Made available in DSpace on 2015-04-22T22:01:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wamber Boni de Souza.pdf: 2659314 bytes, checksum: 7f9a2f165e36496d3cc87db36897ea3e (MD5) Previous issue date: 2013-06-03 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / This work describes the mercury and a summary on toxicity of organomercury, as well as environmental importance of the HS, addressing structural aspects of the interaction between carboxylic groups from humic and fulvic acids and Hg, in two reviews. A third review is presented the Density Functional Theory (DFT) applied to theoretical study of mercury and its compounds. Environmental chemistry of Hg is extensively revised, especially the reduction process Hg2+  Hg+  Hg0. The Hg can also be found in forms organomercury, which the methylmercury (methyl-Hg, CH3Hg+) and dimethylmercury (dimethyl-Hg, CH3(Hg)2) are the most important. Structurally, the difference between the two forms of Hg is the number of methyl groups. Important tool in the consolidation of experimental data, theoretical calculations have proven that they are capable of complementing experimental results. The DFT B3LYP functional with LANL2DZ basis set are performed for the neutral structures dimethylmercury (Dimetil-Hg), methylmercury (MetHgCl), methylmercury bromide (MetHgBr), methylmercury iodide (MetHgI) and charged methylmercury (Met-Hg), methylmercury oxide ion (MetHgO-), methylmercury sulfide ion (METHgS-), methylmercury selenide ion (MetHgSe-). Additionally, the interaction of the Model of Humic Substance Molecules (MHSM) (Benzoic acid (AB), Phthalic acid (AFT), Salicylic acid (AS) e 2,4-dihydroxybenzoic acid (2,4-ADHBC) and carboxylic groups from fulvic acid (AFRS) structure proposed for the Suwannee River with Hg2+ has been investigated theoretically by using DFT method with high level B3LYP/ LANL2DZ model in order to contribute to the understanding of the behavior of Hg in nature. Findings show that the structure of methyl-Hg is more stable and less reactive than dimethyl-Hg. The bond lengths C-Hg on Met-Hg-X (X = Cl-, Br- and I-) increase with increasing volume. In the case of Met-Hg-X (X = O2-, S2- and Se2-), the bond length C-Hg remains virtually unchanged. The charge distribution analysis has revealed that the Hg oxidation tendency to reduce or anion depending on what is on. The trend of reduction/oxidation is accompanied by a greater stabilization energy (NBO) and ΔEL. The HUMO-LUMO orbital shows the structures Met-Hg-X (X = Cl-, Br- and I-) that has a larger Δε Met-Hg-X (X = O2-, S2- and Se2-). Finally, the use of B3LYP/LANL2DZ shows errors in bond length in relation to the experimental data varying between 4.74 and 6.43%. The results showed that the interaction between the carboxylic acid and Hg2+ ions indicate the occurrence of a reduction process rather than complexation in the MMSH. The interaction AB Hg ions formed with the carboxylic AB proved to be the most stable among all the MMSH-Hg. The highest values of stabilization energy of second order were observed by the molecules AB Hg e AFT Hg. Findings showed that the complexation and reduction depends on the location of the carboxyl groups in the structure of fulvic acid in the AFRS. Furthermore, the binding energy, geometry and energy gap is altered by interaction with the carboxylic groups of AFRS with Hg2+. / Esta tese descreve o mercúrio e um resumo sobre a toxicidade dos compostos organomercuriais, bem como a importância ambiental da SH, abordando aspectos estruturais da interação entre grupos carboxílicos dos ácidos húmicos e fúlvicos e Hg, em duas revisões. A terceira revisão é apresentada a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) aplicada ao estudo teórico de mercúrio e seus compostos. A química ambiental do Hg é revista extensivamente, especialmente o processo de redução do Hg2+  Hg+  Hg0. O Hg pode ser encontrado também em formas organomercurais, das quais o metilmercúrio (metil-Hg, CH3Hg+) e dimetil-Hg (dimetil-Hg CH3(Hg)2) são as mais importantes. Estruturalmente a diferença entre as duas formas de Hg é a quantidade de grupos metilas. Ferramenta importante na consolidação de dados experimentais, os cálculos