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8/6/2019 apostila_metais

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Agradecimentos

Esta apostila foi elaborada durante o curso de ps-graduao em biofsica (IBCCF,

UFRJ). A necessidade foi sentida no momento da tutoria de biofsica para alunos de

graduao em Cincias Biolgicas. Desta forma tem-se que agradecer a todos que fizeram

parte deste processo de formao da autora e, que sem dvida, contriburam bastante com

seus ensinamentos, opinies e estmulo a elaborao do documento. Agradeo a Wolfgang

C. Pfeiffer por toda a orientao recebida durante a ps-graduao; a Miriam B. Castro, Olaf

Malm e Jean R. D. Guimares pela orientao no trabalho com os alunos; a Joo Paulo M.

Torres pela diviso da carga didtica e principalmente pelos bons momentos; ao Instituto de

Biofsica Carlos Chagas Filho e ao Programa de Tutoria UFRJ pela possibilidade dessa

experincia.

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Captulo 1 Apresentao

Entre os elementos qumicos, os metais so os que constituem o maior grupo. Os metais

so por definio bons condutores de eletricidade e, sua condutividade eltrica decrescecom a temperatura. Diferenciam-se assim dos no-metais, os quais no so bons

condutores eltricos e dos metalides (B, Si, Ge, As, Te), cuja condutividade eltrica baixa

e aumenta com a temperatura (Forstner & Wittman, 1981).

De acordo com sua atividade biolgica, os metais podem ser divididos em 3 grupos. Estes

so: metais essenciais, aqueles com funes biolgicas conhecidas e especficas; metais

txicos; e metais eventualmente presentes nas clulas, sem funes definidas, podendo

indicar um mau-funcionamento das mesmas (Beveridge et al., 1997).

1.1 O termo metal pesado

Antes de apresentarmos as bases tericas dos trs grupos de metais supra-citados, vale

definir o que se convencionou chamar de metal pesado.

O termo metal pesado refere-se aos metais com densidade acima de 5. de acordo com

Beveridge et al. (1997), est definio arbitrria por representar um grupo diverso de

metais. Entretanto a expresso metal pesado geralmente est associada a uma conotao

de poluio e/ou toxicidade (Whitton, 1984).

1.2 Metais essenciais

Os metais com funes essenciais na matria viva so Na, K, Mg, Ca, V, Mn, F, Co, Ni, Cu,

Zn, Mo, e W. Oss quatro primeiros so requeridos como elementos construtores no meio

intracelular we, por isso mesmo sua concentrao costuma ser elevada, sendo conhecidos

como macronutrientes. J os metais como Co, Ni, zn, e Mo so necessrios em baixssimas

concentraes, acima das quais passam a ser txicos. So por isso mesmo, chamadosmicronutrientes. A essencialidade do Cu ainda discutvel. O tungstnio tem sido

recentemente apontado como essencial. Um exemplo so as bactrias termoflicas de fontes

termais submarinas (130C): acredita-se que elas sejam dependentes de tungstnio em seu

metabolismo, j que este um metal presente nos ventos hidrotermais (Adams, 1993)

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Figura 1: Tabela peridica simplificada dos elementos mostrando os elementos essenciais,

os txicos, os indiferentes e os metais pesados ou elementos com densidade acima de 5.

1.2.1 Funes dos metais essenciais

Os metais essenciais desempenham diversos papis no metabolismo dos seres vivos. Os

elementos de transio e o zinco ligam-se firmemente a macromolculas, particularmente

protenas, e esto envolvidos em processos como catlise enzimtica de hidrlise ou

reaes de oxidao e/ou reduo. Estes elementos so igualmente importantes no

transporte e armazenamento de molculas menores, tais como oxignio.

Os ctions dos grupos 1 e 2 tambm participam de catlise enzimtica, particularmente o

magnsio. Outras funes conhecidas so mecanismos de controle de reaes, estabilizao

de estruturas, neutralizao de cargas e controle de presso osmtica. Os ctions

monovalentes so de particular importncia nas duas ltimas funes devido a seu carter

de fracos ligantes.

Como exemplos prticos podem ser citados:

a) Mg central na molcula de clorofila;b) Cu do citocromo c-oxidase, enzima presente na mitocndria, responsvel pela

transferncia de eltrons (Cu+2 a Cu+) numa das etapas da cadeia respiratria;

c)

Zn nos zinc-fingers, protenas ligantes de DNA, importantes na ativao dereaes de transcrio de protenas.

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1.2.2 Transporte de metais essenciais

O transporte desses elementos para o interior das clulas tem merecido bastante ateno a

nvel fisiolgico, bioqumico e gentico (Beveridge et al., 1997). Molculas pequenas e sem

carga provavelmente entram por difuso passiva de acordo com um gradiente de

concentrao. J os ons carregados requerem energia para serem transportados. Esta pode

ser fornecida na forma de ATP ou o on pode ser co-transportado com outro on, geralmente

Na+ e H+, o qual dirigido por um potencial transmembrana (como as ATPases).

O transporte mais bem conhecido o do on F em bactrias (Neilands, 1989). Este

realizado atravs de siderforos, pequenas esferas de compostos quelantes de ferro. Os

siderforos so excretados para fora da clula, ligam-se ao Fe(III), so transportados para

o interior da clula, onde Fe(II) liberado. O estudo dos siderforos bastante estimulado

por sua significncia em patogenecidade, microbiologia ambiental e biotecnologia.

Transportes especficos de ons devem ser abordados conforme o caso em estudo.

1.3 Metais txicos (no-essenciais)

Os metais classificados como txicos no tm funo metablica conhecida. So eles Ag,

Cd, Sn, Au, Hg, Tl, Pb, Bi e Al.

Germnio, arsnico, antimnio e selnio so includos entre os metais txicos para fins de

estudo, embora sejam na verdade, metalides. Sua qumica aninica e no catinica e,portanto, os metalides exercem efeitos diferentes dos metais txicos.

O alumnio vem sendo considerado como um metal txico. Isto em decorrncia da

solubilizao de aluminosilicatos nos solos em conseqncia das chuvas cidas. As espcies

de Al(III) so txicas s bactrias do solo e acabam gerando problemas em horticultura

(Flis et al., 1993).

1.4 Metais indiferentes (sem funo especfica)

Metais como Rb, Cs, Sr e vrios metais de transio, so por vezes acumulados nas clulas

por interaes fsico-qumicas no especficas ou por mecanismos especficos de transporte

(Gadd, 1988; Beveridge, 1989 a, b). Os ons acumulados podem exercer efeitos biolgicos

indiretos como a substituio do on K+2 na neutralizao de cargas de Rb+ ou Cs+ (avery et

al., 1991). A presena desses metais em microrganismos, por exemplo, reflete as

caractersticas geolgicas ou ambientais de um local. Um exemplo o encontro de 137Cs+

em bactrias dos solos do norte europeu como conseqncia da deposio atmosfrica do

material radioativo de Chernobyl.

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1.5- Deficincia e excesso de metais nos seres vivos

Os metais foram apresentados como essenciais, txicos e indiferentes, de acordo com sua

funo nos sistemas vivos. importante conhecer o comportamento dos metais de acordo

com essa caracterstica de essencialidade matria viva. Na figura a seguir, so

representados os modelos grficos que representam a deficincia e o excesso dos metais.

Esses modelos so clssicos e esto de acordo com Baccini & Roberts, 1976 (apud Frstner

& Wittman, 1979).

Figura 2: Modelos de comportamentos dos metais nos sistemas vivos: deficincia e

excesso.

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Figura 4: Solubilidade de acordo com pH e Eh (Salomons et al., 1995)

A presena de quelantes no ambiente tambm interfere na solubilidade dos matais. Os

quelantes so molculas s quais os metais se ligam formando complexos. Um exemplo

clssico de molcula quelante o sal de EDTA, muito usado em meios de cultura ediferentes organismos. Quelantes naturais presentes nos solos so os cidos hmicos e

flvicos que tambm funcionam como bons complexadores orgnicos de metal neste

ambiente.

ons orgnicos tambm podem afetar a especiao e disponibilidade dos metais formando

precipitados. Fosfato, cloreto, arsenato e sulfato causam a precipitao de metais-trao

essenciais (Hughes & Poole, 1991) diminuindo sua disponibilidade para os organismos. No

ambiente um dos principais formadores de complexos inorgnicos o on Cl-. Em

concentraes de at mesmo 0,01 M deste on, os metais tendem a ficar na forma de

cloretos (Salomons et al., 1995).

