UNIDADE I

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Microbiologia Aplicada 
a Tratamento de Efluentes
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Leandro Jorge da Silva
Revisão Textual:
Profa. Esp. Kelciane da Rocha Campos 
Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
• Águas Residuais e o Tratamento Biológico
• Ambiente Físico - Químico das Águas Residuais
• Disponibilidade de Nutrientes
• Grupos de Seres Vivos
• Metabolismo Microbiano
• Metabolismo Energético
• Classificação dos Seres Vivos Quanto às Fontes de Carbono
• Classificação dos Seres Vivos Quanto às Fontes de Energia e Carbono
• Relações entre Seres Vivos e o Oxigênio
 · Reconhecer a diversidade metabólica microbiana presente no trata-
mento das águas residuais e fornecer bases para o entendimento de al-
guns aspectos ecológicos, como o nutricional e o meio físico-químico.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Introdução à Microbiologia Aplicada
ao Tratamento de Efl uentes
Orientações de estudo
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da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
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No material de cada Unidade, há leituras indicadas. Entre elas: artigos científicos, livros, vídeos e 
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encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados.
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pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato 
com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Águas Residuais e o Tratamento Biológico
Efluentes são os resíduos provenientes, principalmente, de atividades industriais, 
esgotos domésticos, agricultura e empresas, que são lançados no meio ambiente, 
na forma de sólidos, líquidos ou gases.
O tratamento de efluentes líquidos consiste na alteração das propriedades físico-
-químicas e biológicas das águas residuais, com a finalidade de enquadrá-las se-
gundo um padrão estabelecido por lei. No Brasil, esse padrão é estabelecido pela 
Resolução n°. 357 de 2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), 
alterada e complementada pela Resolução 430 de 2011. A Resolução 357/05 
CONAMA dispõe sobre a classificação dos corpos hídricos e diretrizes ambientais 
para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lan-
çamento de efluentes, e dá outras providências.
Os efluentes podem apresentar diferentes características, que dependem da 
sua procedência, ou seja, a partir de quais atividades eles são formados. Como 
exemplo, um efluente proveniente do esgoto doméstico, geralmente rico em matéria 
orgânica de relativamente fácil degradação, é diferente do efluente da indústria de 
polpa e papel, que pode apresentar abundância de lignina, que é uma molécula 
orgânica de degradação mais complexa (recalcitrante). Esses dois efluentes citados, 
por sua vez, diferem muito do efluente da indústria metalúrgica, que geralmente 
apresenta metais em abundância, como o ferro e manganês. Até mesmo o efluente 
proveniente de uma mesma atividade industrial pode apresentar alterações em 
função do tempo: a produção de esgotos em uma localidade varia ao longo do dia 
(variações horárias), semana (variações diárias) e ano (variações sazonais).
Nos efluentes podem haver partículas em suspensão (de natureza orgânica ou 
inorgânica), matéria orgânica dissolvida (de fácil ou difícil degradação), espécies 
inorgânicas dissolvidas, minerais ou nutrientes (como as de nitrogênio, enxofre, 
íons metálicos, cloreto e outros íons) e substâncias complexadas. Podem apre-
sentar também valores variados de pH, temperatura, concentração de oxigênio 
dissolvido, cor, odor, micro-organismos patogênicos, etc. Na prática, os efluentes 
são formados a partir da combinação desses parâmetros, o que torna o tratamento 
um trabalho complexo.
Frente a esse problema, a diversidade metabólica microbiana pode apresentar 
grande importância nos processos de tratamento. Os micro-organismos podem 
participar da bioconversão ou ciclagem de compostos enquadrados como poluen-
tes, transformando-os em espécies químicas inertes, voláteis (que se transformam 
em gases), sedimentáveis ou que não promovam danos ambientais significativos. 
O entendimento dos princípios básicos desse metabolismo aplicado ao tratamento 
de águas residuais é a condição mínima para desenvolver e operar um sistema de 
tratamento de efluentes. A seguir serão discutidos alguns desses princípios.
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Importante!
Afi nal, como os micro-organismos atuam na degradação de compostos químicos? A bio-
degradação, na maioria dos casos, ocorre quando uma enzima microbiana atua sobre 
as ligações químicas da molécula a ser degradada, levando à sua desestabilização. As 
enzimas podem, por exemplo, facilitar a transferência da energia presente nessa ligação 
química desestabilizada até outra molécula armazenadora de energia, como o trifosfato 
de adenosina (ATP).
