Monografia - Departamento de Química

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Monize Feijó Torres
A QUÍMICA MEDICINAL NO CONTEXTO DO ENSINO SUPERIOR: PROPOSTA
DE INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE
COORDENAÇÃO NA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR
VIÇOSA - MINAS GERAIS
2015
Monize Feijó Torres
A QUÍMICA MEDICINAL NO CONTEXTO DO ENSINO SUPERIOR: PROPOSTA
DE INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE
COORDENAÇÃO NA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR
Monografia, apresentada ao Curso de
Licenciatura
em
Química
da
Universidade Federal de Viçosa como
requisito para obtenção do título de
licenciatura em Química.
Orientadora: Daniele Cristiane Menezes
VIÇOSA - MINAS GERAIS
2015
A QUÍMICA MEDICINAL NO CONTEXTO DO ENSINO SUPERIOR: PROPOSTA
DE INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE
COORDENAÇÃO NA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR
Monografia, apresentada ao Curso de
Licenciatura
em
Química
da
Universidade Federal de Viçosa como
requisito para obtenção do título de
licenciatura em Química.
Orientadora: Daniele Cristiane Menezes
APROVADA: 02/07/2015.
____________________________
Profo Vinicius Catão de Assis Souza
Presidente da Banca
______________________________
Profa Daniele Cristiane Menezes
Orientadora
__________________________
_____________________________
Profa Flávia Russo Silva Paiva
Profo Angel Amado Recio Despaigne
Membro da Banca
Membro da Banca
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, pois sem ele esse sonho não se concretizaria.
À minha família, Mãe e meus irmãos Brener e Thales que sempre estiveram
ao meu lado em todos os momentos dessa graduação.
Em especial ao meu pai, Carlos Geraldo Torres (in memorian) e minha Vó,
Dalva, que sempre estiveram e estarão do meu lado e sempre me ajudaram dando
apoio, força e bons exemplos para alcançar os meus objetivos.
À minha querida Orientadora Dani, minha segunda mãe, pelo carinho,
amizade,
dedicação,
compreensão,
incentivo
e
principalmente
apoio
e
ensinamentos, muito obrigada por tudo!
Aos meus amigos, todos, essenciais na minha vida, os quais sempre
participaram de todas as minhas lutas, tristezas, alegrias e conquistas.
Aos meus amigos do LACOBIO/LAQUIM e do departamento de Química por
tudo, apoio, carinho e amizade nessa jornada que parecia não ter fim.
Às minhas queridas amigas irmãs e queridos amigos, Fernanda, Polly,
Pâmela, Simone, Thamy, Jilma, Ane, Pat, Cleidi, Bárbara, Mari, Deza, Vivian,
Rayane Jean, Wagner, Thomaz, Will, Mairon, Kevin, Márcio e Edmundo por todo
apoio que me deram sempre quando eu mais precisei da presença de vocês.
Aos professores Flávia e Angel por aceitarem participar da minha defesa de
monografia contribuindo significativamente para o meu trabalho e pela grande
amizade.
À todos os professores e amigos que torceram por mim, e me ajudaram nessa
árdua caminhada de graduação em especial ao Emílio, Edilton, Hallan, Vinícius
Catão, Róbson e Patrícia.
Obrigada pelo carinho e amizade!
“Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as
grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível.”
Charles Chaplin
SUMÁRIO
1 Introdução………………………………………………………………........……....1
2 Objetivos……………………………………………………………………........…...3
2.1 Objetivos Gerais…………...............…………………………….......………...3
2.2 Objetivos Específicos……………................................................................4
3 Revisão de Literatura…………………………………………………........…….....4
3.1 Abordagens interdisciplinares no ensino superior de Química...................4
3.2 A Química Inorgânica Medicinal e derivados de vanádio............................7
3.3 Inibição Enzimática....................................................................................14
4 Metodologia.....................................................................................................15
4.1 Criação dos roteiros de aula prática..........................................................16
5 Resultados e Discussões................................................................................19
5.1 Ensaio biológico e enzimático...................................................................19
5.2 Questionários............................................................................................22
5.3 Vantagens da utilização do material didático proposto.............................26
6 Considerações Finais......................................................................................28
7 Referências Bibliográficas...............................................................................30
8 Anexos.............................................................................................................36
RESUMO
O
presente trabalho de pesquisa compreende a elaboração de roteiros
experimentais como forma de contextualização e interdisciplinaridade no contexto do
Ensino Superior em aulas práticas de Química Inorgânica. A proposta experimental
consiste em três roteiros que tratam da preparação e avaliação das atividades
antibacteriana e de inibição enzimática de complexos baseados em vanádio(IV),
bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2], onde acac é acetilacetonato e o
bis(dietilditiocarbamato)oxovanadio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2].
Introduzida
aproximadamente há 40 anos no Brasil, abordagens interdisciplinares são
consideradas essenciais no ensino superior, pois verifica-se que as dificuldades dos
alunos em assimilar os conteúdos de química (LIMA, et al., 2000) é o reflexo de um
ensino caracterizado pela falta de contextualização dos conhecimentos abordados
nas disciplinas, além disso a interdisciplinaridade é pouco explorada como
instrumento prático para fins acadêmicos no ensino superior. Na literatura, há relatos
em que o uso da contextualização e interdisciplinaridade favorece uma boa
aprendizagem, uma vez que proporciona maior curiosidade do aluno, interesse pelo
conteúdo possibilitando desenvolver mais o raciocínio e entendimento de conceitos
teóricos, como por exemplo, relacionar o conteúdo teórico com a prática cotidiana
(DENCKER, 2002). Dessa forma, neste trabalho propõe-se demostrar as vantagens
da abordagem interdisciplinar no ensino de química usando a temática da Química
Medicinal exibida por compostos de coordenação com foco em atividade biológica.
São propostos três roteiros para aulas práticas da disciplina Química Inorgânica II da
Universidade Federal de Viçosa com conceitos relacionados à Química Inorgânica
Medicinal como fonte motivacional para a realização de atividades experimentais. De
maneira adicional, foram analisadas as concepções prévias dos estudantes
matriculados na disciplina em questão com a aplicação de um questionário visando
conhecer quais suas perspectivas a cerca das práticas e quais aspectos podem ser
melhorados para auxiliar no processo de ensino-aprendizagem do conteúdo de
Química Inorgânica. Os dados foram coletados na Universidade Federal de Viçosa,
Minas Gerais.
1 INTRODUÇÃO
A Química é uma Ciência que aborda vários campos de pesquisa, sendo a
Química Inorgânica um ramo importante desta que estuda os compostos de
coordenação baseados em metais de transição e representativos. A Química
Inorgânica Medicinal estuda as funções, metabolismo e aplicações de íons
inorgânicos e seus complexos em sistemas biológicos correlacionando a atividade
biológica apresentada por um sistema inorgânico com suas características
estruturais e eletrônicas (BENITE et al., 2007).
Uma substância classificada como composto de coordenação possui pelo
menos uma entidade de coordenação chamada complexo. A International Union of
Pure and Applied Chemistry (IUPAC) define como complexos espécies químicas
formadas por um átomo central, frequentemente um metal, que se liga a um
conjunto de outros átomos ou grupos de átomos, os quais são chamados de ligantes
(OLIVEIRA et al.,2010), como mostrado na figura 1.
Figura 1: Representação do complexo Hexacarbonilcromo(0).
Fonte: Disponível em: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C13007926&Mask=8
Acesso em 15 de Maio de 2015.
Vários desses compostos possuem importância industrial e biológica, dentre
elas o uso de fármacos para tratamento de doenças, por exemplo, o complexo
cisdiaminodicloroplatina(II), cis-[Pt(NH3)2Cl2], fármaco conhecido em termos médicos
como cisplatina (FONTES et al., 2005), é indicado e eficaz no tratamento de tumores
localizados no testículo e ovários (AHMAD et al., 2006). Além da cisplatina, outros
1
três fármacos antitumorais à base de platina(II) contendo ligantes carboxilatos são
frequentemente usados como agentes terapêuticos no tratamento do câncer.