Todos os fatores citados anteriormente so de funamental importncia na compreenso do

comportamento dos metais nos diferentes ambientes, conforme ser visto a seguir. A

caracterizao fsica e qumica do ambiente faz-se, portanto, necessria nos estudos de

interao metais-ambiente.

2.3 Metais no solo

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O solo um compartimento bastante especfico na biosfera, no apenas por ser o depsito

geoqumico final de contaminantes, mas tambm por agir como tampo natural no controle

do transporte de elementos qumicos e substncias para a atmosfera, hidrosfera e biota.

Papel igualmente significativo o da produo de alimentos e forragem. A manuteno das

funes ecolgicas e agrcolas do solo depende em parte do equilbrio dos metais nelepresentes (Salomons et al., 1995). Por exemplo, os metais-trao devem estar disponveis

para o crescimento dos vegetais. Mas sua concentrao no pode ser alta demais de tal

forma que os contamine.

A adoo de padres aceitveis permissveis de metais no solo a chave para a proteo de

suas funes ecolgicas e de uma agricultura sustentvel. A tabela a seguir apresenta os

nveis mximos de metais aceitveis no solo em diferentes pases.

Tabela 1: Nveis mximos aceitveis para metais considerados txicos em solos agrcolas

(mg.Kg-1) (Salomons et al., 1995).

Metal ustria Canad Polnia Japo Inglaterra Alemanha

As 50 25 30 15 20 40

Be 10 10 10

Cd 5 8 3 1 10

Co 50 25 50 50

Cr 100 75 100 50 200

Cu 100 100 100 125 50 50

Hg 5 0,3 5 2 10

Mo 10 2 10

Ni 100 100 100 100 30 100

Pb 100 200 100 400 50 500

Zn 300 400 300 250 150 300

2.3.1 Equilbrio dos metais no solo

O equilbrio qumico dos metais no solo pode ser caracterizado pela dissoluo, difuso,

soro e precipitao. Espcies solveis, trocveis e queladas dos elementos-trao so as

mais mveis no solo, e governam sua disponibilidade para os vegetais. O comportamento

dos elementos-trao refletido em sua especiao depende grandemente das formas ou

compostos adicionados assim como das condies do solo. Por exemplo, a concentrao das

espcies mveis e trocveis de Zn e Cd diminui se houver despejos de esgotos sobre o solo

(Salomons et al., 1995), pois as condies anxicas provocadas pelos esgotos podem

causar a precipitao desses metais.

Bastante cuidado deve ser tomado com as entradas antropognicas de metais. Essas fontes

poluidoras so: deposio area, aplicao de pesticidas e fertilizantes, utilizao de

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Alm da influncia de fatores como pH e Eh, tem-se agora que considerar o grau de dureza

da gua (concentrao de carbonato de clcio mg . L-1). A reduzida toxicidade em guas

alcalinas de dureza elevada a melhor explicao para o decrscimo na incorporao de

metais-trao nos organismos. Fatores fsicos e qumicos que influenciam a biodisponibilidade

dos elementos nessas guas de acordo com Salomons et al. (1995) so:

1- precipitao de hidrxidos, carbonatos e hidroxi-carbonatos insolveis ;

2- formao de complexos inorgnicos solveis com carbonatos, hidrxidos, fosfatos e

sulfatos;

3- competio entre ctions alcalinos-terrosos e elementos-trao pelos stios de transporte

nas membranas dos organismos.

Ainda no se sabe ao certo, se a especiao e a disponibilidade so influenciadas

diretamente pelo grau de dureza (clcio e magnsio) ou pela alcalinidade que geralmente

acompanha o aumento em dureza. De qualquer modo, dados de experimentos publicados

anteriormente indicam que a formao de complexos inorgnicos solveis o fator mais

importante na reduo da toxicidade do Cu em guas de dureza elevada.

2.4.2- Espcies qumicas orgnicas na gua

A forma pela qual a complexao orgnica de metais-trao ocorre em guas naturais e a

biodisponibilidade desses complexos so uma importante questo. Com algumas excees,

a complexao orgnica usualmente reduz a biodisponibilidade das formas solveis. Por

exemplo, a quelao com EDTA reduz a toxicidade do Cu e Zn para as algas. Da mesma

maneira, o acmulo de Hg pela fauna bentnica diminudo na presena de cistena devido

a complexao do metal com o aminocido. Esses resultados sugerem que a acumulao

bitica de metais-trao maior em guas onde h menor concentrao de compostos

orgnicos dissolvidos (guas oligotrficas) do que em guas onde h maior abundncia

desses compostos (guas eutrficas)

H autores que sustentam que a complexao orgnica aumenta a biodisponibilidade dos

metais-trao. Na realidade, o aumento na incorporao de metais atravs da complexao

pode resultar de: decrscimo na taxa de soro dos metais pelo sedimento; solubilizao de

formas slidas dos metais nos solos e sedimentos; reduo de valncia e/ou estabilizao

do estado de valncia reduzida; formao de complexos fisiolgicos ativos. Algumas plantas

acumulam mais elementos-trao quando eles esto em complexos orgnicos (Salomons et

al., 1995).

A complexao orgnica pode ser importante na manuteno das concentraes elevadas

de metais-trao encontradas nas guas intersticiais (os complexos aqui ocorrendo com os

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cidos hmicos e flvicos). Mas isso no necessariamente representa um aumento na

biodisponibilidade desses elementos. Sabe-se, por exemplo, que a adio desses cidos aos

solos aumenta a solubilidade do selnio, mas diminui sua incorporao pelas plantas de

alfafa (Salomons et al., 1995)

2.5 Metais na gua do mar

Os metais so introduzidos na gua do mar pelas descargas fluviais, ventos, fontes

hidrotrmicas, intemperismo das rochas e atividades antropognicas.

Os rios representam a maior fonte de metais particulados e dissolvidos, ambos sendo

mobilizados durante o intemperismo de rochas granticas e baslticas. Alguns dos metais-

trao esto presentes como ctions adsorvidos s superfcies das argilas. Quando a gua do

rio encontra a do mar, ocorre um aumento da fora inica que leva desoro de alguns

desses metais. Por outro lado, o aumento da fora inica e do pH tambm causam a

ressolubilizao dos metais, os quais podem precipitar na forma de oxihidrxidos ou

colides organometlicos (Libes, 1992)

Os metais dissolvidos que chegam ao oceano so bem mais reativos do que os ons

principais (Na e Cl). Muitas das reaes causam sua converso a formas slidas. Como

resultado, as rochas sedimentares, tais como as argilas marinhas, so enriquecidas em

metais-trao se comparadas s rochas gneas. Esses materiais sedimentares so

relativamente pobres em Ca e Mg porque esses elementos ficam depositados em calcreos

e dolomita. A relativa depleo em Na nos materiais sedimentares deve-se sua reteno

como on dissolvido na gua do mar (Libes, 1992).

Alguns metais so depositados na superfcie do mar como componentes das partculas

areas carregadas com o vento. O transporte de As e Pb para o oceano aberto praticamente

ocorre nesta forma. O transporte atmosfrico bastante importante no oceano aberto para

seu enriquecimento, j que no existem outras formas de entrada. Mas em algumas regies

pode representar uma fonte elevada de poluio (Libes, 1992).

Partculas de sedimento com metais adsorvidos atingem os mares e uma significante frao

delas ressolubilizada. Este processo chamado remobilizao diagentica. Os metais

ressolubilizados podem se difundir atravs da interface gua-sedimento nas regies mais

profundas. Sedimentos ricos em matria orgnica, tais como os da zona costeira, so boas

fontes de metais ressolubilizados e representam um enriquecimento desses elementos

devido a labilidade da matria orgnica particulada (MOP) (Libes, 1992).

Outra entrada de metais-trao atravs das fontes hidrotermais. As guas quentes, ricas

nesses elementos passam atravs de fissuras da crosta no fundo ocenico. Muitos dosmetais precipitam como sulfetos imediatamente. Outros, como Mn, F, Ba, Li e Rb, reagem

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mais lentamente. Esses fluxos hidrotermais so uma adio importante nos oceanos e

parecem exceder os aportes fluviais e atmosfricos (Libes, 1992).

Os metais introduzidos pelas atividades antropognicas muitas vezes excedem os aportes

naturais. Isto reprenta um perigo efetivo em termos de poluio. Algumas vias so

exploses nucleares e estruturas metlicas como as plataformas de petrleo. Mesmo

pequenos aportes podem ser extremamente negativos. Este o caso do estanho,

introduzido via solubilizao de tintas organometlicas usadas na preveno de incrustaes

nos cascos dos navios. O impacto e a poluio causados por esta fonte tem sido objeto de

grande preocupao (Libes, 1992).

