Biodegradação de compostos aromáticos

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Biodegradação de 
compostos aromáticos
Introdução
Vários compostos aromáticos são encontrados
naturalmente no ambiente. Entretanto, nas últimas
décadas, o aumento da população e o desenvolvimento de
novas tecnologias têm proporcionado um aumento
significativo destas substâncias, causando transtornos
ecológicos.
O crescente acúmulo de compostos aromáticos
recalcitrantes na biosfera é decorrente da contaminação
com resíduos e substâncias depositados, acumulados,
enterrados e infiltrados de forma natural ou por ação
antropogênica.
O aumento da demanda do consumo de água e a
baixa qualidade dos tratamentos de efluentes, tanto
domésticos quanto industriais, também têm
contribuído para a redução do fluxo de água disponível
e também para a diluição dos resíduos depositados no
meio ambiente.
A contaminação das águas de rios, lagos e lagoas
brasileiras com resíduos contendo compostos
aromáticos aumentaram cinco vezes na última
década, principalmente em conseqüência das
atividades agropecuárias e industriais, resultando em
mais de 20 mil áreas contaminadas na extensão
territorial do país.
O que são? 
Os hidrocarbonetos aromáticos são compostos orgânicos
que contêm um ou mais anéis benzênicos, arranjados de
forma linear, angular ou em grupos. A energia proveniente do
efeito de ressonância das duplas ligações destes anéis
estabiliza as ligações entre os átomos de carbono na
estrutura do benzeno, tomando-o altamente resistente à
degradação, promovendo sua persistência na natureza.
Muitos compostos aromáticos apresentam grupos funcionais
ou estruturas parciais não naturais, ou seja, foram
adicionados por via sintética, sendo denominados compostos
xenobióticos, já que são estranhos ao meio ambiente.
Compostos aromatizados
Estes compostos 
podem contaminar 
plantas e animais e 
reagirem com
moléculas biológicas, 
tornando-se potenciais 
agentes carcinogênicos 
e eficientes
mutagênicos.
Compostos aromáticos naturais e 
derivados, contaminantes do ambiente
Existem compostos aromáticos que estão presentes
naturalmente no ambiente, como por exemplo, os ácidos
húmicos que estão no solo e constituem a sua reserva
orgânica. Estes ácidos são constituídos por polímeros de
hidroxifenóis, ácidos hidroxibenzóicos e outras
substâncias aromáticas, as quais estão ligadas a outros
constituintes orgânicos como carboidratos e proteínas.
Os ácidos húmicos são formados a partir da degradação
oxidativa e conseqüente polimerização da matéria
orgânica depositada no solo. Em condições limitadas de
oxigênio, estes ácidos podem ser precursores de
hidrocarbonetos aromáticos policíclicos através da ação
microbiana.
A flexibilidade e a coesão das fibras vegetais nas plantas
são resultantes da presença da lignina, uma molécula
aromática complexa, a qual é constituída por seqüências
de unidades repetitivas de fenil-propanos ligados a grupos
metoxílicos e hidroxílicos.
Objetivo
O objetivo principal deste processamento é a remoção de
parte da lignina para promover o branqueamento e obter a
polpa como matéria-prima. O petróleo é outra fonte natural
de compostos aromáticos, apesar de ser constituído
principalmente de hidrocarbonetos alifáticos e olefinas. A
exploração e utilização do petróleo são de grande risco
para o meio ambiente, desde o processo de extração,
transporte, refino, até o consumo, com a produção de
gases que poluem a atmosfera.
Resíduos
As atividades antrópicas afetam diretamente o ecossistema
e depositam compostos aromáticos constantemente na
biosfera. A deposição de percolados tóxicos em aterros
sanitários, o lançamento de efluentes industriais e a
disposição de resíduos agrícolas são as principais fontes de
poluição em águas subterrâneas, rios e solos,
respectivamente. Os resíduos de defensivos agrícolas
depositados no solo ligam-se à matéria orgânica e
participam da formação de substâncias húmicas.
Posteriormente, são liberados ou absorvidos por
microrganismos, mesofauna ou por plantas, e, se não
metabolizados por eles também constituirão um sério
problema de poluição ambiental.
As indústrias têxteis e de tintas despejam toneladas de
resíduos no meio ambiente a cada ano, causam uma
poluição visual e persistente, uma vez que estes
efluentes requerem um tratamento complexo e grande
parte destes resíduos é depositada no ambiente de forma
inadequada. Dentre os principais corantes químicos
utilizados nas indústrias têxteis destacam-se os corantes
azóicos, os quais são compostos coloridos constituídos
por grupos cromóforos azo. A ligação azo presente
nestes corantes é sintetizada quimicamente, não
existindo na natureza enzimas capazes de agir sobre
estes compostos, o que os tomam persistentes no
ambiente.
Biodegradação de compostos 
aromáticos
Os processos ideais de degradação levam à
mineralização completa dos compostos orgânicos.
Também existem as degradações parciais ou ainda
simplesmente a biotransformação de um composto
aromático em alguns respectivos derivados, que podem
ao invés de diminuir, aumentar a toxicidade do meio
ambiente. Estes são processos oxidativos avançados,
como a fotocatálise heterogênea, ozônio, irradiação
ultravioleta e a fotólise.