teóricos já comprovaram que são capazes de complementar resultados experimentais. A DFT e o funcional B3LYP com o conjunto de base LANL2DZ foram usados para a otimizações de geometria para as estruturas neutras dimetilmercúrio (Dimetil-Hg), cloreto de metilmercúrio (MetHgCl), brometo de metilmercúrio (MetHgBr), Iodeto de metilmercúrio (MetHgI) e carregadas metilmercúrio (Met-Hg), íon óxido de metilmercúrio(MetHgO-), íon sulfeto de metilmercúrio (METHgS-) e íon seleneto de metilmercúrio (MetHgSe-). Além disso, a interação dos grupos carboxílicos de moléculas modelos de substâncias húmicas (MMSH), (Ácido benzoico (AB), Ácido ftálico (AFT), ácido salicílico (AS) e ácido 2,4-diidroxibenzocarboxílico) e de ácido fúlvico (AFRS) de estrutura proposta do rio Suwannee com Hg2+ foi investigado teoricamente por DFT no nível de cálculos B3LYP/LANL2DZ, a fim de contribuir para o entendimento do comportamento do mercúrio na natureza. Os resultados mostram que a estrutura do metil-Hg é mais reativa e menos estável que a estrutura do dimetil-Hg. Os comprimentos de ligação C Hg no Met-Hg-X (X = Cl-, Br- e I-) aumentam com o aumento do volume. No caso do Met-Hg-X- (X = O2-, S2- e Se2-) o comprimento de ligação C Hg permanece praticamente inalterado. A análise de distribuição de carga revelou que o Hg apresenta tendência para redução ou oxidação dependendo do ânion que está ligado. A tendência de redução/oxidação é acompanhada por uma maior energia de estabilização (NBO) e ΔEL. Os orbitais HOMO-LUMO mostram que as estruturas Met-Hg-X (X = Cl-, Br- e I-) possuem maior Δε que Met-Hg-X- (X = O2-, S2- e Se2- ). Finalmente o uso do B3LYP/LANL2DZ apresentou erros nos comprimento de ligação em relação aos dados experimentais variando entre 4,74 e 6,43%. Para as MMSH os resultados mostraram de modo geral, que a interação entre os íons carboxílicos e Hg2+ indicam a ocorrência de um processo de redução ao invés de complexação. Entre todas as MMSH-Hg, a interação AB Hg formada com os íons carboxílicos da AB mostrou ser a mais estável. As moléculas AB Hg e AFT Hg possuem os maiores valores de energia de estabilização de segunda ordem. Especificamente para os AFRS, os resultados indicam que a complexação e redução dependem da localização dos grupos carboxílicos na estrutura de ácido fúlvico. Além disso, a energia de ligação, a geometria

O presente trabalho procura dar continuidade a uma das linhas de pesquisa desenvolvida pelo Grupo de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade de são Paulo: o estudo da formação de complexos. O sistema Hg(II) / S2O2-3 foi analisado potenciometricamente, com a finalidade de identificar o número de complexos formados, assim como estimar as constantes de estabilidade envolvidas no fenônemo de complexação. Tal equilíbrio foi levado a termo a 25,0 ± 0,1°C, e força iônica 2,00M, sendo detectados quatro espécies complexas. O modelo matemático que melhor se ajustou aos dados experimentais fornecidos pelo sistema, conta com os seguintes valores para as constantes globais de formação: β1 1 = x 1024 M-1 (valor atribuído) β2 = (8,0 ± 2,8) x 1027 M-2 β3 = (1,71 ± 0,03) x 1030 M-3 β4 = (3,07 ± 0,77) x 1030 M-4. Na região de baixa concentração analítica de ligante, 5mM, o acesso experimental foi limitado pela precipitação de sulfeto mercúrico sendo impossível obter informaçôes sobre a primeira espécie. O comportamento do mercúrio no sistema Hg(II) / S2O2-3 foi estudado de uma forma mais abrangente, sendo estendido ao meio não complexante, onde o equilíbrio de dismutação do cátion mercuroso governa. Nas mesmas condições de temperatura e força iônica anteriores, foram obtidos alguns parâmetros desse equilibrio, a saber: - potenciais formais de eletrodo: Eo\'Hg(I) / Hg(O) = ( 0,456 ± 0,014 ) V Eo\'Hg(II) / Hg(O) = ( 0,559 ± 0,0016) V Eo\'Hg(III) / Hg(I) = ( 0, 6625 ± 0,0023 ) V - constante do equilibrio heterogêneo: Qp (potenciométrica) = (3 ± 1) x 103 Adicionalmente, foram realizados estudos eletrogravimétricos sobre o mecanismo de oxidação coulométrica do mercúrio metálico, em diversos eletrólitos suporte, merecendo destaque a estabilização do Hg(I) por cloreto, e do Hg (II) por tiossulfato, mostrando que a transferência eletrônica é um processo