Figura 5: Esquema representativo das entradas de metais nos oceanos.

2.5.1 Adsoro e precipitao sob cond ies oxigenadas

A maior parte da matria orgnica nos oceanos, como os minerais de argila, oxidrxidos e

MOP, possui carga negativa no pH da gua do mar. Assim, os ctions metlicos so

eletrostaticamente atrados para a sua superfcie. Desta forma metais dissolvidos so

adsorvio por filmes de matria orgnica, como esquematizado na figura 6.

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Figura 6: Complexao de ons metlicos por MO em sedimentos em suspenso,

exemplificado pelo Cu (Thurman, 1985).

2.5.2 Incorporao biota nas regies oxigenadas

J mencionamos o papel dos metais como micronutrientes. No caso da gua do mar, eles

so extremamente importante para o fitoplncton, j que fazem parte de enzimas que

catalisam reaes na gliclise, ciclo do cido tricarboxlico, fotossntese e metabolismo

protico. Os metais se acumulam nos organismos marinhos de acordo com o fator de

concentrao:

FC = concentrao do metal na biota / concentrao do metal na gua do mar

Fatores de concentrao to autos quanto 105 podem ser observados. Os ctions principais

tm maiores fatores de concentrao. O Fe possui o mais alto, devido sua ligao em

biomolculas, como a ferredoxina. Nos organismos menores, os metais possuem valores

mais altos de FC, devido sua grande relao superfcie-volume (Libes, 1992).No devemos esquecer que os metais tambm se concentram nas conchas e esqueetos

como as esculas de protozorios que possuem grande quantidade de Sr. Elementos como

este so ressolubilizados da mesma forma que N, P e Si, ou seja, aps a morte do

organismo. Eles passam assim a ter um comportamento de macronutriente (Libes, 1992)

2.5.3 Adsoro e precipitao sob cond ies anxicas

A oxidao da matria orgnica particulada pode levar a condies anxicas que permitems bactrias reduzir sulfatos a sulfetos. Por outro lado, um nvel alto de MOP tambm

remineralizado, deixando os metais-trao solveis. Os nveis resultantes de sulfetos e

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metais dissolvidos so altos o bastante para formar sulfetos metlicos insolveis em guas

pouco oxigenadas (Libes, 1992).

2.6 Metais na biotaos organismos vivos requerem os elementos-trao em quantidades suficientes para suprir

suas funes nutricionais, mas no em quantidades to elevadas que se tornem txicos. A

margem entre o adequado e a toxicidade par muitos metais bastante tnue, talvez um

fator de 2 em alguns casos. Assim qualquer fator ambiental que reduza ou aumente a

acumulao de um elemento-trao tem uma importncia biolgica grande. A acmulo e a

detoxificao de um elemento por um organismo tambm depende da espcie qumica

deste elemento.

Como j visto, os fatores fsico-qumicos ambientais que determinam a disponibilidade do

mental so fundamentalmente o potencial redox (Eh) e o pH. Tambm j vimos que a

quantidade e a reatividade das vrias espcies dos elementos tais como xidos, matria

orgnica carbonatos, fosfatos, e sulfetos tambm tm pronunciado efeito em sua

disponibilidade (Jenne & Luoma, 1977).

Alm da especiao e das caractersticas fsico-qumicas do ambiente (Eh e pH), a

disponibilidade dos elementos para os organismos pode ser influenciada pelas

caractersticas fisiolgicas e ecolgicas do organismo. O diagrama a seguir apresenta de

forma simplificada o caminho geral dos processos que reultam em acmulo de metais nos

tecidos dos organismos.

Figura 7: Fluxo geral de metais nos organismos (Jenne & Luoma, 1977).

A concentrao de um dado elemento num dado instante para um organismo pode ser

descrita por:

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dc / dt = I L (1)

L = kc (2)

Onde:

I = taxa de assimilao bruta do elemento (influxo)

L = taxa de perda do elemento (efluxo)

k = taxa constante de perda

considerando-se o k de cada elemento, a meia-vida biolgica do mesmo num organismo

pode ser determinada pela relao:

T1/2 = 0,695/k

Aps um tempo suficiente de exposio a uma concentrao constante de matal (I = valor

constante), c deve se aproximar de um estado de equilbrio com L se aproximando de I . O

tempo necessrio para o equilbrio funo das taxas relativas. Para organismos pequenos

com grande relao superdcie-volume (fitoplncton), o tempo pode ser de horas; para

organismos maiores como peixes podem se passar meses at o equilbrio ser atingido.

Devemos lembrar, entretanto, que como cada organismo na realidade uma mistura de

interaes entre vrios compartimentos bioqumicos, a equao bastante simplificada.Porm ela ilustra a importncia tanto dos fatores externos (forma e concentrao do

elemento) representados por I , quanto dos fatores internos do prprio organismo,

representados por k.

2.6.1 Bioacumulao e biomagnificao

O aumento na concentrao do elemento-trao em um organismo comparado com a

concentrao no seu alimento, chama-se bioacumulao (Libes, 1992). Elementos comvalores de k altos tm menor capacidade para a bioacumulao mesmo se sua forma

predominante no ambiente bastante disponvel para assimilao. Similarmente,

complexos como CH3Hg+, muitos disponveis para assimilao representam o mais alto

potencial de perigo aos organismos vivos. Na realidade o Hg o nico elemento para o qual

foi comprovado o fenmeno da biomagnificao (aumento exponencial de concentrao ao

longo da cadeia trfica).

2.6.2 Alteraes no comportamento do metal por presena de outros metais

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A acumulao e reteno de um dado elemento por um organismo tambm influenciada

pela concentrao de outros elementos presentes. Efeitos detoxificantes provocados por

alteraes inter-elementos, tm sido cada mais identificados. Por exemplo, o aumento de

Zn na dieta de cavalos, aumenta a proteo contra chumbo. O Cr parece dar proteo

contra vandio em pintos. Adies de Zn e Se tambm derecem a toxicidade do Cd emalguns animais. Sais de arsnico tm sido demonstrados como diminuidores dos efeitos

txicos do Se em ratos e pintos (Jenne & Luoma, 1977).

Em geral, os ctions inorgnicos tm efeitos protetores em bactrias e algas contra a

toxicidade de outros ctions metlicos, j que competem por stios de ligao na superfcie

celular. De acordo com Shuttleworth and Unz (1991) ons Ca2+ e Mg 2+ reduzem a

toxicidade de cobre, nquel e zinco em bactrias filamentosas do gnero Thiothrix.

Sem dvida, a ao protetora mais bem conhecida a do Se em relao aos efeitos txicos

do Hg. Ganther et al. (1973 apud Jenne & Luoma, 1977) propuseram que os efeitos

protetores do Se resultam de sua complexao com o Hg em protenas de alto peso

molecular nos tecidos. Tais complexos desviam o Hg de suas molculas-alvo toxicolgicas.


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Captulo 3- Controle da poluio por Metais Pesados

3.1 - A Aplicao da Metodologia dos Parmetros Crticos

A anlise dos parmetros crticos tem sido empregada h anos para o controle da descarga

de efluentes de usinas nucleares no meio lquido (Preston, 1969; 1975). A metodologia foi

posteriormente utilizada no estudo da contaminao por mercrio na Baa de Liverpool e

nos estudos de despoluio do esturio do Rio Tamisa (Preston & Portman, 1981). No Brasil,

a metodologia foi proposta para o controle de poluio de corpos hdricos por metais (Penna

Franca et al., 1982), e utilizada na Baa de Sepetiba (Lacerda, 1983).

A metodologia tem por aspecto bsico identificar quais os poluentes potencialmente crticos

numa determinada rea sob impacto. O estudo identifica tambm as principais vias de

acesso desses poluentes ao homem. O ideal que essa identificao seja realizada em

carter pr-operacional, ou seja, antes da instalao e/ou operao das fontes poluidoras.

Como isso dificilmente ocorre, fica tambm dificultado o controle do lanamento de

poluentes aps sua identificao.

Se por um lado, no se faz uma previso pr-operacional, por outro, os parmetros crticos

podem ser identificados com maior rapidez nas reas em que j se conhece as fontes

poluidoras, devido quantidade de informaes publicadas sobre estas reas.

Em linhas gerais, a metodologia para identificao dos parmetros crticos baseia-se nasseguintes etapas:

1- levantamento de dados na literatura e coleta de material para analise, de forma a

conswguir informaes sobre as caractersticas fsicas e qumicas (circulao de gua, pH,

potencial redox, temperatura, salinidade, etc.);

2- envio de questionrios populao local, onde se pretende conhecer seus hbitos

alimentares, produo de pescado, etc.;

3- seleo dos metais crticos e dos alimentos crticos (vias de acesso) e das fontes delanamento criticas;

4- elaborao de inqurito diettico mais completo fornecendo subsdios para o calculo das

taxas especficas de ingesto dos metais crticos;

5- comparao das taxas obtidas com as taxas mximas permitidas adotadas no pas,

levando identificao de todos os parmetros crticos.