Alguns metais e compostos de coordenação são essenciais para muitas
funções metabólicas. Nos seres humanos, por exemplo, a hemoglobina presente
nos glóbulos vermelhos contém um complexo de ferro-porfirina, o qual é usado para
o transporte de oxigênio no corpo (GARNER, 1997). Metais como cobre, zinco, ferro
e manganês também facilitam muitas reações químicas necessárias para a vida
quando são incorporados, por exemplo, em proteínas catalíticas (GARNER, 1997).
Outro importante aspecto da Química Inorgânica se refere à diversidade de
fármacos baseados em metais. Neste contexto, torna-se importante destacar
antitumorais à base de platina, complexos de ouro(I) usados no tratamento da artrite
(SCOTT,
2001),
complexos
de
ferro
usados
como
anti-hipertensivos,
e
principalmente compostos de bismuto como importantes componentes de fármacos
estomacais que atuam contra a ação da bactéria Helicobacter pylori.
Compostos de coordenação possuem inúmeras aplicações. Na indústria, por
exemplo, é significativa atenção à síntese de compostos metálicos que atuam como
catalisadores, por exemplo, complexos de cobalto (II), ferro (II) e vanádio têm sido
utilizados como catalisadores na polimerização de etileno e propileno (GUPTA;
SUTAR, 2008). Dessa forma diante dos pontos de vista biológico e tecnológico, os
metais e os compostos de coordenação apresentam vasta aplicação sendo
essenciais para diversas funções metabólicas em animais e vegetais. Porém podese considerar que os estudantes do curso de Química da Universidade Federal de
Viçosa (UFV) têm pouco contato com estes conhecimentos.
Na UFV são oferecidas duas disciplinas obrigatórias no campo da Química
Inorgânica, (Química Inorgânica I e Química Inorgânica II), e de acordo com as suas
ementas oferecem a abordagem de tópicos como estrutura e reatividade dos
compostos de coordenação, não dando prioridade à importância e aplicação desses
compostos. Tais conhecimentos podem ser vistos apenas em matérias optativas do
curso, como nas disciplinas de caráter biológico oferecidas pelo Departamento de
Microbiologia da UFV e na disciplina de Química Inorgânica III, onde são abordadas
introduções às Químicas Bioinorgânica e Organometálica.
Dessa
forma,
é
fundamental
que
o
aluno
não
apenas
acumule
conhecimentos, é preciso integrar e associar os saberes adquiridos que, muitas
2
vezes, são abordados nas disciplinas, e, de tal modo a poder relacionar esses
conteúdos que tradicionalmente são tratados separadamente, possibilitando uma
melhoria dinâmica na aprendizagem dos alunos de maneira interdisciplinar e
contextualizada.
Assim, os temas dos roteiros experimentais propostos são formas de
combinar assuntos associados a disciplinas distintas. A abordagem proposta oferece
a possibilidade dos alunos conhecerem uma das grandes áreas científicas de
atuação da Química Inorgânica, a Bioinorgânica, através do entendimento de como
se dá a busca por fármacos baseados em metais que sejam eficazes,
economicamente viáveis e seletivos associados ao metabolismo; estudo das
aplicações de íons inorgânicos e seus complexos em sistemas biológicos, etc.
Ao trazer este tema para a sala de aula prática do curso de Química
Inorgânica, o professor permite estabelecer uma ponte para sair do ensino
tradicional. Verifica-se também que um dos objetivos da Bioinorgânica é justamente
conferir caráter interdisciplinar, pois engloba o conhecimento de disciplinas de várias
áreas, como a Farmacologia, Biologia Molecular, Biologia Celular, Ecologia Química,
Química Ambiental e Microbiologia, que favorece um ensino diferente do tradicional.
Como proposta desta monografia tem-se a utilização do tema “A Química
Medicinal no contexto do ensino superior: “Proposta de investigação da atividade
biológica de compostos de coordenação na perspectiva Interdisciplinar” para a
reformulação e preparação de roteiros experimentais a serem utilizados em aulas
práticas no ensino superior para alunos do curso de Química da Universidade
Federal de Viçosa.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivos Gerais
Identificar se o conteúdo da disciplina de Química Inorgânica da parte prática
são abordados de forma interdisciplinar e verificar se existe relação entre a teoria e
prática.
3
2.2 Objetivos específicos
(Re)formulação e elaboração de roteiros experimentais para aula prática de
Química
Inorgânica,
envolvendo
a
investigação
da
atividade
biológica
(antibacteriana e de inibição enzimática) exibida por complexos de vanádio(IV).
Nestes roteiros são abordados conteúdos sobre síntese dos compostos de
coordenação, atividades biológicas, bem como aspectos interdisciplinares essenciais
na química inorgânica medicinal.
3 Revisão de Literatura
3.1 Abordagens interdisciplinares no ensino superior de química
No ensino superior, muitos
estudantes
apresentam dificuldades
em
compreender e utilizar corretamente os conhecimentos da ciência Química. Esse
problema pode ser entendido, pois na maioria dos casos os alunos não conseguem
relacionar os conteúdos com a prática cotidiana. Além disso, os currículos
tradicionais enfatizam aspectos muito conceituais da Química, não abrangendo
contextos sociais, históricos e tecnológicos (BONENBERGER, et al.) Pode-se
verificar também que alguns dos conceitos abordados em Química são de difícil
entendimento pelos alunos, pois são muito abstratos e a quantidade de conteúdo a
ser transmitido é extensa com pouco tempo para compreensão de maneira
significativa. Alguns autores afirmam que existe necessidade de relacionar os
conteúdos a serem ensinados à realidade do aluno como forma de evitar o alto
índice de rejeição da Química pelo estudante (LIMA, 2000) o que dificulta o processo
de aprendizagem destes muitas vezes causado pela não contextualização do
conteúdo a ser ministrado.
Assim, de modo a favorecer o processo de ensino e aprendizagem no curso
de Química, ressalta-se a importância da criação de roteiros de aula prática com
abordagem interdisciplinar com o objetivo de diminuir a fragmentação dos
conhecimentos e aliar teoria/ prática e aplicações dos conteúdos abordados na
disciplina de inorgânica.
A interdisciplinaridade surgiu nos anos de 1970 e no Brasil foi abordada no
final da década de 60 indicando a necessidade de uma (re)organização da escola e
4
seu currículo (FAZENDA, 1994) e como resposta às necessidades de integrar o
conhecimento a realidade. Muitas vezes ela era associada ao modismo ou à
realização de projetos, na área da educação, aparentemente ou pseudointerdisciplinares. Além disso, nasceu da hipótese da possibilidade de superar os
problemas decorrentes da excessiva especialização, contribuindo para vincular
conhecimento à prática (DENCKER, 2002).
A Ciência Química abordada no ensino superior demanda de uma boa
compreensão dos alunos devido a grande subjetividade de muitos conceitos teóricos
presentes nos conteúdos além do caráter abstrato. Nesse contexto é papel do
professor mediar a construção desse conhecimento a fim de suprir dificuldades de
possam surgir na aprendizagem. A interdisciplinaridade pode ser vista como uma
alternativa para superar dificuldade no processo de ensino-aprendizagem.
Carvalho Define interdisciplinaridade como (...) uma maneira de organizar e
produzir conhecimento, buscando integrar as diferentes dimensões dos fenômenos
estudados de modo a superar uma visão especializada e fragmentada do
conhecimento em direção à compreensão, pode ser vista como postura diante do
conhecer (CARVALHO,1998). Além disso, consiste muito mais do que a simples
integração/relação entre as disciplinas e a conexão de conteúdo, pois envolve a
interação professor-aluno, aluno-aluno e escola-família, dando significados os
conteúdos da realidade diante da relação estabelecida entre teoria e prática, pois
pode-se considerar que todo conhecimento mantém um diálogo com outros
conhecimentos(IVANI, 2008).
A contextualização é uma postura consequente de uma ação interdisciplinar.
Um trabalho contextualizado parte do conhecimento dos alunos para desenvolver
competências para ampliar o saber inicial. Essa ação pode auxiliar na superação
das dificuldades de aprendizagem e dissociação do conhecimento produzido e
ajudar na construção do novo conhecimento, condição para melhorar qualidade do
ensino superior (PIETROCOLA, 2003).