por etapas. Complementando o estudo do sistema, a potencialidade análitica do tiossulfato na determinação dos cátions do mercúrio foi confirmada em titulações potenciométricas. / The present work belongs to one of the topics developed by the Analytical Chemistry Group in the Chemistry Institute of the são Paulo University: the study of complex formation equilibrium. The Hg(II)/S2O2-3 system was potentiometrically analysed with the purpose of identifying the number of formed complexes as well as computing their stability constants. Such equilibria study was performed at a 25.0 ± 0.1ºC temperature and 2.00 M ionic strengh, mantained with NaClO4. Four stepwise complexes have been detected by a calculus procedure based on non-linear regression. The best formation constants set is: β1 1 = x 1024 M-1 (arbitrary value) β 2 = (8,0 ± 2,8) x 1027 M-2 β3 = (1,71 ± 0,03) x 1030 M-3 β4 = (3,07 ± 0,77) x 1030 M-3. At lower ligand concentration, nearly 5mM, the experimental access was limited by the mercuric sulphide precipitation, being impossible to achieve data on the first specie. The mercury performance in the Hg(II)/S2O2-3 system was more widely studied with concern to the non-complexing media, where the disrnutation of mercurous cation leads. With the same previous temperature and ionic stengh conditions, some equilibria parameters have been determined: - electrode potentials: Eo\'Hg(I) / Hg(O) = ( 0,456 ± 0,014 ) V Eo\'Hg(II) / Hg(O) = ( 0,559 ± 0,0016) V Eo\'Hg(III) / Hg(I) = ( 0, 6625 ± 0,0023) V - heterogeneous equilibria constant: Qp = (3 ± 1) x 103. Electrogravimetric studies about the coulometric oxidation mecanism of metallic mercury have also been executed. The oxidation was carried out at several suporting electrolites, regarding the Hg(II) stabilization by the tiossulphate anion, and the Hg(I) by chloride, showing that the electrochemical transfer occurs in a step by step process. In addition to system study, the analytical potentiality of the tiossulphate on the determination of mercury cationic species was confirmed by potentiometric titulations.

Este trabalho descreve a construção de plasmídeos para expressão e ancoragem de proteínas de alta afinidade a íons Hg2+ e As5+. Os genes merR e arsR de C. metallidurans foram inseridos no vetor que contém o sistema para expressão e ancoragem de proteínas heterólogas em bactérias Gram-negativas originando os plasmídeos pCM-Hg e pCM-As. MerR e ArsR foram produzidas sob comando do promotor pan. E. coli recombinantes apresentaram resistência 100% superior a Hg2+ e As5+. C. metallidurans/pCM-As apresentou MIC > Na3As02 1000 mM sendo a Gram-negativa com maior capacidade de sobrevivência a íons As5+. Os plasmídeos elevaram a sobrevivência das bactérias estudadas, podendo ser usados para aumentar índices de sobrevivência e fornecer viabilidade a outras cepas. Células recombinantes apresentaram capacidade de adsorver Hg2+ ou As5+ do meio em níveis superiores às linhagens selvagens. As bactérias descritas são excelentes candidatas para biorremediação. Este trabalho apresenta pela primeira vez a ancoragem da proteína ArsR na superfície celular de um micro-organismo. / This work describes the construction of plasmids for expression and anchoring of high affinity proteins to Hg2+ or As5+ ions. C. metallidurans merR and arsR genes were inserted into the vector which contains the system for expression and anchoring of heterologous proteins in Gram-negative bacterias origining the plasmids pCM-Hg and pCM-As. MerR and ArsR were produced under pan promoter command. Recombinant E. coli showed resistance 100% higher to Hg2+ and As5+. C. metallidurans/pCM-As showed MIC > Na3As02 1000 mM being the most resistance Gram-negative able to survive in As5+ sites. The plasmids increased the studied Gram-negatives bacterial surviving and they can be utilized in other strains to increase the surviving levels and supply viability. Recombinant cells showed ability for adsorption of Hg2+ or As5+ from the media in enhanced levels as compared to the wild type. The described bacterias are excellent candidates for bioremediation. This work presents for the first time the cell surface display of ArsR protein on a microorganism.