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Figura 8: Esquema representativo para anlise de ambientes aquticos pela metodologia

dos parmetros crticos proposto por Penna Franca et al. (1982).

Vale lembrar que no Brasil as taxas de descarga das indstrias no so conhecidas com

segurana e sua fiscalizao no rgida. Portanto, o controle sobre o lanamento de

efluentes raramente realizado.

O mtodo dos parmetros crticos requer um numero muito menor de analises de materiais

do que os programas de monitorao convencionais. Assegura ainda uma melhor utilizao

dos recursos existentes para controle de poluio, orientando a sua aplicao em medidas

corretivas de maior impacto na reduo dos riscos para a populao (Penna Franca et al.,

1982).


LACERDA LD. 1983. Aplicao da metodologia da abordagem dos parmetros crticos no

estudo da poluio por metais pesados na Baa de Sepetiba, Rio de Janeiro. Tese de

Doutorado, IBCCF, UFRJ. 135 pp.

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Captulo 4: Anlise de metais pesados: coleta e tratamento de

amostras

A anlise de metais pesados nos diversos materiais deve obedecer a um critrio deplanejamento em relao coleta. A quantidade de material a ser amostrada e quantificada

deve ser definida de forma a evitar perdas ou contaminaes. Isto feito em relao aos

elementos que se quer determinar, a faixa de concentrao esperada, o tipo de matriz e o

mtodo a ser utilizado na quantificao. A seguir temos uma descrio das principais etapas

do trabalho de campo e laboratrio de acordo com Beveridge et al. (1997) e Stoeppler

(1991).

4.1 Coleta de material

4.1.1 Material biolgico

O material biolgico de origem humana deve ser dividido em:

- fluidos, como sangue, plasma, urina ou leite;

- slidos, como cabelo, msculo, tecido ou ossos.

Um detalhe a ser considerado o fato dos elementos metlicos nos fluidos corporais

estarem em baixssimas concentraes (metais-trao). Assim a coleta deve ser feita com

cuidado para no ocorrerem contaminaes. Alguns exemplos so:

- utilizao de frascos muito limpos para urina;

- frascos para sangue j devem conter um anticoagulante (heparina, citrato);

- sangue pode ser coletado com seringas, desde que sejam descartados os primeiros 5 ml;

- sendo necessria a acidificao da urina (pH ~ 2,0), faz-la com cido actico, ntrico ou

clordrico, evitando a ligao dos metais aos particulados;

- a amostragem de sangue e urina tambm deve serguir um padro de horrio,

principalmente se a anlise estiver relacionada com contaminao ocupacional.

O cabelo considerado um material de biopsia e autopsia. Devido dificuldade em se

distinguir entre as influncias exgenas e endgenas de alguns dos metais, o uso do cabelo

para estudos epidemiolgicos limitado. Entretanto, para estimativas de poluio, tais

como casos de envenenamento, o cabelo um material valioso. Se a amostragem e

preparao so realizadas com cuidado, a anlise de cabelo permite a estimativa do tempo

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de envenenamento e algumas vezes a meia-vida biolgica do metal. Uma vantagem no uso

do cabelo sobre os outros materiais biolgicos o enriquecimento de uma srie de

elementos nesta matriz em relao s outras. Isto equivale a dizer que o cabelo concentra

os elementos em sua matriz. Esta concentrao geralmente da ordem de 100 ou mais

vezes. Desta forma a contaminao durante a coleta deixa de ser um fator crtico. Unhasso matrizes com comportamento semelhante, porm sua superfcie muito pequena e a

coleta mais difcil (Stoeppler, 1991).

O contedo de metais nas fezes, rgos, ossos e dentes geralmente mais alto que nos

fluidos corporais. Assim o problema de contaminao fica diminudo. A coleta, por outro

lado, mais difcil.

Os resultados analticos devem ser fornecidos em relao ao peso da matriz. Uma vez no

laboratrio, o material deve ser tratado de forma a perder seu contedo aquoso, o qual

varia para cada matriz. Tcnicas de liofilizao, secagem em estufas a temperaturas muito

altas e uso de um dessecador, so utilizadas antes do tratamento da matriz. Matrizes nas

quais o contedo de metais est heterogeneamente distribudo (rins, fgado, etc.) devem

ainda ser homogeneizadas (Stoppler, 1991).

4.1.2 Material ambiental

As matrizes ambientais tambm podem ser dividas em dois grupos gerais:

- amostras ecolgicas, como solos, sedimentos, plantas, animais selvagens;

- amostras de origem antropognica, como alimentos, poeira, esgoto.

Para as primeiras, considera-se tomar os mesmos cuidados aplicados ao material biolgico

slido. Alm disso, o planejamento da coleta deve ser feito em cooperao entre eclogos,

bilogos, gelogos, etc., de forma a se atingir um padro de amostragem rico. Devemos

lembrar aqui que numerosos fatores ambientais influenciam a seleo do local, o nmero de

stios a serem amostrados (para que sejam estatisticamente relevantes ao final), a

freqncia de coleta, a homogeneizao do material, etc. (Stoeppler, 1991).

Para solos e sedimentos o uso de testemunhos comum, por fornecer informaes

retrospectivas sobre as influncias antropognicas ou geolgicas devido estratificao da

amostra. Os testemunhos so separados em fatias imediatamente aps a coleta ou

estocados inteiros a baixas temperaturas (criognicas, de preferncia).

As outras matrizes, principalmente os alimentos, tendem a conter quantidades muito baixas

de metais-trao ecotxicos. Ento, a coleta desse material deve ser realizada com muitocuidado de forma a evitar a contaminao.

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Cuidados devem ainda ser tomados se for necessria estocagem a mdio ou longo prazo. O

ideal a realizao imediata da anlise. Mas isto nem sempre possvel, principalmente se

as amostras de referncia precisam ser guardadas (casos fornsicos ou mesmo pesquisa

bsica). A estocagem, geralmente a baixas temperaturas, pode causar mudanas na

composio da amostra que acabam influenciando os resultados. Outro perigo a adsorodos metais s paredes dos recipientes utilizados na coleta (Stoeppler, 1991).

A estocagem a longo prazo obedece a regras rgidas em alguns pases devido a fatores

mencionados. Ela deve ser uma estocagem criognica e a temperatura recomendada na

Europa -80C para amostras humanas e -140C para todas as amostras nos EUA

(Stoeppler, 1991).

4.1.3 Matrizes aquosas

As matrizes aquosas so as mais difceis de serem analisadas devido baixa concentrao

de metais nela dissolvidos. Desde a coleta deve-se tomar extremos cuidados de forma a

minimizar bastante a contaminao.

Para a gua do mar ou doce (lagos, etc.) coletada a pequenas profundidades (amostras

superficiais), basta que se utilize luvas plsticas e o material seja acondicionado em

garrafas de polietileno para todos os metais. Apenas para o Hg, recomenda-se que os

frascos de polietileno sejam utilizados por pouco tempo. Se um maior perodo entre a coleta

e a anlise for necessrio, deve-se dar preferncia a frascos de vidro (Stoeppler, 1991).

No momento da coleta recomenda-se estar prximo proa do barco e contra a direo do

vento. Amostragem no oceano a grandes profundidades (abaixo de 200m) so realizadas

com sistemas especiais conhecidos como GoFLO (General Oceanics, Miami, FL). Estes

amostradores so garrafas plsticas revestidas internamente com TEFLON que possuem

tampas hermticas acopladas a sistemas que as abrem e fecham na profundidade desejada,

sendo a operao controlada do barco (Paranhos, comunicao pessoal). importante que

no haja nenhuma pea de metal no mostrador.

Para gua potvel recomenda-se que os primeiros 20 litros coletados sejam descartados

para evitar a contaminao do cano de cuprimento. As guas de esgoto so menos

problemticas, j que normalmente contm grande quantidade de metais.

4.2 Anlise de metais

4.2.1 Espectrofotometria de absoro atmica

Entre os mtodos mais freqentemente empregados na anlise de metais est aespectrofotometria de absoro atmica (AAS = atomic absorption spectrometry). O

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princpio bsico a gerao de tomos livres a partir de energia trmica. Os tomos

gerados recebem luz de um comprimento de onda especfico para sua absoro. A extenso

da absoro de radiao diretamente proporcional ao nmero de tomos, ou

concentrao, do elemento presente na amostra.