Assim, ressalta-se que é interessante esse ponto de vista para a universidade
de modo a melhorar também a prática docente. Porém, o que se observa hoje é que
as universidades estão vinculadas à profissionalização, priorizando a formação para
o mercado de trabalho, visando os conteúdos e a informação, em detrimento da
formação do estudante, implicando de certa forma num ensino superior, cuja falta de
5
contato do conhecimento para com a realidade é característica significativa. Dessa
forma o professor pode e deve mudar sua prática docente quando julgar que o
currículo não possibilita o uso da interdisciplinaridade para melhoria do seu
planejamento de aula (FAVARÃO; ARAÚJO, 2004).
Assim a interdisciplinaridade e a contextualização devem ser sempre
adotadas, estimulando e motivando o aluno a construir o conhecimento. De forma
que a abordagem pode auxiliar na não fragmentação e orientar a produção do novo
conhecimento, constituindo uma condição necessária que pode melhorar a
qualidade do ensino superior (FAVARÃO; ARAÚJO, 2004).
Uma possível integração entre os conteúdos de química e biologia, por
exemplo, é fundamental para a melhoria da qualidade da educação oferecida e
contribui para a compreensão de alguns conteúdos específicos pelos estudantes.
Essa experiência vem sendo realizada com sucesso em trabalhos acadêmicos e
alguns resultados positivos foram alcançados como mostram resumos de alguns
trabalhos apresentados no XIV Encontro Nacional de Ensino de Química.
Por
exemplo, o trabalho intitulado “A bananiculcultura como abordagem temática para o
ensino de Química no ensino médio” (RIBEIRO, A.; RIBEIRO, K., 2008), explicou
sobre o cultivo da banana, mostrando que é possível associar conceitos químicos e
outras áreas do conhecimento científico a processos ligados a essa cultura.
Segundo o autor do trabalho, os alunos se sentiram envolvidos nas discussões,
mostrando interesse e curiosidade, além de disposição em aprender e entender o
que ocorre no dia a dia.
Há relatos na literatura que muitos outros trabalhos têm sido descritos
apresentando a utilização de diversas abordagens temáticas interdisciplinares no
ensino de Química. Pode-se destacar algumas edições da Reunião Anual da
Sociedade Brasileira de Química as quais abordaram algumas temáticas como a
Fisiologia da pressão arterial (PINTO, 2009) e os alimentos e o processo de digestão
(MANHÃES, et al.,2009). De acordo com os autores destes trabalhos, houve grande
participação dos alunos na realização das atividades e ao final do estudo verificouse uma evolução conceitual dos estudantes em relação ao conteúdo sobre
velocidade das reações químicas.
Estes trabalhos citados tinham como público alvo estudantes do ensino
médio, entretanto, na literatura há pouca utilização de abordagens interdisciplinares
6
no ensino superior, porém destacam-se alguns trabalhos como interessantes formas
de melhorar a qualidade da aprendizagem dos alunos:
- O 49º Congresso Brasileiro de Química, cujo tema foi “Estudo fitoquímico
da planta Dioscorea altissima” utilizado em um mini-curso para discentes em
formação inicial dos cursos de graduação em Licenciatura Plena em Ciências
Naturais (PINHEIRO, et al., 2009). Através de questionários aplicados durante o
mini-curso, a maioria dos alunos disseram que o método de ensino foi “atrativo” além
da abordagem interdisciplinar, o tema foi muito bem explorado e influenciou de modo
positivo na aprendizagem de conceitos químicos e na relação da química com o
cotidiano dos alunos.
- A 31ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química apresentou um
trabalho com o tema “Biodiesel”, foi utilizado em um mini-curso para alunos da
graduação em Licenciatura em Ciências Naturais e Pedagogia da Universidade do
Estado do Pará (UEPA), onde foram realizados estudos químicos e sócio-ambientais
da cadeia produtiva do biodiesel. Sob aplicação de questionários, como forma de
avaliação, o trabalho mostrou que a abordagem utilizada também favoreceu um
grande interesse pelos alunos devido à relação estabelecida entre conteúdorealidade (RIBEIRO, et al., 2008).
3.2 A Química Inorgânica Medicinal e derivados de vanádio
A Química Inorgânica Medicinal abrange as áreas de Química Orgânica e
Inorgânica, Farmacologia e Bioquímica. Dessa forma, contribuições da Química
Inorgânica à Química Medicinal aumentam cada vez mais, uma vez que todas essas
áreas contribuem para o desenvolvimento de novos fármacos e ampliação dos
compostos terapêuticos (BERALDO, 2005).
A Química Inorgânica Medicinal originou-se nos trabalhos de Paul Ehrlich,
fundador da quimioterapia, e Alfred Werner, pai da química de coordenação,
cientistas que ganharam prêmio Nobel em 1908 e 1913, respectivamente.
Inicialmente a Química Medicinal dedicava-se principalmente ao estudo de
compostos orgânicos e produtos naturais. Em 1965, Barnett Rosemberg descobriu
das propriedades antitumorais do cis[(diaminodicloro)platina(II)], cis- [Pt(NH3)2Cl2], o
chamado “cisplatina”. Após essa descoberta abriu-se uma nova visão, houve
surgimento de vários trabalhos dedicados a investigar o mecanismo de ação do
7
complexo “cisplatina” no organismo, contribuindo para talvez o maior sucesso da
Química Inorgânica Medicinal (BERALDO, 2005). Havia então o interesse sobre a
inclusão de complexos metálicos como possíveis agentes terapêuticos, aumentando
assim as aplicações da Química Inorgânica em Medicina, que continua a crescer
graças à busca por novos compostos que contribuam para avançar os
conhecimentos de participação da Química de Coordenação na Química Medicinal
(BERALDO, 2005).
Essa área da Química possui muitas aplicações, dentre elas, estudo de
agentes quelantes, interação de íons metálicos com biomoléculas, desenvolvimento
de radiofármacos e fármacos baseados em metais (ALMEIDA, 2010).
Além disso, no início do século XX deram-se os primeiros estudos em relação
à estrutura química e atividade biológica empregando-se elementos inorgânicos
como ouro, no tratamento da tuberculose, do antimônio para o tratamento de
leishmaniose e de compostos à base de arsênio para o tratamento da sífilis
(BERALDO, 2005).
O vanádio é o décimo nono elemento mais abundante da crosta terrestre e o
quinto elemento mais abundante dentre os de transição, sendo encontrado em
concentrações mais baixas (10-8M) em células animais e vegetais (BARBOSA,
2004).
O vanádio é o 23º elemento químico da tabela periódica, e sua configuração
eletrônica é [Ar] 4s2 3d3. Ele está presente no grupo 5, é um metal de transição, sua
massa atômica é 50,9u. Existem complexos nos quais os estados de oxidação do
vanádio vão desde 3- a 5+ (GUILHERME, 2007).
Sua aceitação como biometal ocorreu em 1977 com a descoberta de Cantley
e colaboradores de que o metal inibe enzimas in vitro, se tornando interessante para
a Bioinorgânica quando foi confirmada presença deste metal no sítio ativo de
determinadas enzimas, dentre elas as haloperoxidases, presentes em algas
marinhas e líquens e as nitrogenases, além da presença na bactéria fixadora de
nitrogênio Azobacter (BARBOSA,2004).
Segundo (GUILHERME, 2007), o vanádio tem sido estudado como modelo
funcional para as enzimas haloperoxidades porque está envolvido na catálise da
oxidação de haletos por peróxido de hidrogênio e provavelmente também está
envolvido na biossíntese de um grande número de compostos encontrados em seres
8
marinhos, muitos deles com potentes propriedades antifúngicas, antibactericidas ou
antivirais (contra o HIV).
Historicamente, o vanadato de sódio foi usado no tratamento da Diabetes
mellitus em 1899, antes da descoberta da insulina em 1921. Sais de vanádio foram
primeiramente relatados por Lyonnet e Martin, 22 anos antes da descoberta da
insulina por ter efeito antidiabético (GUILHERME, 2007).