Devido aos crescentes problemas relacionados com a poluição atmosférica na região metropolitana de São Paulo que atingem o ambiente e a saúde das populações, toma-se de grande interesse o estabelecimento de metodologias tal como a de monitoramento da qualidade do ar usando organismos cosmopolitas. O biomonitoramento é um método experimental que permite avaliar a resposta de organismos vivos à poluição, oferecendo vantagens como custos reduzidos, eficiência no monitoramento de amplas áreas geográficas e de elementos químicos poluentes presentes em baixas concentrações no ambiente e acumulados no biomonitor ao longo de um período. No presente trabalho, o método de análise por ativação neutrônica foi aplicado à determinação de elementos acumulados em amostras do fungo liquenizado Canoparmelia texana coletadas em duas áreas distintas: (1) Parques Estaduais Carlos Botelho (PECB) e Intervales (PEI), área considerada não-poluída pertencente ao ecossistema de Mata Atlântica - SP e (2) área metropolitana de São Paulo em pontos localizados nas proximidades das estações automáticas de monitoramento da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB). Os liquens coletados dos troncos de árvores foram previamente limpos, moídos e posteriormente irradiados com nêutrons do reator IEA- R1 juntamente com os padrões sintéticos dos elementos. A precisão e exatidão dos resultados analíticos foram avaliadas por meio das análises dos materiais certificados de referência IAEA-336 LICHEN e Mixed Polish Herbs (INCT-MPH-2). Os resultados obtidos nestes materiais de referência foram concordantes com os valores certificados e apresentaram, em geral, uma boa precisão com coeficientes de variação variando de 0,9 a 14,6%. Os resultados das análises de liquens indicaram que os elementos As, Co, Cr, Cs, La, Mo, Sb, Sc, Se e U estão presentes aos níveis de ng g-1, Ba, Br, Cl, Fe, K, Mn, Na, Rb e Zn aos niveis de mg g-1 e Ca aos níveis de μg g-1. Por meio da aplicação das análises de cluster e de discriminate, aos resultados obtidos nas amostras coletadas em áreas com diferentes níveis de poluição, os pontos de amostragens foram agrupados segundo similaridades químicas no que diz respeito às suas composições elementares. Também foi observado que as amostras do PECB e do PEI separaram-se dos grupos e subgrupos formados pelas amostras da região metropolitana e este resultado indica a preservação das áreas consideradas não-poluídas. Os liquens coletados no PEI apresentaram, em geral, concentrações inferiores àquelas obtidas para a região metropolitana de São Paulo principalmente para os elementos relacionados com ações antrópicas. Os mapas de distribuição das concentrações de elementos permitiram a visualização e identificação de pontos que apresentam concentrações de elementos mais altas na região metropolitana. Estes mapas de distribuição também mostraram que a poluição na região metropolitana de São Paulo apresenta perfis diferentes devido às inúmeras fontes de emissão de poluentes. Os elementos determinados nos liquens da área metropolitana indicaram ser de origens industrial, veicular e do solo. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram a viabilidade do uso da C. texana na avaliação da poluição no biomonitoramento passivo de diversos elementos contaminantes presentes na atmosfera da região metropolitana de São Paulo. / Due to the increasing problems of atmospheric pollution in the Sao Paulo metropolitan region that affect the environment and human health the application of biomonitoring methodologies using cosmopolite organisms has now become relevant. Biomonitoring is a method to evaluate the response of live organisms to pollution. This method offers advantages such as reduced costs, efficient monitoring of large geographic areas and accumulated pollutants over a large period in which low concentrations of chemicals elements in the environment can be evaluated. In the present study, neutron activation analysis method was applied to determine elements accumulated in Canoparmelia texana lichenized fungi. Samples were collected in two distinct areas: Carlos Botelho (PECB) and Intervales (PEI) State Parks that are considered as non-polluted areas and that belong to the Atlantic Forest - SP ecosystem; and Sao Paulo city metropolitan region in sites near automatic monitoring stations of