Para a anlise dos metais nas amostras, necessrio que as mesmas sejam submetidas a

tratamentos prvios, em geral, uma digesto cida. Podemos seguir os passos mais

freqentemente utilizados para diferentes matrizes no diagrama apresentado na figura 9. A

digesto cida permite a liberao dos tomos da matria orgnica presente na amostra. Os

tomos livres esto na verdade em uma soluo cida fraca (HCl 0,1 N) e esta soluo

levada AAS. Na espectrofotometria de chama, a soluo vaporizada aps submetida a

uma chama de fogo, e o metal livre no vapor detectado pelo comprimento de onda de sua

absoro. Bastar ento converter o resultado de absorbncia para concentrao na matriz

(Stoeppler, 1991).

O espectrofotmetro tambm pode ser de forno de grafite. Estes so aparelhos com maior

sensibilidade e que funcionam sem a formao de chama. A gerao de vapor deve-se ao

aumento da temperatura num tubo de grafite. Comparados com absores de chama seu

limite de deteco bem maior (muitas ordens de magnitude). Para amostras muito

contaminadas, a absoro com forno de grafite muitas vezes empregada diretamente sem

a digesto prvia da amostra (Beveridge et al. 1997).

Atualmente novos sistemas, todos desenvolvidos na tentativa de aumentar cada vez mais olimite de deteco tm sido desenvolvidos. Entre eles esto os FIAS (flow injection atomic

spectrometry). Estes so sistemas fechados, nos quais a amostra sofre as redues e

oxidaes necessrias ao seu preparo, e o metal diretamente detectado numa absoro

atmica de chama. H ainda o acoplamento de forno de microondas a este sistema, para a

digesto prvia da matria orgnica presente na amostra sem a utilizao dos mtodos

convencionais (digesto cida), e obviamente, diminuindo cada vez mais, os riscos de

contaminao devido manipulao, assim como o tempo requerido para a deteco do

metal (Bastos, 1997).

4.2.2 Espectroscop ia de emisso atmica

Trata-se de um simples fotmetro de chama, utilizado mais especialmente para os metais

do grupo 1 da tabela peridica. Uma forma mais sofisticada envolve a formao de plasma

nesse sistema (ICPAES = inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy). O

aparelho permite a anlise simultnea ou seqencial de misturas aquosas de ons metlicos,

com limite de deteco na faixa de partes por bilho. O mtodo tem vantagens como

poucos efeitos de interferncia da matriz e um mnimo preparo de amostras. A maior

vantagem, entretanto, a preciso (


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O mtodo pode ser aplicado a determinao de metais em vrias substncias, incluindo

fluidos biolgicos. No uma tcnica totalmente livre de interferentes e tambm requer

alguma preparao de amostra. Entretanto, para solues de aquosas o limite de deteco

varia de 0,01 a 0,1 mg.L-1, ou seja, 10-100 vezes mais sensvel que ICPAES. Como utiliza-

se um espectrmetro de massa para preparao e deteco de elementos, obtm-seinformao razoavelmente precisa e uma exatido entre 0,1 e 1% (Shuttleworth & Unz,

1993).

4.2.5 Voltametria

Chama-se voltametria o estudo das relaes entre corrente e potencial numa clula de

eletrlise, onde a corrente determinada pela taxa de difuso de uma espcie eletroativa.

Uma das tcnicas eletroqumicas usadas na determinao da concentrao de metais apolarografia diferencial de pulso. Os limites de deteco dessa tcnica esto em torno de

10-7M. a tcnica tambm oferece informaes sobre a especiao do metal em soluo, j

que o potencial redox do metal afetado pelos ligantes (Beveridge et al., 1997).

4.2.6 Eletrodos seletivos

Eletrodos seletivos para ons (on-selective electrodes = ISEs) so de larga aplicabilidade

pois podem ser usados na determinao de ctions e nions. Os eletrodos permitem adeterminao de metais em soluo com um limite de deteco em torno de 10-6 M.

comparados a outros mtodos de anlise instrumental, os eletrodos tm vantagens do tipo:

medidas podem ser feitas em volumes pequenos como 10 mL; so simples de usar;

geralmente no so afetados pela cor da amostra, turbidez, matria em suspenso ou

viscosidade (Beveridge et al., 1997).

4.2.7 Cromatografia inica

As tcnicas cromatogrficas utilizando gs ou liquido soa excelentes na separao de

misturas de espcies metlicas, cujas concentraes so baixas. Cromatografia gasosa, (GC

= gs cromatography) tem sido utilizada na anlise de vrios metais e espcies

organometlicas. Como apenas espcies volteis podem ser separadas, necessrio

converter o metal a uma forma voltil. Em estudos de especiao, utiliza-se a alquilao ou

a reduo a formas hbridas para converter espcies organometlicas a produtos volteis.

Estes podem ento ser separados por volatilizao seletiva num detetor adequado, como

um espectrofotmetro de absoro atmica (Beveridge et al., 1997).

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4.3 Algumas tcnicas mais especficas para o estudo das interaes dos metais

com os organismos

4.3.1 Deslocamento de corante ou prton

Estas so as tcnicas principalmente utilizadas em estudos de incorporao de metais emmicrorganismos. Um corante catinico do tipo verde de Janus ou violeta de metila usado

para saturar os stios aninicos da superficie celular microbiana (Savvaidis et al., 1990). As

clulas so ento encubadas numa soluo contendo metal. A quantidade de corante

deslocado como resultado da ligao de ons metlicos clula medida

espectrofotometricamente. Esta tcnica aplica-se bem determinaes de ons metlicos

ligados a superfcies celulares e pode ser usada na ausncia de equipamentos analticos

convencionais (Savvaidis et al., 1990)

A tcnica de deslocamento de prtons segue o principio similar. Prtons so deslocados dassuperfcies celulares pela adio de ons metlicos. Um microeletrodo de pH pode ser

utilizado para seguir a sada dos prtons da clula (Guida et al., 1991).

4.3.2 Ensaios com istopos rad ioativos

Radioistopos de ons metlicos (txicos ou no) tm sido utilizados para medidas de

entrada e sada desses ctions nas clulas, o que quase sempre ocorre atravs de protenas

de membrana. Nestes ensaios, os istopos so quantificados em contadores de cintilao,contadores de radiao gama ou outros equipamentos especficos (Beveridge et al., 1997)

4.3.3 Microscopia eletrnica de transmisso e espectroscopia de raio-X de

energia dispersiva

A microscopia eletrnica de transmisso (TEM = transmission electronic microscopy) um

mtodo excelente de localizar e vizualizar depsitos metlicos associados aos organismos.

Quando um feixe de eltrons de alta energia (60-120 KeV) atravessa a matria, ele interage

com os tomos da matria. Muitas vezes os eltrons de alta energia passam prximos dos

eltrons ou do ncleo do tomo de tal forma que eles so desviados de sua trajetria inicial.

Isto acontece mais freqentemente com elementos de elevado nmero atmico. Como as

molculas das clulas so principalmente compostas por elementos de nmero atmico

baixo (C, H, O, N), h pouco desvio da trajetria eletrnica e a vizualizao dificultada.

Para superar este problema, as clulas so coradas negativamente com sais de metais-

pesados. Pode-se tambm complexar diretamente as clulas com ons de metais-pesados,

corando-os positivamente. Uma vez coradas, estruturas de 0,5-1,0 nm podem ser

vizualizadas (Beveridge et al., 1994).

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A espectroscopia de raios-X de energia dispersiva fornece informaes adicionais. Esta

tcnica baseia-se na captura de sinais de raios-X que so emitidos da amostra quando um

feixe de eltrons interage com as clulas. Ocasionalmente a interao to intensa que o

eltron pode ser ejetado de sua rbita. Durante o rearranjo dos eltrons remanescentes,

raios-X de energia relativa aos diferentes elementos so gerados. Estes so coletados numdetetor acoplado a uma coluna do TEM. Os raios de diferentes energias so separados em

um analisador multi-canal e espectros de cada elemento so produzidos. Os espectros tm

diferentes energias (eV) sendo registrados com diferentes alturas (concentrao). A

combinao de raios-X com TEM permite a localizao de metais nas clulas ou outras

matrizes.

Referncias bibliogrficas

BASTOS WR. 1997. Mtodos de digesto utilizando microondas para determinao

automatizada de Hg em amostras ambientais e humanas: implantao de laboratrios e

avaliao de qualidade analtica. Tese de mestrado, UFRJ, Instituto de Biofsica Carlos

Chagas Filho, 100 pp.