Quando pacientes
diabéticos eram tratados com vanadato de sódio eles observaram uma menor
excreção de glicose na urina, sal que até então era recomendado nos casos de
patologias como má nutrição, anemia e tuberculose. Diante da descoberta da
insulina, o interesse no vanádio ressurgiu quase 100 anos mais tarde, quando
Heyliger e colaboradores demonstraram com experimentos in vivo que quando
compostos de vanádio eram administrados oralmente em ratos com Diabetes
induzida por injeções havia efeitos redutores nos níveis de glicose, (GUILHERME,
2007).
Então estudos da década de 1970, em relação aos complexos de vanádio,
mostraram que compostos à base deste metal são capazes de mimetizar in vitro a
maioria dos efeitos metabólicos da insulina (AHMAD et al., 2006), sendo
o
complexo bis(pirrolidino)oxovanádio(IV) ativo no tratamento de ratos diabéticos
(SAKURAI, 2002). Além disso, descobertas de que o vanádio apresenta atividade
antitumoral, tem motivado estudos de seus complexos com diferentes tipos de
ligantes (GUILHERME, 2007). Como exemplo, complexos de vanádio efetivamente
antitumorais têm sido investigados, dentre os quais os mais ativos são o
bis(ciclopentadienil)
cis
–
dicloro
vanádio(IV)
e
os
peroxovanadatos(V)
(GUILHERME, 2007).
A partir de então, alguns estudos tem sido explorados sobre a química do
vanádio, incluindo-se a síntese de novos compostos e seus efeitos biológicos. Um
dos aspectos interessantes e relevantes da espécie vanadato é sua similaridade
com o fosfato, conforme mostrado na Figura 2. Foi demonstrado que o vanadato
pode formar ligações de modo análogo ao fosfato, e esta pode ser a base para
muitos de seus efeitos biológicos. Substâncias análogas aos fosfatos podem
permear membranas plasmáticas e a parede intestinal com relativa facilidade,
diferentemente da insulina, que são absorvidas oralmente (GUILHERME, 2007).
9
A possível função biológica do vanádio ainda não é esclarecida, mas há
relatos de alguns experimentos apontando para a regulação nas enzimas
transportadoras de fosfato, na adenilato-ciclase e nas proteínas-quinases. Sabe-se
também que ele afeta o metabolismo do fosfato, devido à semelhança estrutural e
dentre suas funções biológicas, observou-se muitos efeitos terapêuticos importantes
como efeitos hormonais, cardiovasculares, anticarcinogênicos e o efeito de
mimetizar a insulina (GUILHERME, 2007).
Figura 2 - Semelhanças estruturais entre o fosfato e o vanadato.
(GUILHERME, 2007).
Para o entendimento da química do oxovanádio, a interação de vanádio em
sistemas biológicos vem se tornando o foco de vários estudos por muitos
pesquisadores e os efeitos bioquímicos e fisiológicos têm sido revisados desde
1997, uma vez que as reações biologicamente mais importantes ocorrem em
ambientes à base de água (como o plasma sangüíneo e o fluído intracelular), dessa
forma a química da solução aquosa do vanádio torna-se interessante. Nos seres
vivos, em condições fisiológicas (pH, solução aquosa aeróbica, temperatura
ambiente), os estados de oxidação que prevalecem são o 4+ e o 5+. O vanádio pode
interagir, em suas formas aniônica e catiônica, com diferentes biomoléculas e a
maioria das oxirreduções se passa entre o V(V) e o V(IV), com estes dois estados de
oxidação coexistindo em equilíbrio, ambos intra - e extra – celulares (GUILHERME,
2007).
Verifica-se portanto que o vanádio pode ser essencial para o homem devido à
atividade farmacológica de certos compostos desse elemento, sua forte atividade
insulinomimética e à busca de novas formas terapêuticas para melhorar quadros
diabéticos (BARAN, 2005). Há relatos na literatura que o estudo sobre a função
bioquímica do vanádio tem sido importante tópico da Química Bioinorgânica,
10
particularmente devido à presença deste elemento em pequenas quantidades em
alguns organismos e o seu envolvimento em processos enzimáticos (RAO, 1997).
Derivados
oxovanádio(IV)
com
semicarbazonas
e
tiossemicarbazonas
também se mostraram ativos contra alguns tipos de bactéria (MAURYA et al., 2006
apud PAVAN, 2009).
Além disso, complexos de vanádio(IV) com ligantes dietilditiocarbamato, têmse mostrado eficientes como agentes espermicidas e, estudos nesta área buscam
desenvolver uma nova classe de anticoncepcionais (D'CRUZ; UCKUN, 2001).
Complexos formados por vanádio e ligantes orgânicos também apresentam
muitas vezes baixa toxidez e são solúveis em meio aquoso. Como exemplo tem-se
também o complexo bis-(maltolato)oxovanádio(IV), BMOV (figura 3), fármaco
utilizado por via oral, com este propósito podendo ser até três vezes mais potente
que seu sucessor administrado por via intramuscular (KRATOCHWIL etal., 1996
citado por BENITE, 2007), utilizado como mimetizador da insulina (BARBOSA,
2004).
Figura 3: bis-(maltolato)oxovanádio(IV) - BMOV
Além do BMOV existem outros compostos de vanádio que estão sendo
estudados como potenciais mimetizadores da insulina (BARBOSA,2004), conforme
mostrado na figura 4 e suas vantagens e desvantagens na tabela 1 a seguir:
11
Figura 4: Possíveis compostos com potenciais mimetizadores de insulina
(BARBOSA,2004).
12
Tabela 1: Comparação do efeito de alguns complexos em testes in vivo de
mimetismo da glicose.
Composto
Resultado
BMOV
Abaixamento da taxa
de glicose (3X mais
Vantagens
Não tóxico
que VOSO4)
VOPA
64% de Abaixamento Ocorrência natural
da taxa de glicose
Vo(metf)2
Abaixamento da taxa
de glicose
Vo(etacac)2
35% de Abaixamento
da taxa de glicose
VCME
VP
Dores estomacais em
doses altas.
Não mantém a glicemia
do ligante
normal.
O ligante é usado
Não é solúvel em água e
como
pode causar problemas
hipoglicêmico
estomacais.
Melhora a
Não há relação entre
sensibilidade a
presença de vanádio e
insulina
abaixamento da glicose.
62% de Abaixamento
Disponibiliza
da taxa de glicose
aminoácido
Abaixamento da taxa
Prolonga glicemia
de glicose
normal
Taxa de glicose
Solúvel e estável
próximo ao normal
em água
VOSALEN
Desvantagens
Não é solúvel em água.
Não é solúvel em água.
Hipoglicemia.
Abaixamento da glicose
não é mantido.
Verifica-se também que na literatura há relatos de que o vanádio é um
potente inibidor de várias enzimas in vitro, tais como Na+, K+ ATPase, Ca2+ATPase e
várias proteínas tirosino-fosfatases (GUILHERME, 2007).
Por estas razões, estudos com complexos de vanádio apresentam diversas
aplicações, podendo ser usados de forma contextualizada na perspectiva
interdisciplinar.
13
3.3 Inibição Enzimática
Em 1926, James B. Sumner cristalizou a urease a partir de sementes de
Canavalia ensiformis (jackbean ou feijão-de-porco). Este trabalho teve importância
fundamental, pois pela primeira vez, foi demonstrado que enzimas são proteínas que
podem ser cristalizadas (SUMMER, 1926).
A urease é uma metaloenzima que dentre outras funções catalisa reações de
hidrólise fundamentais para a sobrevivência de certas bactérias, conforme a reação
mostrada no trabalho de krajewska & ciurli, 2005, adaptada e apresentada na figura
5.
Figura 5: Representação da Reação catalisada pela urease adaptada
(KRAJEWSKA & CIURLI, 2005).
Além disso, a urease é produzida pela bactéria Helicobacter pylori, um agente
microbiológico carcinogênico. Ela é necessária na catálise para a síntese de amônia
o que aumenta o pH no estômago humano, processo essencial para a ploriferação
da H. pylori (MENEZES et al, 2012).
A presença da urease em bactérias patogênicas, como Helicobacter pylori e
Staphylococcus Aureus, por exemplo, pode estar fortemente associada a
mecanismos biológicos de patologias diversas (MOBLEY et al., 1995). Na literatura
destacam-se algumas doenças como ulcera péptica, câncer gástrico e infecção
crônica (OLIVEIRA, 2010).