E para as moléculas que apresentam uma estrutura complexa de ligações químicas, 
como a lignina (Figura 1), como ocorre a biodegradação? A lignina é um composto re-
calcitrante encontrado na parede celular de células vegetais, que apresenta um efeito 
“cimentifi cante” e é abundante nos tecidos vegetais que apresentam rigidez, como os 
troncos das árvores. A biodegradação de uma molécula com essa complexidade requer 
diferentes tipos de enzimas, que, por sua vez, são sintetizadas por uma diversidade de 
micro-organismos (consórcio microbiano). Além disso, muitas ligações químicas fi cam 
escondidas na estrutura dessa molécula, que difi culta a sua biodegradação.
Você Sabia?
Figura 1 – Fórmula estrutural da molécula de lignina
Fonte: Wikimedia Commons
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Bioconversão: é a transformação, via metabolismo microbiano, de um composto químico 
em outro com propriedades e estrutura química semelhantes.
Recalcitrantes: são compostos que apresentam difícil biodegradação. Todo o composto 
químico pode ser biodegradado, no entanto, existem compostos como os pesticidas, fertili-
zantes, derivados do petróleo, lignina, organoclorados e organofosforados que apresentam 
uma estrutura molecular complexa, que dificulta a ação das enzimas degradadoras.
ATP: é a abreviatura da palavra, em inglês, Adenosine Triphosphate (trifosfato de adenosina). 
O ATP é um nucleotídeo que apresenta a função de armazenar energia nas ligações químicas 
de fosfato e fornecer essa energia diretamente para o trabalhocelular. O ATP é formado por 
três grupos fosfatos e uma molécula de adenosina (ribose + adenina) (Figura 2). Quando a 
energia é liberada do ATP, a molécula perde um grupamento fosfato, formando a molécula 
de difosfato de adenosina (ADP).
ADP + Pi + Energia  ATP (Equação 1) 
Onde: Pi = Fosfato inorgânico.
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Figura 2 – Fórmula estrutural da molécula de ATP
Fonte: Wikimedia Commons
Ambiente Físico-Químico das Águas Residuais
Os tanques de tratamento de efluentes apresentam parâmetros físico-químicos 
que devem ser precisamente controlados, pois os micro-organismos são extrema-
mente sensíveis a certas variações ambientais, como as concentrações de matéria 
orgânica, oxigênio dissolvido, nutrientes, pH, temperatura, etc.
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Composição Química dos Efl uentes
A composição química dos efluentes varia. Esgotos domésticos são compostos 
por 99,9% de água e 0,01% de sólidos. A fração sólida é formada, principalmente, 
por matéria orgânica (cerca de 70%), como carboidratos, lipídeos (gorduras, óleos 
e graxas), aminoácidos, proteínas, etc. Efluentes provenientes da agricultura geral-
mente apresentam abundância em matéria inorgânica dissolvida, como espécies 
químicas de nitrogênio, fósforo, enxofre, metais e outros nutrientes minerais. Os 
compostos inorgânicos correspondem a cerca de 30% do total da fração de sóli-
dos. É de fundamental importância tratar esses efluentes, pois a introdução desses 
compostos, em excesso, pode modificar a ecologia de corpos hídricos receptores, 
alterando a diversidade biológica, o pH, a concentração de oxigênio dissolvido, etc.
pH
O pH desempenha um papel crucial na degradação da matéria orgânica, porque 
a acidez afeta a solubilidade desses compostos. A solubilidade da matéria orgâni-
ca, por sua vez, apresenta importância para que os micro-organismos possam ter 
acesso a essa molécula (como, por exemplo, absorvê-la através da membrana plas-
mática). Além disso, os micro-organismos responsáveis pelo tratamento de águas 
residuais são sensíveis ao pH do meio ambiente.
Cada espécie de micro-organismo que participa do processo de tratamento 
dos efluentes “trabalha” em uma faixa de “pH ideal ou ótimo”, fora do qual o 
seu metabolismo se torna inativo. Como exemplo, o pH ideal para o tratamento 
biológico de esgotos domésticos é de aproximadamente 7. Em um efluente no qual 
o objetivo seja remover biologicamente a amônia (NH3), é indispensável manter 
o pH entre 6 e 9, que é a faixa na qual as bactérias do gênero Nitrosomonas 
promovem a conversão da amônia em nitrito (NO2-).
Temperatura
A variação da temperatura apresenta grande relevância no tratamento biológico 
de efluentes. O crescimento bacteriano é sensível à temperatura, pois valores acima 
de uma determinada faixa podem provocar a desnaturação de proteínas ou lise da 
membrana celular.
Os micro-organismos que sobrevivem em temperaturas relativamente elevadas 
(entre 55 e 75°C) são chamados de termófilos. Esse metabolismo é importante 
para o tratamento de efluentes aquecidos, como é o caso das águas residuais 
provenientes de tinturarias, curtumes, trocadores de calor (radiadores) de diversos 
segmentos industriais, etc.