BEVERIDGE TJ, POPKIN TJ, COLE RM. 1994. Electron microscopy. In: P. Gerhardt (ed.),

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GUIDA L, SAIDI Z, HUGHES MN, POOLE RK. 1991. Aluminium toxicity and binding to

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MAHAN CA, MAJIDI V, HOLCOMBE JA. 1989. Evaluation of the metal uptake of several algae

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SHUTTLEWORTH KL, UNZ RF. 1993. Sorption of heavy metals to the filamentous bacterium

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STOEPPLER M. 1991. Analytical chemistry of metals and metal compounds. In: E. Merian

(ed.), Metals and their compounds in the environment. VCH Verlagsesellschaft mbh, pp:

105-206.

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Captulo 5- Os metais txicos alguns aspectos na interao com

organismos resistncia e detoxificao

Os organismos vivos estiveram sempre expostos aos metais txicos. Entretanto, a poluiodo ambiente por metais, incluindo radionucldeos, aumentou consideravelmente nos ltimos

anos. Tal fato deve-se principalmente ao crescimento da atividade industrial, embora

produtos agrcolas e lanamento de esgotos tambm contribuam (Babich & Stotzky, 1985;

Gadd, 1990).

Fatores ambientais como pH, presena de determinados ctions e anions, presena de

matria orgnica solvel ou particulada, os quais determinam a especiao do metal,

podem reduzir ou eliminar sua toxicidade (Gadd & Griffiths, 1978). Alguns fatores que

influenciam na toxicidade dos metais em soluo podem ser observados na figura 10.

De maneira geral, os metais se ligam aos grupos sulfidrila (SH) das protenas ou a stios de

ligao de um micronutriente, competindo com ele. As enzimas passam a ter suas funes

debilitadas e uma serie de sintomas comeam a ser sentidos. Por outro lado, os

organismos, e neste caso principalmente os superiores como os mamferos, possuem

protenas que funcionam na homeostase dos micronutrientes e que tambm exercem

detoxificao dos metais pesados. O mecanismo de quelao tambm atravs de ligao a

grupos sulfidrila, tornando o metal inerte. Essas protenas so chamadas metalotionenas.

Tem baixo peso molecular e foram primeiro descritas por Margoshoes & Vallee (1957) para

o crtex renal dos cavalos.

Alguns microrganismos so capazes de crescer em concentraes elevadas de metais como

resultado do desenvolvimento de mecanismos especficos de resistncia. A tolerncia pode

resultar de propriedades intrnsecas do organismo, tais como membrana celular

impermevel, produo de polissacardeos extracelulares, ou a simples falta de um sistema

especifico de transporte de metais para o interior das clulas (Beveridge et al., 1997). Alm

destes, h mecanismos de detoxificao mais elaborados, para quando o metal j est no

interior da clula.

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Figura 10: Fatores que influenciam a toxicidade dos metais (Bryan, 1976 apud Frstner &

Wittman, 1979)

Este captulo abordar os metais txicos, aqueles, como j explicado, sem funo

metablica conhecida. Tambm sero abordados alguns exemplos de seus usos, toxicologia

e mecanismos de detoxificao. Deve-se, entretanto, lembrar que os metais essenciais

micronutrientes , tambm passam a ser txicos quando sua concentrao est acima

daquela requerida para o bom desempenho das atividades metablicas. Para eles, os

organismos tambm criaram seus mecanismos de defesa, os quais so muitas vezesespecficos para o metal em questo, ou inespecificos, podendo ser os mesmos dos metais

txicos.

5.1 Alumnio

Embora o alumnio tenha sido sempre um metal de interesse, seu papel no metabolismo dos

organismos vivos ainda est para ser elucidado. A principio o alumnio um metal no-

essencial, portanto txico. A dose letal aguda (LD50) de alumnio de 2,5 x 10-2mol.Kg-1 em

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ratos (Maeda & Sakaguchi, 1990). Alguns autores sugerem, entretanto, que o alumnio

exerce funes essenciais, embora sua toxicidade esteja comprovada (Berman, 1980).

Experimentos in vitro comprovam a inibio do alumnio sobre a enzima hexoquinase

(Harrison et al., 1972 apud Berman, 1980), sugerindo que a hexoquinase e todos os

sistemas de transferncia de fosfato envolvendo ATP ou ons Mg2+ sejam provveis stios-

alvo para o alumnio.

Em seres humanos, os compostos de alumnio so fracamente absorvidos pelo trato

gastrointestinal. Entretanto, a ingesto excessiva como a que pode ocorrer devido a

tratamentos com anticidos, tende a causar problemas (Berman, 1980).

Quanto essencialidade do alumnio, dvidas permanecem. A essencialidade de um

elemento comprovada quando uma doena provocada em funo de sua suspenso na

dieta. Como o alumnio ubquoto no ambiente, essa constatao dificultada. Hove et al.,(1938 apud Berman, 1980) produziram uma dieta deficiente em alumnio para ratos, mas

no conseguiram comprovar qualquer efeito, concluindo que se o metal essencial, deve

s-lo em, no mximo, 1 g dirio na dieta.

Cerca de 15 espcies de microalgas marinhas foram capazes de acumular alumnio em

cultura (Riley & Roth, 1971, apud Maeda & Sakaguchi, 1990), o que pode significar uma

certa toletncia ao metal.

5.2 Arsnico

Arsnico um metalide, como j explicamos anteriormente. A dose mdia letal (LD50) de

1,6 x 10-3 mol.kg-1 para ratos. Atravs dos tempos, o arsnico e seus compostos tm sido

muito utilizados. Romanos e gregos, entre outros usavam compostos de arsnico

terapeuticamente e como veneno (Berman, 1980).

Alguns autores consideram o arsenico um metal essencial (Maeda & Sakaguchi, 1990). O

arsenico costuma ser encontrado em todos os organismos, sendo que organismos marinhos

contm arsnico em maiores quantidades (acima de 100 mg.kg-1 ou mais). Nesses

organismos, o arsnico est quase sempre na forma orgnica, e sua toxicidade

baixssima. J o arsnico dissolvido na gua do mar est na forma de compostos

inorgnicos com 2 diferentes nmeros de oxidao, As (III) e As(V), em concentraes de

0,4 e 1,6 g.L-1 respectivamente. At o momento desconhece-se em qual nvel trofico o

arsnico pode ser acumulado em concentraes elevadas e alquilado, tornando-se um

composto orgnico (Maeda & Sajkaguchi, 1990).

O arsnico um veneno protoplasmtico e acumulativo. Todo o organismo afetado. Asespcies trivalentes reagem com os grupos sulfidrila nas clulas, inibindo enzimas

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essenciais ao metabolismo, tais como as do sistema piruvato oxidase. O arsnico tambm

campaz de desacoplar a fosforilao (Berman, 1980).

Efetivamente, a toxicidade do arsnico dependente do seu nmero de oxidao. Por

exemplo, o arsenito (H2AsO3-) cerca de 200 vezes mais txico do que arsenato (H2AsO4

-)

para os organismos (Beveridge et al., 1997). Assim a oxidao do As(III) a As(V)

considerada uma forma de detoxificao. Nas bactrias este tipo de resistncia ocorre

atravs da enzima arsenito-oxidase, codificada no DNA cromossmico.

Outro mecanismo de resistncia ao arsnico em procariotos mediado por DNA plasmidial.

Cinco genes do operon ars do plasmdeo pR773 de Escherichia coli esto envolvidos no

processo, o qual se inicia com a reduo do arsenato a arsenito (arsenato redutase, NADPH-

dependente), e termina com o efluxo do composto de arsenito atravs das protenas ArsA e

ArsB (Cervantes et al., 1994).

importante ter em mente que os compostos de arsnico esto presentes em pesticidas,

raticidas e herbicidas comumente utilizados no ambiente domstico. J em processos

industriais, ele utilizado na manufatura de vidro, semicondutores eltricos e

fotocondutores. Outros inmeros exemplos do uso industrial do arsnico so fornecidos por

Berman (1980).

5.3 Cdmio

O Cdmio muito similar ao zinco em estrutura atmica e comportamento qumico. Ambos

os metais costumam ocorrer juntos na natureza (Berman, 1980). A diferena principal que

o zinco um elemento essencial, j o cdmio no tem funo biolgica.

O cdmio usado em inmeros processos industriais. O mais conhecido a galvanoplastia.

Cdmio tambm constituinte de ligas de fusveis e soldas de alumnio. utilizado em

amlgamas dentrias e em baterias, juntamente com o nquel.