Diante dessas informações estudos de inibição da urease têm se tornado
uma importante área de pesquisa para indústria farmacêutica, pois esses levaram à
descoberta de muitos medicamentos úteis para muitos tipos de doenças.
Recentemente alguns inibidores de urease tem atraído atenção de muitas pesquisas
14
científicas, pois podem atuar como potenciais para novos fármacos (AMTUL et al,
2002).
Em humanos, o sistema urinário e digestivo são os locais mais comuns de
infecção por essas bactérias. O aumento do pH da urina pode causar várias
complicações em humanos, com a precipitação de sais solúveis na urina, causando
a formação de cálculos renais, incrustação de catéteres e pionefrite (MOBLEY et al.,
1995, BURNE & CHEN, 2000).
Sabe-se também que a colonização da mucosa gástrica pela Helicobacter
pylori é possibilitada pela ação de sua urease, que cria um micro-ambiente de pH
mais favorável à sobrevivência dessa bactéria patogênica, podendo causar gastrite e
câncer gástrico (OLIVEIRA et al., 2006).
Assim o estudo da atividade de inibição enzimática da urease corresponde a
um bom tema de caráter contextual e interdisciplinar que também pode ser utilizados
na proposta interdisciplinar.
4 METODOLOGIA
A organização e elaboração dos roteiros foram realizados da seguinte forma:
1. Explicação teórica sobre importância da contextualização no ensino de
química inorgânica.
2. Abordagem histórica - conceitual sobre a química inorgânica medicinal
com foco em atividade antibacteriana e enzimática (MENEZES et al,
2012).
3. Nesse o estudante fará a síntese do complexo II e os ensaios de atividade
biológica de ambos complexos (CATRINCK, 2010):
bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV),
(I)
[VO(acac)2],
onde
acac
é
acetilacetonato.
(II)
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2].
4. Foi realizada uma pesquisa com os alunos voluntários através de
questionários com objetivo de investigar a opinião dos mesmos sobre a
utilização de novos roteiros interdisciplinares e contextualizados para
auxiliar no processo de ensino-aprendizagem nas aulas práticas de
Química Inorgânica II.
15
4.1 Criação dos roteiros de aula prática
O material proposto tem como objetivo ser inicialmente destinado a
estudantes da disciplina Química Inorgânica II oferecida nos cursos de Química e
Licenciatura em Química da UFV.
Nestes roteiros propõe-se viabilizar os conhecimentos sobre os temas
Química de coordenação e Bioinorgânica de forma contextualizada e interdisciplinar
de modo que o processo de ensino-aprendizagem seja promissor.
Desta forma, foram previamente testados dois compostos de coordenação
cuja atividade biológica foi frente à bactéria patogênica Staphylococcus aureus
(ATCC25923) e enzimática frente à urease (Jack Bean Urease de procedência
Sigma-Aldrich): Sendo estes complexos o bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV),
[VO(acac)2] (I) e o complexo de vanádio(IV) com o ligante dietilditiocarbamato,
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2] (II) (CATRINCK, 2011;
MENEZES et al, 2012).
O primeiro roteiro consiste na síntese do complexo II de vanádio:
[VO{S2CN(C2H5)2}2]. O segundo roteiro baseia-se na investigação da atividade
antibacteriana de ambos os complexos de vanádio(IV) através do teste de difusão
em ágar. O terceiro roteiro implica na investigação da atividade de inibição
enzimática do complexo II [VO{S2CN(C2H5)2}2].
O teste de difusão (CATRINCK, 2011) em ágar é realizado dispensando
discos contendo antimicrobianos sobre a placa de ágar (meio de cultura necessário
ao crescimento do microorganismo) após a aplicação do inóculo bacteriano. Uma
placa de 150 mm pode conter até 12 discos de antimicrobianos, que são feitos de
papel-filtro impregnado com antimicrobianos em concentrações fixas e distribuídos
comercialmente, como mostrado na figura 6.
16
Figura 6: Teste de difusão em ágar
Fonte: Disponível em:
http://www.anvisa.gov.br/servicosaude/controle/rede_rm/cursos/boas_praticas/modulo5/inter
pretacao.htm
Acesso em 20 de Maio de 2015.
Este teste fornece resultados qualitativos e quantitativos acerca da atividade
antimicrobiana dos complexos sintetizados. Os diâmetros dos halos de inibição do
crescimento bacteriano ao redor de cada disco são mensurados em milímetros,
como mostrado na figura 7.
Figura 7: Resultados do teste de Difusão em ágar.
Fonte:http://www.anvisa.gov.br/servicosaude/controle/rede_rm/cursos/atm_racional/
modulo2/metodos5.htm
17
Estes são relacionados à sensibilidade da amostra bacteriana e à velocidade
de difusão do antimicrobiano no ágar. Desta maneira, as amostras bacterianas são
categorizadas em sensíveis, resistentes ou intermediárias.
Para sua realização preparou-se em fluxo laminar previamente esterilizado
uma suspensão (3x108 bact/mL ou UFC/mL), padrão 1 da escala Mc Farland) do
microorganismo a ser analisado, nesse caso Staphylococcus aureus (ATCC25923) e
todo material utilizado foi esterilizado em autoclave. Preparou-se uma solução 65 g/L
do meio de cultura semi-sólido Ágar Nutriente (Sabourad Dextrose Agar) e uma
solução 30g/L do meio líquido (Sabourad Broth).
Posteriormente, procedeu-se ao preparo do inóculo bacteriano, em que meio
líquido foi adicionado a tubos de ensaio com a bactéria por um período de 18 à 24
horas à uma temperatura de 37ºC e armazenamento em estufa apropriada para
crescimento. Foram preparadas também placas em duplicatas contendo 10 mL de
meio sólido e armazenadas em geladeira. As soluções dos complexos testados
foram preparadas na concentração de 250 mmol.L-1
Em seguida, pipetaram-se alíquotas de 10 µL das soluções dos complexos I e
II sobre discos de papel de filtro estéreis com 5 mm de diâmetro. Para comparação
com os complexos, foram preparadas placas com o controle positivo, o fármaco
Norfloxacino e outro disco com o controle negativo (solvente dimetilsufóxido). As
placas foram incubadas por 18 a 24 horas em estufa a 37°C e a avaliação da
atividade foi feita mediante a presença ou ausência de halo de inibição em torno dos
discos.
Dessa forma os alunos poderão avaliar o perfil antibacteriano in vitro exibido
pelos complexos de vanádio sintetizados através de ensaio biológico do teste de
difusão em ágar.
A partir do gráfico de monitoramento de absorção da enzima no
espectrofotômetro na região do UV-Visível obtido para o complexo será possível
verificar a atividade inibitória do composto de coordenação e a não desnaturação do
mesmo no decorrer do tempo.
O teste de inibição enzimática (MENEZES et al, 2012) para o complexo de
vanádio consiste no monitoramento ao longo do tempo, em intervalos de 5 minutos
durante 30 minutos, através do espectrofotômetro para a solução o complexo de
vanádio e urease em tampão PBS e a solução da urease. A solução da urease é
18
preparada em tampão fosfato salina, PBS (0,0095g de urease em 1mL de PBS e a
concentração da solução utilizada no experimento é de 3,305 X10-7 mol.L-1. A
solução do complexo de vanádio preparada inicialmente consiste em 0,018g do
complexo em 200µL de solvente dimetilsulfóxido (DMSO), retira-se uma alíquota de
2µL dessa solução e dilui-se para 500µL de DMSO, cuja concentração final é de
9,9X10-4 mol.L-1.
O experimento baseia-se no monitoramento durante 30 minutos da solução
(3mL de PBS, 10 µL de solução de urease e 2µL da solução do complexo de
vanádio) no comprimento de onda máximo de absorção para urease que de acordo
com a literatura é de 280 nanômetros (nm).