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
A temperatura mais comum para tratamento de efluentes está numa faixa entre 
25 e 40°C. Nessa faixa, ocorre a proliferação de populações de micro-organismos 
mesófilos típicas do tratamento do esgoto urbano. As populações de mesófilos, 
comparadas à de termófilos, apresentam maior capacidade de degradação de ma-
téria orgânica, pois a energia térmica (calor) favorece esse processo. Portanto, a 
temperatura deve que ser controlada precisamente para otimizar a eficiência da 
biodegradação da matéria orgânica, assim como permitir que os micro-organismos 
de interesse permaneçam viáveis.
Esgoto urbano: é o esgoto produzido nas cidades, que é proveniente das residências, 
empresas, indústrias e agricultura.
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Disponibilidade de Nutrientes
A diversidade metabólica dos micro-organismos é tão vasta que praticamente 
todos os compostos encontrados nos efluentes podem apresentar importância 
nutricional para algum micro-organismo.
A matéria orgânica é o resíduo cuja concentração muitas estações de tratamen-
to desejam remover ou reduzir. Nitrogênio e fósforo são nutrientes indispensáveis 
para o crescimento de todos os micro-organismos e que podem estar presentes na 
forma de compostos orgânicos ou inorgânicos. Outros compostos, como o cálcio, 
potássio, magnésio, ferro, manganês, zinco, cloro, enxofre, são também impor-
tantes para o metabolismo microbiano e estão presentes nas águas residuais. Esses 
elementos são necessários para a atividade de muitos micro-organismos, porém 
são requeridos geralmente em concentrações inferiores às do fósforo e nitrogênio.
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Importante!
No dia 05 de novembro de 2015 aconteceu o maior desastre ambiental do Brasil de 
todos os tempos e um dos maiores do mundo.
O desastre ocorreu após o rompimento da barragem da mineradora Samarco (controlada 
pela Vale S/A e pela empresa anglo-australiana BHP Billiton) no município de Mariana, 
Minas Gerais.
O rompimento da barragem levou ao vazamento de 62 milhões de m3 de rejeitos de 
mineração, que eram constituídos de minérios de ferro, silte, argila e lama. Apesar 
desse rejeito não apresentar toxicidade aos seres humanos, os danos ambientais desse 
desastre apresentam altíssimas proporções.
A lama devastou o distrito de Bento Rodrigues (Figura 3), atingiu o Rio Gualaxo Norte, 
que desagua no Rio Carmo, que é um afl uente do Rio Doce. O Rio Doce abrange 230 
municípios, nos estados de Minas Gerais e Espírito Santo, que utilizam o seu leito como 
subsistência. A lama percorreu aproximadamente 650 Km e levou 17 dias para atingir 
o mar (Figura 3), onde contaminou diretamente uma área semelhante ao pantanal 
(aproximadamente 25 mil Km2).
No caminho percorrido, a lama assoreou uma grande área de rios, promovendo a 
morte de uma diversidade de espécies aquáticas e terrestres, destruindo nascentes e 
matas ciliares, inviabilizando temporariamente a operação de dezenas de estações de 
tratamento de água de abastecimento público e a subsistência de milhares de famílias 
que vivem nos arredores desses corpos d’água contaminados. Os ecossistemas marinhos 
são mais susceptíveis às poluições dessa natureza, comparados aos de água doce, 
portanto o impacto nesse ambiente poderá ainda apresentar proporções maiores.
A lama depositada nas localidades atingidas demorará anos para secar e, quando isso 
ocorrer, formará uma camada de solo com baixa fertilidade e de consistência dura, 
como uma espécie de cimento, que difi cultará o desenvolvimento de espécies vegetais. 
Especialistas acreditam que os rios atingidos levarão centenas de anos para que ocorra 
a depuração natural.
Trocando ideias...
Figura 3 – Distrito de Bento Rodrigues logo após o desastre 
Fonte: Wikimedia Commons
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Grupos de Seres Vivos
O pesquisador Carl Woese propôs, em 1990, um sistema de classificação bio-
lógica baseada nas similaridades entre as sequências de RNA ribossômico (rRNA). 
Nessa classificação foram descritos três domínios: Bacteria, Archaea e Eukarya.
Nos domínios Bacteria e Archaea estão inclusos os organismos unicelulares e 
procariontes. Os procariontes não apresentam organelas membranosas e o núcleo 
envolto por membrana. O domínio Archaea é composto, na maioria dos casos, 
por organismos quimiotróficos e/ou extremófilos.