O cdmio um dos elementos mais txicos aos organismos vivos. Em ratos, a dose letal

aguda de 6,3 x 10-4 mol . kg-1 (Maeda & Sakaguchi, 1990). O cdmio exerce seu efeito

txico ligando-se aos grupos sulfidrila das protenas e quebrando a fita simples de DNA

(Foster, 1983). O cdmio tambm tem afinidade pelos grupamentos hidroxil, carboxil,

fosfatil, cisteinil e histidil das protenas, por purinas e profirinas. Ele capaz de interromper

a fosforilao oxidativa.

O cdmio compete com outros metais por stios de ligao nas clulas. Devido a sua

semelhana em estrutura qumica e comportamento com o zinco, a competio com este

metal grande. O cdmio tende, por exemplo, a ocupar o lugar no zinco numa srie de

enzimas cujo funcionamento depende do mesmo.

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A concentrao mdia de cdmio na gua do mar de 0,04 g . L-1, e 78% dele est na

forma orgnica. A maior parte das espcies inorgnicas no mar esto na forma de CdCl2

(Maeda e Sakaguchi, 1990).

O cdmio tambm est presente na fumaa dos cigarros. Deve ser lembrado que o acmulo

deste metal contnuo, j que sua meia-vida de 38 anos (Berman, 1980).

Alguns microrganismos desenvolveram mecanismos de tolerncia aos ons Cd. So

principalmente conhecidos os mecanismos de procariotos e eucariotos microscpicos muitos

deles so mediados por plasmdeos. Um dos sistemas detoxificantes de cdmio mais

estudado o de transporte transmembrana em Alcaligenes eutrophus, o qual ocorre atravs

de protena carreadora de ctions CzcA. Um outro sistema de efluxo de cdmio via ATPase

do tipo P, foi tambm identificado em bactrias Gram-positivas (Silver et al., 1989 apud

Maeda & Sakaguchi, 1990).Alm dos sitemas de efluxo, metalotionenas tambm foram encontradas em procariotos.

Para a cianobactria Synechococcus spp, foi identificada uma protena ligante de Zn e Cd,

denominada Smta, que codificada no DNA cromossmico (Gupta et al., 1993).

Microrganismos eucariotos tambm possuem muitas vezes protenas desse tipo. o caso da

alga clorofcea Chlorella ellipsoidea para a qual foi identificada uma protena ligante de

cdmio (Nagano et al., 1982 apud Maeda & Sakaguchi, 1990).

5.4 Chumbo

O chumbo considerado um dos 7 metais de antigidade. H registros do seu uso mesmo

antes do xodo dos hebreus do Egito. O chumbo ocorre na natureza como sulfeto ou

galena, mas no no estado elementar. A descoberta do chumbo deve ter ocorrido pelo

gotejamento acidental de galena no fogo (Berman, 1980).

Os povos antigos usavam chumbo para ornamentos como anis e amuletos e tambm em

pratos e bandejas. Provavelmente o primeiro uso da galena foi como maquiagem para os

olhos. Gregos e romanos usaram bastante o chumbo na culinria. Como as tigelas debronze utilizadas como pratos produziam um gosto amargo na comida, os sais de chumbo

eram usados para ado-la. O vinho era preparado em potes com cobertura de chumbo e o

azeite era estocado em vasilhas desse tipo. Lembra-se que os arquedutos romanos tinham

igualmente cobertura de chumbo. Esse uso extensivo do chumbo levou a uma doena

endmica, chamada clica do chumbo. Hofman (1885) e Gilfallan (1965) citados em

Berman (1980), expuseram a teoria de que o envenenamento por chumbo foi uma das

principais causas da queda do Imprio Romano.

O chumbo um elemento no-essencial e a dose letal (LD50) aguda de 8 x 10-3 mol Kg-1

em cobaias. A concentrao total de chumbo na gua do mar de 3 x 10-2g L-1 e as

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principais espcies envolvidas so PbCO3 e Pb(CO3)2-2 (Moore, 1981 apud Maeda &

Sakaguchi, 1990).

O chumbo na forma metilada mais txico que na forma inorgnica. A toxicidade d-se

provavelmente devido natureza apolar dos compostos organometlicos, o que permite sua

rpida difuso atravs das membranas das clulas (Maeda & Sakaguchi, 1990). Embora os

sais inorgnicos de chumbo no penetrem na pele intacta, eles podem ser absorvidos

atravs de cortes e escoriaes (Berman, 1980).

O chumbo um veneno protoplasmtico de ao lenta, que gera uma srie de sintomas.

Como os outros metais, ele tem afinidade por grupos sulfidrila, e muito de sua ao txica

se deve a inibio desses grupos. Devido grande solubilidade dos compostos orgnicos de

chumbo em lipdeos, o metal tende a ser acumulado nos tecidos nervosos (Berman, 1980).

Experimentos mostraram que o acmulo de chumbo em peixes ocorre atravs da cadeiaalimentar, e o chumbo no trato alimentar do peixe liberado mais lentamente do que

aquele absorvido pelas brnquias (Vighi, 1981).

Poucos estudos existem sobre a resistncia e detoxificao do chumbo. Algumas microalgas

como Phaeodactylum tricornutum parecem ser resistentes , demonstrando inibio do

processo fotossinttico numa concentrao de 10 mg L-1 (Woolery & Lewin, 1976). Bactrias

consideradas resistentes foram Staphylococcus aureus, Micrococcus luteus, Azotobacter

spp. e Klebsiella aerogenes (Beveridge et al., 1997). Tanto a metilao quanto

imobilizao do Pb2+ parecem ser mecanismos de resistncia. A cepa NCTC 418 de K.

aerogenes foi estudada em detalhe e detoxifica Pb2+ atravs da formao de PbS (Aiking et

al., 1985).

Atualmente, o chumbo est presente em massa no vidraceiro, pavio de velas, tinturas para

cabelo e maquiagem para os olhos, entre tantas coisas.

5.5 Mercrio

O mercrio conhecido dos povos h milhares de anos. Aristteles j mencionava o

mercrio em sua obra Meteorologica, como prata lquida (Berman, 1980). Isso dada a sua

propriedade de ser um lquido a temperatura ambiente. O mercrio ocorre na natureza na

forma do minrio cinbrio (HgS). As principais minas de cinabrio esto na Espanha,

Iugoslvia, Rssia, Itlia, Japo e Mxico (Niagru, 1979). O mercurio capaz de solubilizar

vrios outros metais formando amlgamas. Isso juntamente com sua alta toxicidade

atraram a ateno de filsofos e alquimistas por mais de trs milnios (Schller & Egan,

1976 apud Bastos, 1997).

O mercrio j era usado em medicina na ndia e China antigas. No entanto, foi no sculo

XVI, quando Paracelsus popularizou o uso do vapor de mercrio para o tratamento de sfilis,

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que o metal passou a ser usado como panacea, um antdoto universal contra todas as

doenas (Berman, 1980).

O mercrio um elemento no-essencial e a dose aguda letal (LD50) de 1,3 x 10-4 mol Kg-

1 para ratos. Tanto as espcie inica (Hg2+) quanto os compostos orgnicos so altamente

txicos aos sistemas biolgicos, novamente pela sua forte afinidade pelos grupamentos

tilicos (SH) das protenas. O mercrio tambm se combina a grupos fosforil, carboxil,

amina e amida. O acmulo de mercrio no ambiente causa srios problemas de sade

pblica (Beveridge et al., 1997).

Contaminaes por mercrio lanado nos ambientes so historicamente conhecidas. Um

caso clssico foi o acidente na Baa de Minamata, no Japo, onde 1.200 pessoas morreram

e vrias outras desenvolveram deficincias fsicas ao se alimentarem de pescado

contaminado com metilmercrio proveniente de despejos industriais (Bastos, 1997).

Os compostos de metilmercrio so os mais txicos e os maiores contaminantes dos

ambientes. A transformo do mercrio Hg2+ em metilmercrio mediada por

microrganismos em ambientes aquticos. H evidncias da participao de bactrias

sulfato-redutoras mediando a metilao do mercrio em sedimentos (Gilmour et al., 1992).

O metilmercrio representa pequena parcela do Hg presente nesses ambientes, mas a

forma dominante do metal nos organismos superiores (Malm et al., 1997).

A concentrao total de mercrio estimada nos oceanos de 3 x 10-2 g L-1 e as formas

inorgnicas dissolvidas so principalmente HgCl4-2 e HgCl2 (Maeda & Sakaguchi, 1990).