the Environmental Protection Agency of the State of Sao Paulo (CETESB). The lichens collected from the bark of the trees were properly treated, and irradiated with neutrons from IEA-R1 nuclear reactor along with synthetic standards of elements. The precision and the accuracy of the results were evaluated by the analyses of IAEA-336 LICHEN and Mixed Polish Herbs (INCT -MPH-2) certified reference materials. The results obtained for these materials were in accordance with the certified values and presented good precision with variation coefficients ranging from 0.9 to 14.6%. Results obtained for lichens showed that elements As, Co, Cr, Cs, La, Mo, Sb, Sc, Se and U are present at ng g-1 levels, Ba, Br, Cl, Fe, K, Mn, Na, Rb and Zn at μg g-1 and Ca at mg g-1. By applying cluster and discriminant analyses to the results for the lichen samples from areas with different levels of pollution, the sampling sites were grouped according to their chemical similarities and their elemental composition. It was also observed that samples from PECB and PEI were separated from groups and subgroups formed by the samples from the metropolitan region. This result indicates the preservation of PECB and PEI areas considered non-polluted. The lichens collected in the PEI presented, in general, lower concentrations of the elements than those from the metropolitan region of São Paulo in regards to those elements related to anthropogenic actions. The distribution maps of element concentrations allowed identification of sites in the metropolitan region that present higher elemental concentrations. Furthermore the distribution maps also showed that the pollution in the metropolitan region presents different profiles due to many sources and different pollutant emissions. The probable sources of elements determined in lichens from the metropolitan region are industrial, vehicular and soil. Results obtained indicate that the C. texana species can be used as a passive biomonitor of element pollution in the Sao Paulo metropolitan area. This species is abundant in both polluted and non-polluted areas and thus allows to distinguish regions with distinct levels of pollution.

Devido aos crescentes problemas relacionados com a poluição atmosférica na região metropolitana de São Paulo que atingem o ambiente e a saúde das populações, toma-se de grande interesse o estabelecimento de metodologias tal como a de monitoramento da qualidade do ar usando organismos cosmopolitas. O biomonitoramento é um método experimental que permite avaliar a resposta de organismos vivos à poluição, oferecendo vantagens como custos reduzidos, eficiência no monitoramento de amplas áreas geográficas e de elementos químicos poluentes presentes em baixas concentrações no ambiente e acumulados no biomonitor ao longo de um período. No presente trabalho, o método de análise por ativação neutrônica foi aplicado à determinação de elementos acumulados em amostras do fungo liquenizado Canoparmelia texana coletadas em duas áreas distintas: (1) Parques Estaduais Carlos Botelho (PECB) e Intervales (PEI), área considerada não-poluída pertencente ao ecossistema de Mata Atlântica - SP e (2) área metropolitana de São Paulo em pontos localizados nas proximidades das estações automáticas de monitoramento da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB). Os liquens coletados dos troncos de árvores foram previamente limpos, moídos e posteriormente irradiados com nêutrons do reator IEA- R1 juntamente com os padrões sintéticos dos elementos. A precisão e exatidão dos resultados analíticos foram avaliadas por meio das análises dos materiais certificados de referência IAEA-336 LICHEN e Mixed Polish Herbs (INCT-MPH-2). Os resultados obtidos nestes materiais de referência foram concordantes com os valores certificados e apresentaram, em geral, uma boa precisão com coeficientes de variação variando de 0,9 a 14,6%. Os resultados das análises de liquens indicaram que os elementos As, Co, Cr, Cs, La, Mo, Sb, Sc, Se e U estão presentes aos níveis de ng g-1, Ba, Br, Cl, Fe, K, Mn, Na, Rb e Zn aos niveis de mg g-1 e Ca aos níveis de μg g-1. Por meio da aplicação das análises de cluster e de discriminate, aos resultados obtidos nas amostras coletadas em áreas com diferentes níveis de poluição, os pontos de amostragens foram agrupados segundo similaridades