O metabolismo quimiotrófico será discutido a seguir. Os extremófilos, como 
o próprio nome diz, são organismos capazes de viver em condições ambientais 
consideradas extremas para os seres humanos, como em elevadas temperaturas, 
acidez e salinidade. Dentre as Archaea,as metanogênicas (produtoras de metano) 
são um grupo que apresenta interesse especial no tratamento de efluentes, pois 
participam da degradação anaeróbica da matéria orgânica. Discutiremos sobre as 
bactérias metanogênicas posteriormente.
Dentre as representantes do domínio Bacteria estão inclusas as bactérias cau-
sadoras de doenças nos seres humanos e as encontradas no solo e água que não 
pertençam ao domínio Archaea.
No domínio Eukarya estão inclusos os organismos eucarióticos, ou seja, aqueles 
que apresentam duas caraterísticas básicas: 1) núcleo celular organizado por um 
envoltório chamado carioteca ou membrana nuclear; 2) organelas membranosas, 
como as mitocôndrias, lisossomos, complexo de Golgi e retículo endoplasmático. 
Esse domínio engloba seres unicelulares, como os protozoários e leveduras (fungos 
unicelulares); ou multicelulares, como os animais, fungos multicelulares e as plantas.
Figura 4 – Árvore filogenética determinada a partir da análise 
comparativa da sequência de RNAr dos seres vivos
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RNAr: é a abreviatura da palavra Ribosomal Ribonucleic Acid (Ácido Ribonucleico). Essa 
molécula é produzida a partir do DNA e, juntamente com algumas proteínas, compõe a 
estrutura dos ribossomos.
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Metabolismo Microbiano
O metabolismo consiste em uma série de reações químicas, que ocorrem em nível 
celular e apresentam como objetivos principais obter, armazenar e utilizar energia 
para os diversos trabalhos celulares. Pode-se dizer também que o metabolismo 
é a soma de todas as reações químicas que ocorrem em qualquer organismo. 
Os organismos apresentam basicamente dois tipos de processos metabólicos: o 
catabolismo e anabolismo.
Catabolismo e Anabolismo
O catabolismo, também chamado de metacatabolismo, dissimilação ou meta-
bolismo degradativo, é o conjunto de processos que consistem na oxidação ou 
“quebra” de determinada substância, visando à obtenção de energia. Essa energia 
é prontamente armazenada nas ligações químicas de moléculas como ATP, NADH, 
NADPH e FADH2.
No catabolismo, moléculas como os açúcares, ácidos graxos, aminoácidos e 
nucleotídeos são degradados, visando à produção de energia na forma de ATP. 
Essa energia, posteriormente, poderá será utilizada nos processos de anabolismo.
Processos catabólicos como a glicólise e a fermentação participam da degradação 
de açúcares, como a glicose, e produção de energia na forma de ATP. Discutiremos 
a glicólise ainda nessa Unidade, já a fermentação posteriormente.
O anabolismo, também chamado de assimilação ou metabolismo de síntese, são 
processos que visam a produção de substâncias importantes para a manutenção 
da vida de um determinado organismo, como crescimento, multiplicação e 
reconstituição celular, síntese de enzimas e de estruturas celulares e absorção ou 
excreção de substâncias a partir das membranas. A síntese dessas substâncias é 
possível graças à energia consumida do ATP sintetizado nos processos catabólicos. 
A fotossíntese e a quimiossíntese são importantes vias anabólicas microbianas.
O anabolismo e catabolismo ocorrem simultaneamente (Figura 5) e, em muitos 
casos, podem ser observados em uma mesma via metabólica.
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Anabolismo
Catabolismo
Energia Contida
nos Alimentos
Monossacarídeos,
ácidos graxos, 
aminoácidos
e nucleotídeos
Macromoléculas Celulares
Polissacarídeos, proteínas,
lipídeos e ácidos nucleicos
Produtos Finais
CO2
H2O
NH3
Moléculas Precursoras
Monossacarídeos,
aminoácidos, ácidos
graxos e nucleotídeos
ADP+HPO2-4
NAD+
NADP+
FAD
Energia Química:
ATP
NADH
NADPH
FADH2
Figura 5 – Anabolismo e catabolismo atuando simultaneamente
Oxidação: perda de elétrons por um átomo ou molécula.
NADH: é uma molécula que transfere elétrons de um composto oxidado até moléculas 
como o ATP. NADH é a abreviatura, em inglês, da palavra Nicotinamide Adenine Dinucleotide 
Reduced (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Reduzido). O estado oxidado dessa molécula 
é o NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo).
NADPH: é uma molécula doadora de elétrons, cujo nome é a abreviatura, em inglês, de 
Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Reduced (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo 
Fosfato Reduzido).
FADH2: é uma molécula doadora de elétrons, cujo nome é a abreviatura, em inglês, de 
Flavin Adenine Dinucleotide Reduced (Dinucleotídeo de flavina e adenina reduzido). O estado 
oxidado dessa molécula é o FAD (Dinucleotídeo de Flavina e Adenina).
