Metais

Introdução

Os metais constituem o maior grupo São bons condutores de eletricidade e sua condutividade elétrica decresce com a temperatura De acordo com atividade biológica, os metais podem ser divididos em três tipos: Metais essenciais - com funções biológicas conhecidas e específicas; Metais pesados - O termo se refere a metais com densidade acima de 5 (decisão arbitrária). Termo com a conotação de poluição e/ou toxicidade Metais eventualmente presentes nas células, sem funções definidas, podendo indicar mau-funcionamento das mesmas

Metais essenciais

Metais com funções essenciais: Na, K, Mg, Ca, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo e W Os quatro primeiros (Na, K, Mg e Ca) são requeridos como elementos construtores no meio intracelular, e por isso mesmo sua concentração costuma ser elevada - MACRONUTRIENTES Metais como Co, Ni, Zn, Mo são necessários em baixíssimas concentrações - MICRONUTRIENTES O tungstênio tem sido apontado como essencial. Um exemplo são as bactérias termofílicas de fontes termais submarinas (130ºC): Metabolismo dependente, acredita-se.

Metais essenciais - funções

Os elementos de transição e o zinco ligam-se firmemente a macromoléculas, particularmente protéinas, e estão involvidos em processos como catálise enzimática de hidrólise ou reações de oxidação e/ou redução Elementos importantes no transporte e armazenamento de moléculas menores, tais como oxigênio. Cátions dos grupos 1 e 2 também participam de catálise enzimática, particularmente o magnésio. Outras funções: mecanismos de controle de reações, estabilização de estruturas, neutralização de cargas e controle de pressão osmótica. Cátions monovalentes são de particular importância nas funções de neutralização de cargas e controle da pressão osmótica Exemplos: Mg - central da molécula de clorofila; Cu da citocromo c-oxidase, enzima presente na mitocôndria, responsável pela transferência de elétrons (Cu+2 a Cu+) numa das etapas na cadeia respiratória; Zn nos "zinc-fingers", proteínas ligantes de DNA, importantes na ativação de reações da transcrição de proteínas.

Transporte dos metais essenciais

Moléculas pequenas e sem carga entram por difusão passiva de acordo com gradiente de concentração Íons carregados requerem energia para serem transportados. Esta energia pode ser em forma de ATP Exemplo: Sideróforos - pequenas esferas transportadoras de ferro em bactérias.

Metais tóxicos

Nâo tem função metabólica conhecida Metais tóxicos: Ag, Cd, Sn, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Al Germánio, arsênio, antimõnio e selênio são incluídos entre metais tóxicos para fins de estudo, embora sejam metalóides O alumínio considerado tóxico em decorrência da solubilização de aluminosilicatos nos solos em consequência das chuvas ácidas. As espécies de Al (III) são tóxicas para bactérias do solo e acabam gerando problemas em horticultura.

Metais indiferentes

Metais como Rb, Cs, Sr e vários metais de transição, são por vezes acumulados nas células por interações físico-químicas não específicas ou por mecanismos específicos de transporte (Gadd, 1988; Beneridge, 1989 a b) Os íons acumulados podem exercer efeitos biológicos indiretos como a substituição do íon potássio na neutralização de cargas de Rb+ ou Cs+ A presença de metais em microrganismos, por exemlo, reflete as características geológicas ou ambientais de um local. Exemplo: registro de íon de Césio encontrado em bactérias na área de Chernobyl

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Caption: : Comportamento de metais em seres vivos

Metais no Ambiente

Saber sobre o comportamento de um metal é saber sobre seu grau disponibilidade. Disponibilidade - Inferir o quanto de metal pode ser efetivamente levado do compartimento abiótico para o biótico. As pesquisas atuais  dão importância em conhecer o impacto no ambiente de uma espécie particular de metal ao invés de sua concentração total Comportamento e mobilidade de um metal depende de sua especiação. Especiação indica a forma ou espécie química que o mesmo pode assumir. Exemplo: Compostos sólidos possuem menos mobilidade que metais coloidais ou solúveis.

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Caption: : Especiação geoquímica dos metais (Solomons et al, 1995)

Fatores que interferem na especiação

O tipo de espécie química, sua solubilidade ou precipitação de um metal depende de fatores físicos e químicos como pH e potencial redox (Eh) Em meio alcalino e oxidante, os metais costumam estar fortemente ligados a compostos de Fe e Mn Já em condições redutoras, eles precipitam na forma de sulfetos. Presença de quelantes com o sal de EDTA, os naturais (ácidos húmicos e fúlvicos) Íons orgânicos - formação de precipitados, diminuindo a disponibilidade para organismo. Exemplo Íons de Cloro 

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Caption: : Solubilidade de acordo com pH e Eh (Salomons et al., 1995)

Metais no solo

Solo - tampão natural no controle de transporte de elementos químicos e substâncias para a atmosfera, hidrosfera e biota A manutenção das funções ecológicas e agrícolas do solo depende em parte do equilíbrio dos metais nele presentes (Salomons et al 1995). Exemplo: metais-traço devem estar disponíveis para o crescimento dos vegetais, mas não em concentrações muito altas. A chave para proteção de suas funções ecológicas e de uma agricultura sustentável - PADRÕES ACEITÁVEIS para níveis permissíveis de metais no solo. Equilíbrio químico dos metais - Características: Dissolução/ Disfusão/ Sorção/ Precipitação O comportamento dos elementos-traço refletido em sua especiação depende grandemente das formas ou compostos adicionados assim como nas condições do solo. Exemplo: Zn e Cd, concentração diminui se houver despejos de esgotos sobre o solo, pois gera condições anóxicas que faz precipitar esses metais. A concentração de metais-traço em solução no solo é um bom índice da dimensão da fração móvel. Qualquer estresse químico é refletido em variações na concentração dos metais em solução.  

Metais na água

Composição Iônica =  Efeitos Hidrológicos + Mineralógicos + Pluiviométricos  de uma região. Águas não poluídas devem presumivelmente refletir as concentrações de elementos-traço das rochas e solos. Concentrações acima da média desses elementos nas águas profundas estão geralmente associadas a valores baixo de pH, sólidos altamente dissolvíveis ou elevadas concentrações de quelantes orgânicos ou inorgânicos. Além do pH e Eh, há também a dureza da água (concentração de carbonato de cálcio. A reduzida toxicidade em águas alcalinas de dureza elevada é a melhor explicação para o decréscimo na incorporação de metais-traço nos organismos. Fatores Físicos e químicos sobre a biodisponibilidade dos elementos: Precipitação de hidróxidos, carbonatos e hidroxi-carbonatos insolúveis formação de complexos inorgânicos solúveis com carbonatos, hidróxidos, fosfatos ou sulfatos Este fator é o mais importante na redução da toxicidade do cobre em águas de dureza elevada competição entre cátions alcalinos-terrosos e elementos-traço pelos sítios de transporte nas membranas dos organismos. Acumulação biótica de metais traço é maior em águas onde há menor concentração de compostos orgãnicos dissolvidos (oligotróficos) do quem em águas eutróficas. Algumas plantas acumulam mais elementos-traço quando eles estão em complexos orgânicos

Metais na água do mar

Por descargas fluviais, ventos, fontes hidrotérmicas, intemperismo das rochas e atividades antropogênicas. Rios representam a maior fonte de metais particulados e dissolvidos Os metais dissolvidos que chegam ao oceano são bem mais reativos do que os íons principais (Na e Cl) Rochas sedimentares