o Fósforo e a Vida

porRoberto Mattioli Silva (a)

Há quatro bilhões de anos atrás, a terra começou a esfriar ate atingir um estágio em que amaior parte dos vapores se condensaram, originando líquidos e dando início a um processo desolidificação. Neste estágio, considerável segregação dos materiais deve ter ocorrido sob a açãodas forças gravitacionais e potenciais químicos. Desde então existe um largo excesso de metaisem relação aos não-metais, uma vez que as condições do planeta eram redutoras. Era como sefosse uma gigantesca operação metalúrgica de fusão: um globo de material incandescente dequase 13 mil km de diâmetro, onde o excesso de metal migrou para o centro, ficando recobertopor uma camada de sulfetos pesados e uma outra camada externa de óxidos leves (escória). Umresfriamento adicional dessa camada de escória provocou a formação de uma crosta contínua, aoredor do globo terrestre. Essa camada tem agora 50 km de espessura. O núcleo metálico doplaneta (siderosfera) tem cerca de 7.000 km de diâmetro, sendo circundado primeiramente poruma camada rica em sulfetos de 1.500 km de espessura (calcosfera) e por uma outra camada de1.400 km de espessura de óxidos (litosfera). Essas duas últimas camadas são chamadas de manto.Assim, o planeta está subdividido em crosta, manto e núcleo. A crosta flutua no manto, deconsistência plástica.

Quimicamente, a partição dos elementos por estas três camadas foi determinada pelaspropriedades termodinâmicas dos compostos formados sob os efeitos combinados das altastemperaturas e pressões que prevaleceram naqueles ambientes. O núcleo terrestre ficouconstituído principalmente por ferro e níquel. Na camada de sulfetos estão presentes o ferro, osmetais básicos - zinco, cobre, chumbo, mercúrio, prata, entre outros -, além do selênio e telúrio,que acompanham o enxofre. Na camada de óxidos estão contidos, preferencialmente, aqueleselementos que têm afinidade com o oxigênio, como: silício, alumínio, titânio, os metais alcalinos,alcalinos-terrosos e ainda notáveis quantidades de ferro. Felizmente, a separação dos elementosentre as camadas não é completa e, mesmo nas condições de equilíbrio, é de se esperar a presençados mesmos na crosta terrestre, ainda que em pequena quantidade.

Apenas oito elementos - oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio emagnésio - perfazem 98,5 % de todo o material presente na crosta terrestre. Somente cincoelementos mais - carbono, hidrogênio, manganês, fósforo e titânio são abundantes na proporçãoentre 0,1 a 1%. Esses treze elementos representam cerca de 99,5% da crosta terrestre. O fósforoestá presente na proporção de 0,12%. Forma uma grande variedade de compostos em combinaçãocom diversos elementos, originado ao redor de 150 minerais; dentre eles, um em especial, que é omais utilizado pelo homem na atualidade: a fluorapatita - CalO(P04)6.F2.

A atmosfera primitiva da terra era composta de gases simples como hidrogênio (H2),metano (C~), amônia (NH3) e vapor d'água (H20). Apresentava também condições de energia(calor, eletricidade, luz e radiações) que, provavelmente, levaram à formação de compostosorgânicos, como aminoácidos e carboidratos (açúcares).

(a) Engenheiro Químico, Consultor de Empresas.Tecplan Consultoria e Planejamento Ltda.

À medida que essas moléculas orgânicas se acumulavam nos oceanos durante milhões deanos, reações químicas se processavam originando moléculas mais complexas. Duas moléculasde aminoácidos podem combinar-se para formar uma única molécula. Uma molécula de proteínapode conter de 100 a 3.000 aminoácidos. Nos seres vivos há, somente, cerca de 20 aminoácidos.A glicose é um dos carboidratos mais simples e pode ser combinada para formar moléculas muitomaiores como o amido.

Todas as formas de organização se fazem às custas de energia. Os conjuntos demoléculas, para se organizarem, necessitavam de energia constante e controlável. A energiacontida nas ligações químicas das moléculas orgânicas representavam um imenso estoque deenergia química, mas ainda de difícil utilização, em razão da intensidade das ligações químicasenvolvidas. Naquele estágio do processo evolutivo, na presença de fosfatos dissolvidos nosoceanos, provenientes do intemperismo da crosta terrestre, desenvolve-se na natureza um novomecanismo de utilização da energia química armazenada nas moléculas: a adição de gruposfosfóricos - H3P04 - a uma molécula de glicose torna mais fácil a quebra das suas ligações e autilização da energia nelas contidas. A adição de fosfato à glicose requer energia e uma dasimportantes etapas na origem da vida foi o desenvolvimento de um agente que pudesse fornece-Ia: a molécula de ATP - trifosfato de adenosina - formada de carbono, nitrogênio, hidrogênio,oxigênio e fósforo. O ATP contém três grupos fosfóricos e a ligação fosfato-fosfato armazenamuita energia, sendo facilmente rompida para formar ADP - difosfato de adenosina e ácidofosfórico -, liberando 7.500 cal/moI. O ADP pode combinar-se novamente com o ácido fosfórico,formando-se ATP e armazenando novamente 7.500 cal/moI. Estava criada a "casa de força" danatureza!