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Glicólise
A glicólise é uma via metabólica que pode ser encontrada em todos os seres que 
possuem células. Esse processo apresenta, como principal função, a degradação 
da molécula de glicose, que libera como produtos o piruvato, NADH e ATP: duas 
moléculas de cada.
Existem duas vias glicolíticas encontradas nos micro-organismos: Embden–
Meyerhof–Parnas e Entner-Doudoroff (Figura 6). Apesar de a via de Embden–
Meyerhof–Parnas ser a mais comum, em ambas as vias ocorre a oxidação da 
glicose, sem a utilização de oxigênio, até a formação da molécula de piruvato. 
A via Entner-Doudoroff é encontrada, na maioria dos casos, em bactérias aeró-
bicas obrigatórias, como as do gênero Azotobacter e Pseudomonas.
A glicólise é uma reação química com dez etapas, que se inicia com uma 
molécula de glicose de seis carbonos e termina com duas moléculas de piruvato de 
três carbonos, também chamado de ácido pirúvico (piruvato em solução aquosa). 
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O processo consome 2 e produz 4 moléculas de ATP, havendo, portanto, o 
rendimento energético de 2 ATP. Além disso são formadas duas moléculas de 
NADH, que poderão ser utilizadas na “cadeia de transporte de elétrons”, que será 
discutida posteriormente.
Os destinos do piruvato nas bactérias podem ser as vias fermentativas ou a 
sua completa oxidação, em um processo semelhante à respiração celular dos 
organismos eucarióticos, que gera 36 ou 38 ATP. Estudaremos também mais 
detalhadamente os processos respiratórios nas próximas Unidades.
Glicose
ATP
ADP
ATP
ADP
Glicose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato
Frutose-1, 6-bisfofato
NAD+
NAD + H+
1, 3-Bifosfoglicerato
ADP
ATP
3-Fosfoglicerato
ADP
ATP
Piruvato
2-Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
Dihidroxiacetona-PGliceraldeído-3-P
Glicose
ATP
ADP
NADP+
NADPH
H2O
Gliceraldeído-3-fosfatoPiruvato
Piruvato
Glicose-6-fosfato
6-Fosfogluconato
2-Ceto-3-desoxi-6-fosfogluconato
NAD+
NADH
ADP
ATP
ADP
ATP
Embden – Meyerhof – Parnas Entner – Doudoro�
Figura 6 – Vias glicolíticas de Embden–Meyerhof–Parnas e Entner-Doudoroff 
Existem outras vias de oxidação da glicose em bactérias além da glicólise, com 
destaque para a via das Pentoses-Fosfato. Essa via não consome nem produz ATP, 
mas produz ribose-5-fosfato, CO2 e o NADPH. A ribose-5-fosfato é um importante 
precursor dos nucleotídeos, portanto pode ser usada na síntese de ácidos nucléicos. 
Bactérias como Bacillus subtilis, Escherichia coli, Leuconostoc mesenteroides e 
Enterococcus faecales utilizam essa via de degradação. Atenção nessa via metabó-
lica, pois voltaremos a falar sobre ela futuramente, quando tratarmos de processos 
de fermentação láctica!
Todos os seres vivos necessitam de fontes de energia para a realização de tarefas 
básicas como locomoção, divisão celular e alimentação. Estudaremos a partir de 
agora o metabolismo relacionado à obtenção de energia.
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Metabolismo Energético
No que se refere à fonte de energia, os micro-organismos podem ser classificados 
como fototróficos e quimiotróficos.
Fototróficos
Os organismos fototróficos utilizam, basicamente, a energia radiante luminosa 
(luz solar) como fonte de energia. Nessa categoria se enquadram as plantas,algas 
e algumas bactérias.
Quimiotróficos
Esses organismos utilizam a energia proveniente de reações químicas envolvendo 
compostos orgânicos ou inorgânicos. Se o substrato utilizado na reação química para 
a obtenção de energia for de natureza orgânica, esses organismos são chamados de 
quimiorganotróficos. Os substratos orgânicos mais utilizados por esses organismos 
são os açúcares (como a glicose, frutose, galactose, etc.), gorduras (ácidos graxos 
e glicerol) e proteínas (aminoácidos). Esse metabolismo é realizado por muitas 
bactérias e, praticamente, todos os protozoários, fungos e animais.
Por outro lado, se o substrato utilizado for de natureza inorgânica, esses 
organismos podem ser chamados de quimiolitotróficos. Os seres quimiolitotróficos 
realizam a quimiossíntese, que consiste na produção de energia química a partir da 
oxidação de um composto químico reduzido. Essa energia é posteriormente utilizada 
para a produção de compostos orgânicos. Esse metabolismo está resumido, em 
duas etapas, nas reações químicas abaixo apresentadas.