O gráfico da curva cinética é obtido através do programa gráfico Origin, Após
o experimento cinético, o gráfico é plotado em função da absorbância versus o
tempo (em minutos), no comprimento de onda de 280 nm.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 Ensaio Biológico e enzimático
O teste de difusão em ágar foi realizado para os dois compostos, além dos
controles positivo (antibiótico Norfloxacino) e negativo (solvente dimetilsulfóxido),
sendo as placas realizadas em duplicata para avaliar inicialmente se os compostos
apresentam atividade frente à bactéria patogênica Staphylococcus aureus
(ATCC25923). O solvente dimetilsufóxido não apresentou halo de inibição frente a
bactéria S. aureus como esperado. Ambos os compostos de vanádio se mostraram
ativos justificando então a possibilidade de elaboração dos testes biológicos para
esses compostos.
Na tabela 2 abaixo encontram-se os resultados do teste de difusão em ágar
para os complexos bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2] (I) e o complexo
de
vanádio(IV)
com
o
ligante
dietilditiocarbamato,
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2] (II).
Tabela 2: Halos de inibição (mm) para os compostos em estudo.
Complexos
Xmédio Y médio
Z
Média
Controle Positivo
Controle
médio
total
(Antibiótico)
negativo
35 ± 2,7
___
[VO(acac)2]
14,5
16,5
19,5
16,8 ± 2,5
[VO{S2CN(C2H5)2}2]
25,0
15,0
15,5
15,5 ± 5,6
19
*X, Y, Z correspondem à média de uma triplicata do teste de difusão em ágar.
Nota-se que ambos os complexos, bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV),
[VO(acac)2]
e
dietilditiocarbamato,
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2] se mostraram ativos frente à bactéria patogênica, cujos valores
dos halos de inibição observados foram próximos, porém comparado ao antibiótico
observa-se que estes compostos apresentam menor inibição.
Como resultados experimentais as figuras as seguir (8,9 e 10) mostram as
placas obtidas para o ensaio biológico, teste de difusão em ágar para ambos
compostos de vanádio:
Figura 8: Teste de difusão em ágar para os complexos de vanádio: (I)
dietilditiocarbamato, bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2]; (II) bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2].
20
Figura 9: Teste de difusão em ágar para o controle positivo (Norfloxacino)
para o complexo (II) bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2].
Figura 10: Teste de difusão em ágar para o controle negativo (DMSO)
para o complexo(II) bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2].
Para o teste de inibição enzimática foi obtida a curva cinética para o complexo
dietilditiocarbamato,
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
conforme a figura 11 a seguir.
21
[VO{S2CN(C2H5)2}2]
bis(dietilditiocarbamato)oxovanadio(IV)
ABS
0,088
0,080
0,072
0
20
40
60
Tempo(min)
Figura 11: Monitoramento da absorbância de urease a 280 nm após ação
do complexo de vanádio.
Observa-se que o complexo (I) apresenta atividade de inibição enzimática.
Verificou-se uma notável diminuição da concentração da urease ao longo do tempo,
com tempo reacional de aproximadamente 30 minutos, conforme mostrado na figura
11. Este fato evidencia a interação do complexo com a respectiva enzima o que
permite sua utilização no roteiro experimental proposto.
5.2 Questionários
Neste trabalho, buscou-se elaborar roteiros que abordassem novas
estratégias de ensino na disciplina prática de Inorgânica II (QUI320) de forma
contextualizada e interdisciplinar. Dessa forma os roteiros podem também ser
utilizados como forma de uma reformulação dos roteiros antigos para a disciplina
experimental.
Foram criados três roteiros experimentais com temáticas diferentes, os quais
mostram a importância da aplicabilidade do conteúdo de inorgânica de modo a
favorecer a aquisição de conhecimento pelos alunos, uma vez que são mais
interessantes e correspondem outros tipos de aplicação do conteúdo dentro do
contexto da Química Inorgânica Medicinal.
Para verificar as concepções e a opinião dos estudantes da disciplina foram
analisados vinte e quatro questionários contendo seis perguntas sobre a disciplina
22
inorgânica II na Universidade Federal de Viçosa. E como resultados de uma análise
qualitativa das respostas dos alunos pode-se observar que:
De acordo com a primeira pergunta: “Qual seu grau de interesse,
considerando uma escala de 0 a 10, pela parte prática da disciplina química
inorgânica II (QUI 320) na atual forma como é ministrada? explique”. Nota-se
que existe certo interesse pela parte prática da disciplina por parte dos alunos, pois
as notas dadas pelos alunos estão entre 4 e 6 na escala, porém para maioria dos
estudantes, as práticas são demoradas, a maioria delas repetitivas mesmo sendo
ministrada de forma dinâmica o que torna a disciplina cansativa, com pouca
demonstração das aplicações do conteúdo, como afirmam os estudantes:
“Em muitas práticas fazemos o mesmo experimento de semanas anteriores
com complexos diferentes, tornando as práticas cansativas”.
“As práticas de síntese são um pouco monótonas e em geral, não analisamos
o composto obtido para verificar se a prática ocorreu como esperado”.
“Há pouca aplicação do conteúdo abordado, só sabemos sintetizar complexos
diferentes”.
- Nas respostas da segunda pergunta: “Qual seu grau de interesse,
considerando uma escala de 0 a 10, pela PARTE TEÓRICA da disciplina
Química Inorgânica II (QUI 320)? Explique”. Observa-se maior interesse dos
alunos devido as notas dadas entre 8 a 10, pois a parte teórica é bem explicada e
alguns estudantes alegam mais interessante por apresentar conteúdos diferentes,
há estudo dos complexos e suas estruturas moleculares. Além disso, a disciplina
consiste em uma base fundamental para o curso de química segundo os estudantes.
Como pode ser observado claramente nas citações dos alunos:
“É bem explicado todo o conteúdo teórico e há muitos exemplos aplicáveis, é
mais interessante, pois são conteúdos diferentes”.
“A parte teórica da disciplina é base teórica para outras disciplinas do curso”.
Para analisar a relação entre a teoria e prática tem-se a terceira pergunta:
“Considerando uma escala de 0 a 10, em sua opinião há uma correlação entre
a atual apostila de práticas de Química Inorgânica II (QUI 320) e o conteúdo
teórico da disciplina? Explique”.
Para maioria dos alunos existe relação entre as partes da disciplina de
inorgânica, conforme observado pelas notas entre 5 a 9 da escala, porém elas não
23
seguem o mesmo cronograma. Algumas práticas estão avançadas e/ou atrasadas
com relação ao conteúdo teórico como afirmam alguns estudantes:
“Algumas práticas estão adiantadas em relação a matéria teórica outras
atrasadas, não contribuindo para o entendimento da prática”.
“Muitas práticas são repetitivas e boa parte da parte teórica não é abordada
na prática”.
Muitos alunos matriculados podem não entender e/ou não gostar do conteúdo
sobre a química de coordenação. Nesse contexto a quarta pergunta “O que você
entende por compostos de coordenação? Conhece alguma aplicação destes
compostos? Se sim, qual aplicação?”. Questiona-se justamente a concepção dos
alunos sobre compostos de coordenação e sua aplicação no âmbito da química.
Ao analisar as respostas, nota-se que para a maioria dos alunos há aquele
conceito enraizado de que compostos de coordenação são moléculas que
apresentam centro metálico, normalmente um metal de transição, com ligantes
coordenados a ele. Alguns alunos conhecem aplicações como catálise e
Bioinorgânica, porém a maioria exemplificou sobre o complexo da cisplatina,
utilizado como fármaco no tratamento de câncer, aplicação essa vista na parte
teórica da disciplina, conforme analisado nas respostas a seguir:
“Compostos de coordenação são complexos que apresentam um centro
metálico e ligantes se coordenam a esse centro metálico. Sim, conheço uma das
aplicações o complexo cisplatina, que é usado no tratamento de câncer de ovário”.
Muitos estudantes podem não concordar com o ensino contextualizado no
ensino da Química Inorgânica, diante dessa hipótese a quinta pergunta retrata sobre
importância das aplicações dos conteúdos específicos em Química: “Você
considera importante saber qual a aplicação no cotidiano de conteúdos
específicos em química? Justifique”.
Para todos os estudantes a resposta foi sim. Acreditam que o uso da
contextualização com foco em aplicações do conteúdo abordado atrai mais interesse
pelo conteúdo e tem fundamental importância para vivência no mercado de trabalho.