Muitos processos oxidativos têm sido combinados com
diferentes tipos de tratamentos biológicos, aumentando de
forma eficiente os processos de tratamento de efluentes de
indústrias papeleiras, farmacêuticas, queijeiras, entre
outras. A remoção da cor destes efluentes não é indicativo
da degradação dos compostos tóxicos, porém, a
intensidade da coloração dos rios e lagoas interfere
significativamente nos processos fotossintéticos naturais e
prejudica a flora e fauna da região afetada.
Os processos biológicos utilizados nos tratamentos de
efluentes e recuperação de solos compreendem
principalmente a biodegradação e biorremediação dos
compostos orgânicos aromáticos contaminantes e
recalcitrantes, responsáveis pela mineralização da
matéria orgânica a dióxido de carbono e água, através de
óxidoredução envolvendo microrganismos. O potencial
de biodegradação de compostos aromáticos depende
principalmente do microrganismo utilizado e da sua
capacidade de metabolizar as estruturas químicas dos
compostos presentes nos resíduos disponibilizados para
o tratamento.
Meio ambiente
A falta de condições ambientais para o crescimento e
desenvolvimento dos microrganismos é um problema que
vêm sendo observado nos processos de biodegradação de
compostos aromáticos. Muitas substâncias depositadas no
ambiente são adsorvidas pelo solo na forma de colóides e
ácidos humicos, e ficam consequentemente, pouco
disponíveis para os microrganismos.
Degradação de compostos 
aromáticos por algas e bactérias
O processo de biodegradação dos compostos aromáticos
no ambiente aquático é realizado geralmente por um
consórcio de microrganismos envolvendo bactérias,
cianobactérias e algas. Algumas algas heterotróficas são
capazes de degradar hidrocarbonetos alifáticos e
aromáticos, principalmente através de vias metabólicas
que envolvem a meta clivagem destes compostos.
Substâncias como corantes azóicos, anilinas, fenóis e
cresóis são degradados obrigatoriamente em aerobiose.
Geralmente, as algas e cianobactérias apresentam um
papel indireto na degradação, sendo as bactérias
aeróbicas e heterotróficas responsáveis pela
metabolização dos compostos aromáticos, enquanto que
as algas fornecem oxigênio, nitrogênio e matéria
orgânica. A prática de processos biológicos que envolvem
a presença de microrganismos tanto anaeróbicos como
os aeróbicos tem proporcionado resultados eficientes namineralização de compostos aromáticos. A
biodegradação de compostos aromáticos é realizada por
vias metabólicas específicas para o catabolismo destas
substâncias e também através de reações de óxido-
redução catalisadas por enzimas extracelulares.
Algumas bactérias também podem produzir alguns
metabólitos secundários que auxiliam na degradação de
compostos aromáticos, como os biossurfactantes. Estes
compostos possuem grupos polares e apolares com
propriedades tensoativas que possuem função fisiológica
de emulsificação, solubilização e transporte de
compostos aromáticos insolúveis em água, como os
pesticidas.
Degradação de compostos aromáticos 
por fungos e leveduras
A produção destas enzimas é fundamental para a
aplicação destes fungos em processos de biorremediação
e biodegradação de compostos aromáticos. A maioria dos
fungos é produtor constitutivo de enzimas envolvidas na
degradação de lignina cuja inespecificidade e
versatilidade de seus sistemas enzimáticos múltiplos,
proporcionam uma grande vantagem para o uso destes
microrganismos na biodegradação de xenobióticos.
Alguns fungos requerem um período de pré-adaptação na
presença de baixas concentrações dos compostos tóxicos
para um melhor desempenho no processo de
biodegradação.
Alguns aromáticos não são oxidados pelas enzimas
produzidas pelos fungos ligninolíticos visto que possuem
elevado potencial de oxidação A adição de compostos
mediadores também pode colaborar nos processos de
biodegradação, acelerando o metabolismo de compostos
aromáticos pelos microrganismos. A tolerância a
diferentes concentrações destes compostos no ambiente
também depende do gênero e ou da espécie do fungo.
A capacidade de degradação de compostos aromáticos
por leveduras não tem sido muito descrita na literatura.
Recentemente, leveduras psicrófilas capazes de degradar
compostos fenólicos foram isoladas na região dos Alpes
Andinos.
Embora os compostos aromáticos ocorram naturalmente,
o desenvolvimento industrial tem proporcionado um
aumento significativo deles, tomando o ambiente tóxico e
perigoso para a saúde humana e ambiental. Os
microrganismos, independentemente se algas, bactérias
ou fungos são as ferramentas imprescindíveis que devem
ser estudados para uso em processos de biorremediação.
Entretanto, quanto maior o domínio do conhecimento nas
áreas de genética, bioquímica e fisiologia de cada grupo
microbiano frente ao composto aromático ou grupo de
compostos de interesse, maior a possibilidade de sucesso
na sua mineralização.
Um banco de microrganismos poderá ser criado
cadastrando-se mais adequados para cada grupo de
compostos aromáticos a serem mineralizados, com as
especificações das condições ótimas de crescimento e o
tempo necessário para a biodegradação completa do
composto aromático desejado. Isto certamente irá
favorecer os processos de biorremediaçâo tanto em casos
acidentais como para remediar solos, águas e ambientes
que estão sendo contaminados gradualmente. O que é
necessário é a persistência do homem na pesquisa, para
descobrir quais são os microrganismos apropriados para
acelerarem a mineralização de cada poluente, na
proporção adequada, para preservar a natureza de hoje e
de amanhã.
Aluno
Alcione Contrera Paredes
RA: 4062946042