Primeira Etapa:
Composto Inorgânico + O2  Compostos Inorgânicos oxidados + Energia 
(Equação 2)
Onde: O2 = oxigênio dissolvido.
Segunda Etapa:
CO H O Energia Compostos Orgâni O Equação2 2 2 3+ + + cos ( )
Onde: CO2 = dióxido de carbono; H2O = água.
O metabolismo quimiossintético apresenta importância no tratamento de alguns 
efluentes, pois ele participa da ciclagem de espécies químicas de grande relevância 
na área de saneamento, como o nitrogênio, enxofre e o ferro.
A quimiossíntese ocorre na presença de oxigênio, ou seja, é um processo 
aeróbico, conforme pode ser observado na Equação 2. Na Equação 3, a partir do 
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dióxido de carbono e da água são formados os compostos orgânicos, que podem 
ser relacionados, indiretamente, com o crescimento microbiano.
De modo prático, isso significa que, nesse tipo de tratamento, haverá prolifera-
ção de bactérias quimiossintetizantes na água residual enquanto houver composto 
inorgânico para ser reduzido. Casos relevantes de quimiossíntese na área de Sane-
amento Ambiental muitas vezes estão relacionados com as bactérias nitrificantes, 
oxidantes de ferro e de enxofre. Discutiremos as bactérias oxidantes de ferro e 
enxofre a seguir, e as bactérias nitrificantes na unidade posterior.
Bactérias Oxidantes de Ferro
As bactérias oxidantes de ferro são um grupo heterogêneo cujos representantes 
mais comuns pertencem aos gêneros Gallionella, Sphaerotillus, Crenotrix, 
Clonothrix, e Lieskeella e Leptotrix. Essas bactérias apresentam a capacidade 
de oxidar compostos ferrosos (Fe2+) a compostos férricos (Fe3+) como forma de 
obtenção de energia, conforme Equação 4. Nesses casos, os compostos férricos 
tendem a precipitar e se acumular no fundo do reservatório de tratamento, devido 
à sua insolubilidade.
4 2 4 42 2 2 3Fe OH O H O Fe OH Energia Equação( ) ( ) ( )+ + +
Bactérias Oxidantes de Enxofre
São bactérias capazes de oxidar espécies químicas de enxofre como forma de ob-
tenção de energia. Dentre as mais comuns, podem-se destacar as bactérias verdes e 
purpuras sulfurosas e as representantes dos gêneros Thiobacillus e Thermococcus.
Esse metabolismo é requerido quando se deseja remover espécies químicas de 
sulfeto, que apresenta odor forte e desagradável, semelhante a “ovo podre”. A 
formação de sulfato a partir do sulfeto (Equação 5) pode favorecer a formação de 
ácido sulfúrico, que é um ácido forte. O ácido sulfúrico é indesejável em plantas de 
tratamento de águas residuais, pois ele pode inativar (matar) os micro-organismos 
que contribuem para a depuração do efluente, além de danificar os equipamentos 
do sistema de tratamento.
H S O H SO sulfato2 2 2 4
22+ + − ( )
Onde: H2S (sulfeto de hidrogênio); H2 (gás hidrogênio); SO42- (sulfato).
Composto reduzido: composto químico que recebeu elétrons.
Insolubilidade: composto que não se dissolve e tende a precipitar devido à ação da gravidade.
Substrato: molécula de natureza orgânica ou inorgânica utilizada como fonte de carbono e/
ou energia.
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Classificação dos Seres Vivos 
quanto às Fontes de Carbono
No que se refere às fontes de carbono, podem ser observados dois tipos de 
metabolismos básicos nos seres vivos: o autotrófico e o heterotrófico.
Autótrofos
Os autótrofos são organismos que realizam o metabolismo autotrófico, ou seja, 
utilizam o CO2 como fonte de carbono e produzem compostos orgânicos (geralmente 
um açúcar) a partir de inorgânicos, como o dióxido de carbono e a água. Esse 
metabolismo já foi citado nesta Unidade e está representado na Equação 3.
Os autótrofos podem também contribuir para remoção de nutrientes inorgânicos 
presentes nos efluentes, como o fosfato, nitrato, cálcio, magnésio, sódio, potássio, 
etc. Os compostos orgânicos produzidos por esses organismos servem de fonte 
de carbono para os organismos heterótrofos e, por esse motivo, os autótrofos 
são chamados de produtores. Esse metabolismo é realizado por plantas como as 
macrófitas, algas, bactérias fotossintetizantes e quimiossintetizantes.