Para o graduando em química além do domínio do conteúdo teórico ao longo do
curso, o “saber” envolve aplicabilidade do que foi aprendido tornando a disciplina
mais compreensível e releva a importância de se aprender química. Tais respostas
dos estudantes são explicitadas a seguir:
24
“Sim. Motiva o aluno a conhecer mais sobre a área da Química e fornece a
base para entender outras disciplinas”.
“Sim, com toda certeza. Sinto que muitas disciplinas falham em não mostrar a
aplicação dos estudos da química no cotidiano”.
“É de suma importância. O ensino deve ser colocado no cotidiano do
estudante para facilitar, estimular/motivar o estudo e assimilação dessa ciência por
parte dos discentes”.
Para finalizar a sexta pergunta questiona sobre o uso da interdisciplinaridade
e contextualização na parte prática da disciplina de QUI320: “Você considera que
as aulas práticas da disciplina Química Inorgânica II (QUI 320) são
interdisciplinares e contextualizadas? Justifique”.
Alguns alunos acreditam que a parte prática da disciplina é contextualizada
devido à parte teórica. Muitos dos alunos acreditam que não é interdisciplinar, uma
vez que há pouca relação entre a parte teórica e prática e as práticas são voltadas
para sínteses de complexos, alegam:
“Não. Não tem relação com a parte teórica efetivamente. O contexto usado é
básico e só há relação com a Química e não com outras disciplinas como a biologia,
farmacologia”.
“As aulas práticas são contextualizadas com a aula teórica muitas vezes,
porém não são contextualizadas com relação ao uso/aplicação dos complexos
sintetizados. Não são interdisciplinares”.
“Não. As aulas práticas são restritas ao conteúdo da disciplina”.
Como era esperado, observa-se que a parte prática da disciplina de Química
Inorgânica
II
não
está
na
abordagem
interdisciplinar
e
não
apresenta
contextualização devido ao seu caráter meramente repetitivo e técnico e centrado
apenas no conteúdo específico como observações dos estudantes.
No Livro a interdisciplinaridade: Um livro em construção de Vitor trindade
destaca que os conhecimentos transmitidos de forma mecânica, fragmentada
interferem na criatividade e espontaneidade dos alunos. Na prática a abordagem
interdisciplinar de forma contextualizada é uma alternativa para o professor que além
de melhorar sua prática pedagógica irá auxiliar na construção do conhecimento pelo
estudante. Além disso, a prática da interdisciplinaridade motiva não somente o aluno
25
a aprender, mas também o próprio professor através da busca por ações, atitudes e
planejamentos que se adequem a realidade do cotidiano.
Trindade define essa atitude:
“A atitude que se articula com a prática interdisciplinar exige que o professor
esteja sempre avaliando seu trabalho, verificando se está adequado à realidade e se
leva aprendizagem significativa” (FAZENDA; TRINDADE, 2002).
Dessa forma é importante ressaltar que adotar a interdisciplinaridade pode
favorecer a comunicação dos saberes por meios da interação entre as disciplinas
como a Química Inorgânica e Química Inorgânica Medicinal com os conhecimentos
prévios do aluno fazendo uma aproximação do conteúdo teórico- prático com a sua
vivência, não visando somente conteúdos específicos da área, mas evidenciando
suas aplicações. Através da aplicação daquilo que é realizado no laboratório podese mostrar a contextualização e importância da teoria estudada.
5.3. Vantagens da utilização do material didático proposto
Diante dessas análises torna-se importante uma mudança e/ou reformulação
dos roteiros experimentais. Como enfatizado na revisão de literatura, abordagens
contextualizadas e interdisciplinares tem muito a contribuir para a formação e
aquisição do conhecimento ao discente, uma vez que além de tornar o ensino
atrativo e não somente repetitivo, facilita aprendizagem dos conteúdos devido à
relação teórico-prática poder ter relação com cotidiano vivenciado pelo aluno. A
Química é uma ciência ampla que abrange muitos conceitos que podem ser tratados
juntamente de outras áreas de conhecimento da química, como a Química aliada a
Química Inorgânica Medicinal, por exemplo.
Assim, novos roteiros podem ser formas de melhorar a prática docente, pois
podem se tornar um referencial teórico para o curso experimental. Propostas
contendo as principais informações que serão apresentadas em aula teórica podem
tornar os estudantes mais participativos, propiciando aulas mais dinâmicas e
produtivas, enfatizando algumas discussões interdisciplinares que aumentem os
conhecimentos dos alunos e do próprio docente. Assim a aula tende a ser mais
efetiva e favorece uma melhor aprendizagem do conteúdo “compostos de
coordenação”, uma vez apresentados em sala de aula esses podem gerar
26
discussões interdisciplinares que associam fundamentos químicos, biológicos e
medicinais.
É importante ressaltar que o uso de novos roteiros experimentais também
pode ser indicado a professores da disciplina que estejam interessados em expandir
seus conhecimentos sobre o assunto, pois é cada vez maior o desafio de planejar
aulas de caráter contextual de maneira que promovam maior participação e
interesse dos alunos.
O tema “Química Inorgânica Medicinal” escolhido apresenta um bom caráter
interdisciplinar e contextual, pois abrange desde as origens do emprego de metais
na medicina através dos trabalhos de Paul Ehrlich, aplicações da Química
Inorgânica, como a utilização dos metais como agentes quelantes ou de diagnóstico
para patologias e disfunções do organismo (uso de radiofármacos), até investigação
da interação dos íons metálicos com biomoléculas. Por fim, destaca-se o
conhecimento sobre fármacos e compostos baseados em metais que são utilizados
com sucesso na medicina.
Além disso, abordagens contextualizadas com foco em Química Inorgânica
Medicinal podem complementar o ensino em relação aos conteúdos sobre
compostos de coordenação. Normalmente, são priorizados noções sobre estrutura e
reatividade dos compostos, sendo a aplicabilidade muitas das vezes ignorada.
Em uma próxima etapa, seria pertinente a aplicação dos roteiros
experimentais propostos para uma possível análise sobre como essa nova
abordagem contribui para a aprendizagem dos estudantes diante da realização de
ensaios para verificação da atividade biológica dos compostos sintetizados.
A idéia central dessa monografia foi contribuir para mudar ou complementar
as atividades docentes para que sejam diferentes daquelas que normalmente estão
sendo empregadas no curso de Química da UFV. Com a realização de aulas
práticas temáticas envolvendo verificação de atividade biológica exibida por
complexos metálicos, acredita-se que os estudantes demonstrarão grande interesse
e motivação em aprender os conteúdos abordados na disciplina de Química
Inorgânica.
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
27
No decorrer deste trabalho foram elaborados três roteiros experimentais
contextualizados sobre o conteúdo de Química Inorgânica Medicinal evidenciando
aplicações destes através de ensaios de atividade biológica (teste de difusão em
ágar) e inibição enzimática frente à urease.
Diante das análises realizadas e em virtude de que a atividade experimental é
um recurso importante para o docente quando bem estruturada e relacionada com
aulas teóricas sobre o assunto a ser tratado, espera-se que os roteiros
experimentais propostos sejam empregados com sucesso nas aulas de Química
Inorgânica II envolvendo a temática “Investigação da atividade biológica de
compostos de coordenação”.
Através dessa perspectiva, ressalta-se que o conteúdo sobre “compostos de
coordenação” abordado durante o curso de inorgânica pode ser complementado de
maneira interdisciplinar e contextualizada, uma vez que esse tema pode envolver
aspectos históricos das ciências, química, biológica e medicinal.
Essa proposta pode propiciar ao aluno associar e adquirir maior curiosidade
sobre os conteúdos abordados, interesse pela Química, conhecimentos sobre
diversas áreas que muitas vezes são disponíveis de forma isolada em outras
disciplinas específicas, favorecer uma maior eficácia no processo de ensino e
aprendizagem no ensino superior. Além de contribuir para aquisição de
conhecimentos e melhoria de práticas de ensino para os docentes, uma vez que
permite a possibilidade de superação dos limites impostos de um ensino teórico.
Devido ao tempo para a realização desta monografia ser limitado, não foi
possível aplicar os roteiros experimentais elaborados com a temática proposta.