químicas no que diz respeito às suas composições elementares. Também foi observado que as amostras do PECB e do PEI separaram-se dos grupos e subgrupos formados pelas amostras da região metropolitana e este resultado indica a preservação das áreas consideradas não-poluídas. Os liquens coletados no PEI apresentaram, em geral, concentrações inferiores àquelas obtidas para a região metropolitana de São Paulo principalmente para os elementos relacionados com ações antrópicas. Os mapas de distribuição das concentrações de elementos permitiram a visualização e identificação de pontos que apresentam concentrações de elementos mais altas na região metropolitana. Estes mapas de distribuição também mostraram que a poluição na região metropolitana de São Paulo apresenta perfis diferentes devido às inúmeras fontes de emissão de poluentes. Os elementos determinados nos liquens da área metropolitana indicaram ser de origens industrial, veicular e do solo. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram a viabilidade do uso da C. texana na avaliação da poluição no biomonitoramento passivo de diversos elementos contaminantes presentes na atmosfera da região metropolitana de São Paulo. / Due to the increasing problems of atmospheric pollution in the Sao Paulo metropolitan region that affect the environment and human health the application of biomonitoring methodologies using cosmopolite organisms has now become relevant. Biomonitoring is a method to evaluate the response of live organisms to pollution. This method offers advantages such as reduced costs, efficient monitoring of large geographic areas and accumulated pollutants over a large period in which low concentrations of chemicals elements in the environment can be evaluated. In the present study, neutron activation analysis method was applied to determine elements accumulated in Canoparmelia texana lichenized fungi. Samples were collected in two distinct areas: Carlos Botelho (PECB) and Intervales (PEI) State Parks that are considered as non-polluted areas and that belong to the Atlantic Forest - SP ecosystem; and Sao Paulo city metropolitan region in sites near automatic monitoring stations of the Environmental Protection Agency of the State of Sao Paulo (CETESB). The lichens collected from the bark of the trees were properly treated, and irradiated with neutrons from IEA-R1 nuclear reactor along with synthetic standards of elements. The precision and the accuracy of the results were evaluated by the analyses of IAEA-336 LICHEN and Mixed Polish Herbs (INCT -MPH-2) certified reference materials. The results obtained for these materials were in accordance with the certified values and presented good precision with variation coefficients ranging from 0.9 to 14.6%. Results obtained for lichens showed that elements As, Co, Cr, Cs, La, Mo, Sb, Sc, Se and U are present at ng g-1 levels, Ba, Br, Cl, Fe, K, Mn, Na, Rb and Zn at μg g-1 and Ca at mg g-1. By applying cluster and discriminant analyses to the results for the lichen samples from areas with different levels of pollution, the sampling sites were grouped according to their chemical similarities and their elemental composition. It was also observed that samples from PECB and PEI were separated from groups and subgroups formed by the samples from the metropolitan region. This result indicates the preservation of PECB and PEI areas considered non-polluted. The lichens collected in the PEI presented, in general, lower concentrations of the elements than those from the metropolitan region of São Paulo in regards to those elements related to anthropogenic actions. The distribution maps of element concentrations allowed identification of sites in the metropolitan region that present higher elemental concentrations. Furthermore the distribution maps also showed that the pollution in the metropolitan region presents different profiles due to many sources and different pollutant emissions. The probable sources of elements determined in lichens from the metropolitan region are industrial, vehicular and soil. Results obtained indicate that the C. texana species can be used as a passive biomonitor of element pollution in the Sao Paulo metropolitan area. This species is abundant in both polluted and non-polluted areas and thus allows to distinguish regions with distinct levels of pollution.