Heterótrofos
Os heterótrofos são seres que realizam o metabolismo heterotrófico e utilizam a 
matéria orgânica produzida por outro ser vivo (autótrofos) como a única fonte de 
carbono. Esses organismos são classificados, ecologicamente, como consumidores 
(herbívoros ou carnívoros) ou decompositores (fungos e bactérias).
Os heterótrofos são os organismos responsáveis pela biodegradação da matéria 
orgânica em águas residuais. Os representantes de maior relevância para o 
tratamento de águas residuais são as bactérias, os vermes, protozoários, fungos e 
micrometazoários, como larvas de insetos, tardigrados e rotíferos.
É importante destacar que o metabolismo heterotrófico leva sempre à degradação 
de um composto orgânico e a reação simplificada desse processo, em muitos casos, 
é complementar ao metabolismo autotrófico, ou seja, as reações são as mesmas, 
porém em sentido inverso, conforme observado nas Equações 3 e 6:
C H O O CO H O Energia Equação6 12 6 2 2 26 6 6 6+ + + ( )
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Classifi cação dos Seres Vivos quanto
às Fontes de Energia e Carbono
Até então foram citados processos de obtenção de energia (quimiotrófico e foto-
trófico) e de carbono (autotrófico e heterotrófico). A combinação desses processos 
gera novas classificações: fotoautotróficos, fotoheterotróficos, quimioautotróficos e 
quimioheterotróficos.
Fotoautótrofos e os Fotoheterótrofos
Os fotoautótrofos e os fotoheterótrofos obtêm energia a partir da luz do sol 
(energia radiante luminosa). A diferença entre esses dois metabolismos está na 
fonte de carbono requerida. Os fotoautotróficos, como as plantas, algas e algumas 
bactérias, utilizam o CO2 como fonte de carbono, ao contrário dos fotoheterotró-
ficos, que utilizam matéria orgânica para essa finalidade. As bactérias fotossinte-
tizantes apresentam um fotopigmento chamado bacterioclorofila. Os outros seres 
fotossintetizantes, inclusive as cianobactérias, possuem a clorofila a. As bactérias 
que usam a bacterioclorofila, ao contrário da fotossíntese vegetal e das cianobacté-
rias, não produzem O2.
Quimioautotrófi cos e Quimioheterotrófi cos
Os quimioautótrofos utilizam matéria inorgânica como fonte de energia e CO2 
como fonte de carbono. Nessa categoria são enquadrados os quimiossintetizantes, 
que já foram previamente citados. Os quimioheterótrofos utilizam compostos orgâ-
nicos como fonte de carbono e energia. Nessa categoria podem ser encontrados 
os animais, fungos, muitas bactérias e os protozoários.
As informações básicas sobre esses quatro tipos de processos metabólicos 
encontram-se resumidas na tabela abaixo:
Tabela 1 – Classifi cação metabólica dos seres vivos, considerando,
simultaneamente, as fontesde carbono e energia
Classifi cação Fonte de Energia Fonte de Carbono Exemplos
Fotoautotrófico Luz CO2 Plantas, algas e algumas bactérias fotossintetizantes
Fotoheterotróficos Luz Matéria Orgânica Algumas bactérias fotossintetizantes
Quimioautotróficos Matéria Inorgânica CO2 Bactérias quimiossintetizantes
Quimioheterotróficos Matéria Orgânica Matéria Orgânica Animais, fungos, algumas bactérias, protozoários
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Relações entre Seres Vivos e o Oxigênio
O oxigênio é sintetizado pelos organismos fotossintetizantes, cujos representan-
tes são algumas bactérias, as algas e os vegetais.
Por outro lado, o oxigênio é consumido pelo metabolismo autotrófico ou 
heterotrófico. No heterotrófico, o consumo se dá durante a degradação da matéria 
orgânica, como os açúcares, aminoácidos, ácidos graxos, etc. No heterotrófico, 
o consumo se dá durante a oxidação de compostos inorgânicos, como a amônia 
(NH3), gás hidrogênio (H2), íon ferroso (Fe2+), sulfeto de hidrogênio (H2S), etc.: 
ambos processos de oxidação visam à produção de energia na forma de ATP.
A energia presente nas ligações químicas dessas moléculas é prontamente 
transferida para alguns compostos específicos, chamados de “moléculas doadoras 
de elétrons”, como o FADH2 e NADH. Se as moléculas doadoras de elétrons 
transferem os seus elétrons para o oxigênio, o processo é chamado de respiração 
aeróbica. Caso seja uma molécula diferente do oxigênio, o processo é chamado de 
respiração anaeróbica.
Devido à importância desses metabolismos no tratamento de efluentes, eles 
serão detalhadamente discutidos posteriormente.
Importante!
