o oxigênio está presente principalmente na composição da própria água (H 2O)
e na forma de O2 dissolvido. Porém, o maior reservatório de oxigênio do
planeta é a litosfera.
CAMADA DE OZÔNIO
Figura 6:Buraco na Camada de Ozônio. Imagem de Domínio Público.
Na atmosfera ocorre uma constante transformação de moléculas de O2
em O3 e também o contrário. A energia da radiação solar provoca a separação
dos átomos de O2 e sua reorganização na forma de O3. O processo contrário
ocorre com a liberação de energia. O equilíbrio destas transformações é
essencial para a manutenção da camada de ozônio e da concentração de O2
no ar.
O BURACO: A camada de ozônio absorve parte da radiação ultravioleta que
chega ao planeta, durante a conversão do O2 em O3, impedindo que esta atinja
a superfície do planeta e os organismos que a habitam. A luz ultravioleta
provoca efeitos nocivos à maioria dos seres vivos, principalmente mutações
genéticas. A emissão de determinados gases, principalmente os CFC
(Clorofluorcarbonetos) provoca a destruição desta camada. Atualmente, a
camada de ozônio apresenta regiões já impactadas pela ação destes gases.
Este processo provoca danos a biosfera como um todo. A exposição à
raios ultravioletas está diretamente relacionada a ocorrência de diversos
tipos de cânceres, principalmente os melanomas (cânceres de pele).
PRATICANDO:
CAIU NO ENEM!
(ENEM – 2012) O rótulo de um desodorante aerossol informa ao consumidor
que o produto possui em sua composição os gases isobutano, butano e
propano, dentre outras substâncias. Além dessa informação, o rótulo traz,
ainda, a inscrição “Não contém CFC”. As reações a seguir, que ocorrem na
estratosfera, justificam a não utilização de CFC (clorofluorcarbono ou Freon)
nesse desodorante:
I) CF2Cℓ2 CF2 UV Cℓ + Cℓ
II) Cℓ + O3 O2 • + CℓO•
A preocupação com as possíveis ameaças à camada de ozônio (O3) baseia-se
na sua principal função: proteger a matéria viva na Terra dos efeitos
prejudiciais dos raios solares ultravioleta. A absorção da radiação ultravioleta
pelo ozônio estratosférico é intensa o suficiente para eliminar boa parte da
fração de ultravioleta que é prejudicial à vida.
A finalidade da utilização dos gases isobutano, butano e propano neste
aerossol é:
a) substituir o CFC, pois não reagem com o ozônio, servindo como gases
propelentes em aerossóis.
b) servir como propelentes, pois, como são muito reativos, capturam o Freon
existente livre na atmosfera, impedindo a destruição do ozônio.
c) C reagir com o ar, pois se decompõem espontaneamente em dióxido de
carbono (CO2) e água (H2O), que não atacam o ozônio.
d) impedir a destruição do ozônio pelo CFC, pois os hidrocarbonetos gasosos
reagem com a radiação UV, liberando hidrogênio (H2), que reage com o
oxigênio do ar (O2), formando água (H2O).
e) destruir o CFC, pois reagem com a radiação UV, liberando carbono (C), que
reage com o oxigênio do ar (O2), formando dióxido de carbono (CO2), que é
inofensivo para a camada de ozônio.
CICLO DO NITROGÊNIO
Figura 7: Ciclo do Nitrogênio. Atribuição: Pedro Spoladore
O ciclo do nitrogênio consiste, basicamente, na transferência de átomos
de nitrogênio de substâncias inorgânicas do meio físico para moléculas
orgânicas constituintes dos seres vivos e vice-versa. O nitrogênio é usado
pelos seres vivos na síntese de diversas moléculas orgânicas, tais como os
ácidos nucléicos e as proteínas. Todos os organismos conhecidos são
altamente dependentes destas substâncias.
Cerca de 78% do volume atmosférico é composto de nitrogênio
molecular (N2), conferindo a atmosfera o maior reservatório terrestre deste
elemento.
A grande maioria dos seres vivos, no entanto, não consegue utilizar
diretamente o nitrogênio molecular. A assimilação deste composto é feita
apenas por algumas bactérias específicas genericamente conhecidas como
bactérias fixadoras de nitrogênio, por serem capazes de incorporar átomos
de nitrogênio às suas moléculas orgânicas. A essa incorporação, dá-se o nome
de fixação de nitrogênio. Sendo assim, todos os outros seres vivos
dependem das bactérias fixadoras para utilizar o N2 atmosférico.