A evolução dos conjuntos organizados de moléculas, suportados pelo uso da energiacontida nas ligações químicas e poupados pela seleção natural, resultou nos primeiros organismosvivos. A natureza estava preparada para mais um importante passo: a criação das moléculasmestras, moléculas "inteligentes". As maiores e mais impressionantes moléculas encontradas nosseres vivos são os ácidos nucléicos - DNA ( ácido desoxirribonuc1éico) e RNA (ácidoribonuc1éico) -, que controlam os processos vitais básicos. Essas moléculas consistem de cadeiasnas quais grupos de açúcar estão ligados por meio de uma molécula de ácido fosfórico, de formaalternada. Ligando todas as unidades de açúcar está um terceiro componente: um gruponitrogenado. É a sequencia de grupos nitrogenados nas longas cadeias de açúcar-fosfato quedetermina as propriedades biológicas da molécula. Os ácidos nuc1éicos contêm, em sua estrutura,mensagens em código, que são instruções específicas para o controle das atividades celulares.Podem duplicar-se e as instruções biológicas, contidas na sua estrutura química, são transmitidasàs células recém-formadas. A natureza havia encontrado uma forma de armazenar e propagarinformações] O fósforo, novamente, havia viabilizado mais um passo crucial no processoevolutivo da vida no planeta!

No homem, cerca de 67% do seu peso corporal é representado pela água, sendo que 60%estão localizadas no interior das células: reminiscências de um passado aquoso!. Um homemadulto tem cerca de 770 g de fósforo (P) no seu corpo (~1,76 kg de PZ05). Cerca de 80 % dofósforo do organismo estão presentes nos ossos e dentes, associados ao cálcio. Os outros 20%estão nos fluidos orgânicos e em cada célula do corpo, estando vitalmente ligados ao seumetabolismo e função. Aproximadamente 9% encontram-se nos músculos e 1% no sistemanervoso. Considerando uma eliminação de 800 mg de P/dia, aproximadamente, o ser humano

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metaboliza cerca de 50 kg de P20S ao longo de sua vida. No Brasil, com sua população de 180milhões de habitantes, são metabolizados cerca de 75.000 t/ano de P20S pela população.

Os cinco elementos "vitais" foram descobertos na seguinte ordem:• carbono: conhecido desde a antiguidade;• fósforo: 1669, por Hennig Brandt (Hamburgo, Alemanha);• hidrogênio: 1766, por H. Cavendish;• nitrogênio: 1772, por D. Rutherford;• oxigênio: 1774, por J. Priestley e C. Scheele

A descoberta do fósforo elementar ocorreu numa época em que a alquimia já haviaultrapassado o seu apogeu, mas a crença na "pedra filosofal" ainda estava viva. Destilando urinae calcinando o seu resíduo com areia e carvão, Brandt obteve uma substância que apresentavaluminescência no escuro e queimava quando exposta ao ar. O alquimista acreditou que haviaisolado o "fogo elementar", guardou seu segredo e continuou seus trabalhos, tentandotransformar metais em ouro. Entretanto, seus esforços foram em vão e Brandt decidiu colocar àvenda a substância que havia descoberto, sem revelar o método de sua obtenção. A substânciarecebeu a denominação de "phosphorus", que significa "portador de luz".

À descoberta do fósforo elementar seguiu-se rapidamente a caracterização do produto de suacombustão: o pentóxido de fósforo - P20S. Em 1694 Boyle preparou ácido fosfórico, dissolvendoo pentóxido de fósforo em água. Em 1769, Scheele e Gahn, cientistas suecos, reconheceram queo fósforo era um constituinte dos ossos e dentes. Existem indicações de testes realizados naIrlanda com ossos tratados com ácido antes de 1810, por James Murray, considerado o pioneirona comercialização de superfosfatos. Em 1840, Justus von Líebíg demonstra que ossos tratadoscom ácido são eficazes fornecedores de fósforo para a plantas. Desde essa época então, aindústria de fertilizantes fosfatados não parou de evoluir e crescer em todo o mundo, passando autilizar concentrados fosfáticos de origem mineral, mais abundantes, contribuindo para oaumento da produtividade agrícola e minorando os efeitos da fome.

O fósforo é um elemento vital, sem o qual a vida não poderia existir na face da terra. Desdeos tempos imemoriais caminha sempre das rochas para o mar. Segue de forma inexorável a sua"alquimia", passando do reino mineral ao vegetal e deste para o reino animal viabilizando a vidae a evolução do planeta, transformando o inerte em vida, em "ouro vivo".

Na visão de Isaac Asimov:

"Nós podemos substituir carvão por energia nuclear, madeira por plásticos, carnepor levedura e solidão por amizade, mas o fósforo não pode ser substituído nemrenovado"

.../RMS217/03

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