Algumas microalgas e cianobactrias parecem ser resistentes a mercurio. Os dados so

provenientes de estudos de acumulao, no se sabendo qual o mecanismo de tolerncia

(Maeda & Sakaguchi, 1990). Embora sejam poucos os estudos de metilao do mercrio em

microalgas, cerca de 67% do mercrio encontrado no fitoplncton coletado na Baa de

Monterey, Califrnia, est na forma orgnica, sugerindo que ou ele acumulado nessa

forma, ou metilado pelos organismos fitoplanctnicos (Knauer & Martin, 1972 apud Maeda &

Sakaguchi, 1990).

Tanto no mar quanto em gua doce, o metilmercrio mais facilmente incorporado na

cadeia trfica e pode ser biomagnificado, concentrando-se em grande quantidade em

peixes, por exemplo. Assim importante tambm que se mencione outras participaes dos

microrganismos, marinhos e dulccolas, na formao de Hg0, contribuindo para o ciclo global

de mercrio e evitando assim a metilao. Cianobactrias marinhas produzem Hg0 como

forma de detoxificao (Mason et al.,

A detoxificao e conseqente resistncia j foi evidenciada em bactrias Gram-negativsa e

gram-positivas isoladas de diferentes ambientes. Dois fentipos so conhecidos: resistncia

a HgCl2 e resistncia a compostos orgnicos como metilmercrio ou acetato de etilmercrio,

conhecida como de amplo espectro. Em ambos os casos, a resistncia envolve a eliminao

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do mercrio para o meio na forma de Hg0. A detoxificao se d atravs da mercrio

redutase- NADPH dependente, que catalisa a reduo de Hg2+ a Hg0. os compostos

orgnicos so detoxificados pela organomercrio liase- NADPH dependente, que hidrolisa as

ligaes C-Hg produzindo os ons Hg2+, os quais sero substrato para a redutase (Bestetti &

Barbieri, 1991).

Os compostos orgnicos e inorganicos de mercrio so utilizados como catalisadores na

indstria petroqumica, antisspticos na medicina e fungicidas na agricultura. O mercrio

metlico utilizado em termmetros, barmetros, manmetros, baterias e outros

componentes eltricos e eletrnicos (Andren & Niagru, 1979 apud Bastos, 1997). Devido

caracterstica de amalgamar metais, o mercrio usado em restauraes dentrias, na

indstria de cloro e soda e na minerao como base para extrao de ouro em garimpos

artesanais.

Efetivamente, o maior problema de contaminao por mercrio no Brasil deve-se

exatamente a sua utilizao nos garimpos. Nos ltimos 20 anos, os garimpos de ouro na

Amaznia brasileira lanaram cerca de duas mil toneladas de mercrio nos solos, rios e

atmosfera (Malm et al., 1997). O mercrio usado no garimpo para a amalgamao do

ouro em concentraes gravimtricas, de solo ou sedimento. Neste processo, o mercrio

perdido para o ambiente, tanto como lquido para os corpos dgua e aterros com resduos

de minerao, quanto como vapor para a atmosfera durante a queima da amlgama para a

recuperao final do ouro. Esta ltima etapa representa o maior percentual de mercrio

emitido para o ambiente (Pfeiffer & Lacerda, 1989).

5.6 Ouro

O ouro um metal usado para a ornamentao desde o incio dos tempos. Segundo Berman

(1980), os egpcios foram provavelmente os primeiros a trabalharem com ouro em

metalurgia.

Bioquimicamente, o ouro no um metal essencial, e, portanto, considerado um elemento

txico. A dose letal aguda de ouro em mamferos desconhecida (Maeda & Sakaguchi,

1990).

O ouro, de forma semelhante ao mercrio, foi usado em medicina como panacea para todos

os tipos de doenas. Os chineses foram provavelmente os primeiros a usar o ouro como

propostas curativas, como no alvio de pruridos (Berman, 1980).

O ouro utilizado hoje em ligas dentrias e no tratamento de lceras cutneas. Ouro

radioativo tambm empregado no tratamento do cncer. H ainda uma srie de

utilizaes do ouro em medicina e cincia. Utilizaes industriais so: circuitos eletrnicos,conexes, resistncias e semi-condutores. O ouro tambm utilizado nos projetos espaciais

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como selador de junes vidro-metal ou como protetor contra alta radiao solar e radiao

infra-vermelha (Berman, 1980).

Os efeitos txicos mais comuns do ouro envolvem problemas na pele e mucosas, iniciando

com pruridos e indo at dermatites. Os compostos de ouro podem ser txicos aos rgos

hematopoiticos gerando trombocitopenia, leucopenia, agranulocitose e anemia (Berman,

1980).

A concentrao de ouro na gua do mar de 4 x 10-3 g Kg-1 e a principal espcie

encontrada AuCl2 (Maeda & Sakaguchi, 1990). A microalga dulccola Chlorella vulgaris

capaz de acumular Au(I) e Au(III) das solues aquosas com alta afinidade. Sob

determnadas condies, o nvel de ouro acumulado pode representar 10% do peso seco da

clula. Au(III) acumulado intracelularmente rapidamente reduzido a Au(I) e o ouro ligado

superfcie celular lentamente reduzido a Au(0). A reduo do ouro provavelmente umprocesso de detoxificao (Maeda & Sakaguchi, 1990)

5.7 Prata

A prata tambm um dos metais utilizados pelo homem desde a Antigidade. Os gregos

possuam mineraes de prata. A prata encontrada pura ou associada a cobre, ouro e

chumbo (Berman, 1980). A prata um metal no-essencial e sua dose letal aguda (LD50)

em ratos de 7,9 x 10-4 mol Kg-1. A concentrao de prata na gua do mar varia entre 0,04

a 0,09 g L-1. Cerca de 34% da prata dissolvida est em espcies orgnicas e as espcies

inorgnicas so principalmente AgCl-2 (Maeda & Sakaguchi, 1990).

Alm de ser usada em utenslios de mesa e joalheria, a prata est em ligas metlicas de

alumnio, cdmio, cobre e chumbo, aumentando sua fora, dureza e resistncia a corroso

(Berman, 1980).

Os compostos de prata foram intensivamente usados como agentes antimicrobianos no

tratamento de queimaduras e em infeces oculares (Slawson et al., 1992 apud Beveridge

et al., 1997). Atualmente, ainda se utilizam os complexos proticos de nitrato de prata em

aplicaes locais dada a suas propriedades germicidas (Berman, 1980).

A atividade txica da prata principalmente local. A prata inativa os grupamentos sulfidrila

das enzimas e tambm se combina com grupos amino, imidazol, carboxil e fosfato. Devido a

sua lenta absoro, sua ao sitmica no extensiva. Alm de se ligarem a protenas, os

ons tambm precipitam na forma de AgCl2 onde foi aplicada. Concentraes elevadas de

prata sobre a pele causam uma pigmentao que varia do cinza ao azul e conhecida

como argiria. Isso se deve formao de sulfeto de prata e prata metlica. No h maiores

problemas, a no ser a mancha que persiste para o resto da vida (Berman, 1980)

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Embora a prata tenha efeito germicida, algumas bactrias desenvolveram mecanismos de

tolerncia ao metal. Cepas de Escherichia coli e Pseudomonas stutzeri resistentes prata

foram isoladas de um paciente queimado e de uma mina de prata respectivamente (Gadd et

al., 1989; Goddard & Bull, 1989; Starodub & Trevors, 1989). O acmulo de prta por alguns

microrganismos, como conseqente mobilizao e excluso do metal so processos deresistncia e detoxificao. H tambm evidncias experimentais de mecanismos de

resistncia genticos codificados por plasmdeos, j encontrados em E. coli (Starodub &

Trevors, 1989).

Outro estudo experimental envolvendo a cadeia trfica aqutica (Scenedesmus sp., Daphnia

magna, mexilhes e peixe) e os metais prata e mercrio, revelou que ambos podem ser

acumulados por peixes atravs dos vrios nveis da cadeia. O fator de concentrao do

mercrio mais alto que o da prata, e o mercrio biomagnificado enquanto a prata no

(Terhaar et al., 1977 apud Maeda & Sakamuchi, 1990).

5.8 Estanho e Telrio

O estanho um metal utilizado como cobertura protetora de outros metais e como anti-

incrustante em tintas usadas no ambiente marinho (McDonald & Trevors, 1988 apud

Beveridge et al., 1997). Ele considerado por uns como um metal essencial (Maeda &

Sakaguchi, 1990) e por outros como no-essencial.

O telrio um metalide utilizado em baterias, ligas metlicas e em borracha como corante

(Beveridge et al., 1997). um elemento no-essencial.

Estudos de incorporao e tolerncia para ambos em microrganismos podem ser revistos

em Beveridge et al. (1997).

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