Mais raramente e em menor escala, a fixação pode ocorrer através de
processos não bióticos. As descargas elétricas, o calor de vulcões e até
mesmo os raios solares, podem converter o nitrogênio molecular presente na
atmosfera em nos íons amônia, nitrato ou nitrito. Esse processo é denominado
de fixação atmosférica.
O processo de decomposição libera como produto, no solo, compostos
nitrogenados, principalmente amônia. Porém, o composto nitrogenado mais
empregado pelos vegetais é o nitrato (NO3-). As bactérias nitrificantes são as
responsáveis pela formação de compostos nitratos no solo pelo processo de
nitrificação. Neste processo, as Nitrosomonas sp. convertem amônia em nitrito
utilizando 3 moléculas de O2.
O nitrito é tóxico para as plantas, porém, bactérias do gênero Nitrobacter
quase que imediatamente convertem os nitritos do solo em nitrato em uma
reação com O2 e que libera energia utilizada por estas bactérias em seu
metabolismo.
Os nitratos liberados pelas nitrobacterias são altamente solúveis em
água, o que facilita a assimilação dos mesmos pelas raízes das plantas. Estas
utilizam o nitrogênio destes compostos para a produção de moléculas
orgânicas, principalmente proteínas e ácidos nucléicos. Os animais herbívoros
conseguem compostos nitrogenados se alimentando das plantas e assim
ocorre o fluxo de nitrogênio ao longo dos níveis tróficos da cadeia alimentar.
A degradação de proteínas e ácidos nucléicos pelo metabolismo animal
produz compostos nitrogenados denominados excretas, tais como amônia,
uréia e ácido úrico que são eliminados no ambiente. Já no ambiente, essas
excretas e plantas e animais mortos sofrem a ação de decompositores que
produzem amônia e devolvem o nitrogênio para o solo para que este possa
voltar ao seu ciclo.
Desnitrificação: Processo realizado por bactérias genericamente
denominadas
bactérias
desnitrificantes
que
degradam
compostos
nitrogenados presentes no solo, liberando gás nitrogênio (N2) para atmosfera e
produzindo a energia necessária para o seu metabolismo.
RIZÓBIOS
As bactérias do gênero Rhizobium sp., são micróbios que vivem
associadas às raízes de leguminosas (feijão, soja, ervilha, etc.). Essas
bactérias vivem dentro das células da raiz onde passam a viver a se reproduzir.
A multiplicação destes microorganismos na raiz provocam a proliferação de
células infectadas que acabam por formar tumores denominados de nódulos.
Essa associação simbiótica entre a planta e as bactérias rizóbios
promovem uma relação em que ambos os organismos são beneficiados. A
planta consegue habitar solos pobres em compostos nitrogenados, já que a
bactéria se encarrega de realizar a fixação do nitrogênio e suprir a planta deste
composto essencial para o desenvolvimento do vegetal. A planta, por sua vez,
disponibiliza compostos orgânicos que servem como alimento para as bactérias
em suas raízes, bem como, adéqua a concentração de oxigênio que circula
dentro
destes
nódulos
propiciando
um
ambiente
favorável
para
desenvolvimento destas bactérias.
PRATICANDO:
Em condições naturais, bactérias do gênero Rhizobium vivem ha milênios
em estreita ecológica com plantas leguminosas. Podemos afirmar que as
duas espécies se beneficiam numa relação obrigatória, em que a
sobrevivência de uma depende da outra. Este tipo
interespecífica é conhecida como:
a) comensalismo
b) protocooperação
c) inquilinismo
d) mutualismo
e) amensalismo
de relação
o
PRATICANDO:
O nitrogênio é essencial para os ambientes naturais, bem como para os
sistemas agrícolas, pois é um dos macronutrientes responsáveis por
cerca de 5% da composição química das plantas, juntamente com os
micronutrientes (por exemplo, zinco, bromo cobro, ferro, manganês,
molibdênio e cobalto). Os demais 95% são constituídos de carbono,
oxigênio e hidrogênio. O nitrogênio (N2) disponível no ambiente não é
utilizável pela maioria dos seres vivos. A conversão de sua forma
biologicamente não-utilizável em uma forma utilizável é realizada:
a) por algumas bactérias
b) por angiospermas e gimnospermas
c) por todas as plantas clorofiladas
d) por todos os seres autotróficos
e) principalmente pelo fitoplâncton