Os micro-organismos oxidam os compostos orgânicos (retiram os elétrons) a fim de 
produzirem energia. Os compostos são degradados lentamente por vias metabólicas, 
como a glicólise.
Durante a degradação, são produzidas moléculas como FADH2 e NADH, que são chamadas 
de moléculas “doadoras de elétrons”. Essas moléculas fornecerão seus elétrons para a 
chamada “cadeia de transporte de elétrons”, que consiste em uma série de reações de 
oxirredução de complexos proteicos (citocromos) (Figura 7) presentes na membrana 
plasmática das bactérias (procarióticos) e nas mitocôndrias de representantes do 
domínio Eukarya (eucarióticos).
Nessa cadeia, ocorre a formação de ATP e os elétrons são transferidos para outro 
composto chamado de aceptor “final de elétrons”. Nos organismos aeróbicos, o oxigênio 
é o aceptor final de elétrons; nos anaeróbicos, o aceptor pode ser um composto orgânico 
ou o nitrato (NO3-), nitrito (NO2-), sulfato (SO42-), sulfito (SO32-), etc. Discutiremos mais 
profundamente essa cadeia na próxima unidade.
Em Síntese
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NADH2
FAD
Nível
Energético
Citocromo b
Citocromo c
Citocromo a
Citocromo a3
O-- H2O
2H+2e
ATP
ATP
ATP
2e
2e
2e
2e
Figura 7 – Esquema de uma cadeia de transporte de elétrons de um organismo procariótico
Detalhe da figura os elétrons (e) provenientes do NADH2 sendo transferidos de 
molécula a molécula até chegar no oxigênio, que é o aceptor final de elétrons da 
respiração aeróbica, formando a água (H2O).
Oxirredução: são o conjunto de reações químicas que envolvem a transferência de elé-
trons, onde algumas espécies químicas oxidam e outras reduzem.
Ex
pl
or
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UNIDADE Introdução à Microbiologia Aplicada ao Tratamento de Efluentes
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Sites
SABESP – Tratamento de efluentes
https://goo.gl/tcoLj
 Vídeos
Curso Univesp de Bioquímica. Catabolismo dos carboidratos
Curso Univesp de Bioquímica. Catabolismo dos carboidratos.
UNIVESP. Licenciatura em Ciências Biológicas – 11º bimestre. Disciplina: Bioqímica 
– BBQ – 001. Professor Angelo Luiz Cortelazzo. Bioquímica – aula 11 – catabolismo 
– carboidratos. 
https://youtu.be/VvgAA9zCOYY
Curso Univesp de Bioquímica. Anabolismo
UNIVESP. Licenciatura em Ciências Biológicas – 11º bimestre. Disciplina: Bioquímica 
– BBQ – 001. Professor Angelo Luiz Cortelazzo. Bioquímica – aula 18 – anabolismo. 
https://youtu.be/FEv4xOWOnV0
Curso Univesp de Bioquímica. Glicólise e Fermentação
UNIVESP. Licenciatura em Ciências Biológicas – 11º bimestre. Disciplina: Bioquímica – BBQ 
– 001. Professor Angelo Luiz Cortelazzo. Bioquímica – aula 12 – glicólise e fermentação. 
https://youtu.be/0L05yTRxPj4
Ecología de Tratamientos Biológicos
OSCAR NOMDEDEU. Ecología de Tratamientos Biológicos. 
https://youtu.be/NQ24B9XN84A
 Leitura
Revista de Patologia Tropical
SANTOS et al. Qualidade microbiológica de afluentes e efluentes de estações de trata-
mento de água e esgoto de Goiânia, Goiás. Revista de patologia tropical, vol. 39 (3): 
173-187, jul. - set. 2010. 
https://goo.gl/4EqvPY
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Referências
BITTON, G. Wastewater Microbiology. 3 ed. New Jersey: John Wiley & Sons, 2005.
BUTLER, M.; SPARLING, R.; COURT, D. Energy metabolism of cells used for 
industrial production. Encyclopedia of Industrial Biotechnology, 2010. Di-
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eib269/abstract>. Acesso em 20/06/2017.
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MADIGAN, M. T.; MARTINKO, J. M.; BENDER, K.; BUCKLEY, D. P.; STAHL, 
D. A. Brock Biology of Microorganisms. 13 ed. London: Pearson Press, 2012.
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Massachusetts: Academic Press. 2003.
SANT’ANNA JR., G. L. Tratamento Biológico de Efluentes: fundamentos e 
aplicações. 2 ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2013, 418 p.
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ed. San Francisco: Benjamin Cummings, 2002.
TORTORA, G. J.; CASE, C. L.; FUNKE, B. R. Microbiologia. 12 ed. Porto 
Alegre: Artmed Editora, 2016.
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