Assim,
torna-se
uma
sugestão
para
uma
próxima
etapa
do
projeto
o
acompanhamento das atividades utilizando essa temática em sala de aula, com
posterior avaliação e relato das principais dificuldades enfrentadas pelos estudantes
e das importantes discussões químicas promovidas durante as atividades
experimentais.
28
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AHMAD, S.; ISAB, A.; ALI, S.; Al-ARFAJ, A.R. Perspectives in bioinorganic
chemistry of some metal based therapeutic agents. Polyhedron, 25,p.
1633-1645, 2006.
ALMEIDA, A.O.; MENEZES, D.C; Monografia: “Perfil farmacológico de
complexos metálicos: Tema interdisciplinar para aulas de Química
Inorgânica”, 2010.
AMTUL, Z.; ATTA-UR-R.; SIDDIQUI, R. A.; CHOUDHARY, M. I. Chemistry
and mechanism of urease inhibition. Curr. Med. Chem. 9, 1323, 2002.
BARAN, E.J. Suplementação de elementos-traços. Cadernos temáticos de
Química Nova na Escola. N° 6. JULHO, 2005.
BENITE, A. M. C.; MACHADO, S. P.; BARREIRO, E. J. Considerações
sobre a Química Bioinorgânica Medicinal. Revista eletrônica de
farmácia. v. 4, n. 2, p. 131-142, 2007.
BERALDO, H. Contribuições da Química Inorgânica para a Química
Medicinal. QNEsc. V.6, p.4 – 6. 2005.
BONENBERGER, C. J., SILVA. J., MARTINS. T. L. C. Uso do tema gerador
FUMO para o ensino de química na educação de jovens e adultos.
Disponível em: http://www.nutes.ufrj.br/abrapec/vienpec/CR2/p1069.pdf
Acesso em 25 de março de 2015.
BURNE, R.A., CHEN, Y.Y. Bacterial ureases in infectious diseases.
Microbes.infects. 2, 533-542. 2000.
CARVALHO,
I.C
DE
M.
Em
direção
29
ao
mundo
da
vida:
Interdisciplinaridade e educação ambiental. Cadernos de educação
ambiental 2. Brasília: Ipê- Instituto de Pesquisas Ecológicas, 1998.
CASTRO, A. B. Quelatos complexos de oxovanádio(IV):potenciais
mimetizadores de insulina. São Carlos: UFSCAR, 2005.
CATRINCK, M. N. Monografia: “Síntese e avaliação biológica de
derivados ditiocarbamatos de vánadio”, 2011.
DENCKER, A. F. M. Pesquisa e interdisciplinaridade no Ensino Superior:
uma experiência no curso de turismo. São Paulo: Aleph, 2002.
DIXON, N.E., GAZZOLA, C.,BLAKELEY, R.L., ZERNER, B. Jack Bean
urease (EC 3.5.1.5).
A metalloenzyme.
A simple Biological rule for
nickel? J.Am. chem. Soc. 97, 4131-4133, 1975.
FAVARÃO,
N.
R.
L.,
ARAÚJO,
C.
S.
A.
Importância
da
interdisciplinaridade no ensino superior. Educere. 4, 103-115, 2004.
FAZENDA, I. A. A interdisciplinaridade: história, teoria e pesquisa.
Campinas: Papirus, 1994.
FAZENDA, I. A. O que é Interdisciplinaridade? São Paulo: Cortez, 2008.
FAZENDA, I. A; TRINDADE, V. Atitude in: “Interdisciplinaridade:
Dicionário em construção” São Paulo: Cortez, 2002.
FONTES, A. P. S.; CÉSAR, E. T.; BERALDO, H. A Química Inorgânica
Medicinal na Terapia do Câncer. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 6,
n. c. temática, p. 13-18, 2005.
GARNER, C.D. Bioinorganic Chemistry: a personal perspective. J. Chem.
30
Soc. 3903-3908, 1997.
GUILHERME L. R. Tese de Doutorado: Síntese e caracterização de novos
complexos de vanádio: estudo da utilização dos complexos no
tratamento da Diabetes mellitus. Instituto de Química de Araraquara,2007.
GUPTA, K.C.; SUTAR A.K. Catalytic activities of Schiff base transition
metal complexes. Coordination Chemistry Reviews, 252, 1420–1450, 2008.
LIMA, J. F.L; PINA, M. do S.L etal. A contextualização no Ensino de
Cinética Química. QNESC, pg 26-29, 2000.
MANHÃES, J. O.; TELES, A. P., PASSOS, L. O. Os alimentos e o processo
de digestão como tema gerador para o estudo da cinética química. 32a
Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, Livro de Resumos
32a.RASBQ, SBQ, 2009.
MENEZES, D. C.; BORGES, E.; TORRES, M.F.; BRAGA, J.P. A kinetic
study of jack-bean urease denaturation by a new dithiocarbamate
bismuth compound. Chemical Physics Letters, p. 85, 548, 2012.
MENEZES,
D.
C.
Síntese
e
caracterização
de
complexos
de
ditiocarbamatos de Sn(IV), Ln(III), Ga(III) e metais de transição:
Decomposição térmica e perfil farmacológico in vitro. Universidade
Federal de Minas Gerais, 2008.
MOBLEY H.L; ISLAND M.D.; HAUSINGER R.P.
Molecular biology of
microbial ureases.Microbiol. Rev. 59, 451-480, 1995.
OLIVERA-SEVERO, D.;WASSERMANN, G.E.; CARLINI, C.R. Ureases
display biological effects independent of enzymatic activity. Is there a
connection to diseases caused by urease-producing bacteria? Brazilian
31
Journal
of
Medical
and
Biological
Research 39,
851-861.Ribeirão
Preto Julho, 2006.
OLIVEIRA, L. S. PROSPECÇÃO DE NOVOS PRODUTOS NATURAIS E
SINTÉTICOS BIOATIVOS COM ATIVIDADE ANTIMICROBIANA FRENTE A
HELICOBACTER PYLORI. Monografia de Conclusão de Curso – Mestrado
Profissional em Farmácia, Universidade Bandeirante de São Paulo, São
Paulo, 2010.
OLIVEIRA, M., ET AL. Práticas de Química Inorgânica: complexos. 1ª Ed,
68p.Viçosa, mg : ufv/cead, 2010.
Disponível em: https://www2.cead.ufv.br/serieconhecimento/?p=21
Acesso em 5 de março de 2015.
PINHEIRO, S. S., PINHEIRO, C. R., BARBOSA, C. C., ET AL. O Estudo
fitoquímico da planta Dioscorea altíssima como tema gerador para o
ensino de química: uma experiência no ensino superior. 49º Congresso
Brasileiro de Química. Livro de resumos 49º CBQ, 2009.
PIETROCOLA, M.; FILHO, J DE P.A; PINHEIRO, T DE F. Prática
interdisciplinar na formação disciplinar de professores de ciências. v.8,
n.2, ago. 2003.
PINTO, C. R. A abordagem fisiológica da pressão arterial na
contextualização do fenômeno da osmose. 32a Reunião Anual da
Sociedade Brasileira de Química, Livro de Resumos 32a.RASBQ, SBQ, 2009.
RAO, C. P.; SREEDHARA, A. Biomimetic and biointeraction studies of
vanadium: role of oxovanadium complexes. Journal of Inorganic
Biochemistry, v. 67, n. 1/4, p. 393, 1997.
RIBEIRO, A. A., SANTOS DOS, D. C., OLIVEIRA, R. L. S., PINHEIRO, S. S.,
32
SILVA, L. P. O biodiesel como tema gerador para o ensino de química:
uma experiência no ensino superior. 31a Reunião Anual da Sociedade
Brasileira de Química, Livro de Resumos 31a.RASBQ, SBQ, 2008.
RIBEIRO, A. D. S., RIBEIRO, K. D. F. A bananiculcultura como abordagem
temática para o ensino de Química no ensino médio. XIV Encontro
Nacional de Ensino de Química. Livro de Resumos XIV ENEQ, 2008.
ROSENBERG, BARNETT; VANCAMP, LORETTA; KRIGAS, THOMAS.
Inhibition of cell division in escherichia coli by electrolysis products
from a platinum electrode. Nature. Volume 205, p 698, 1965.
SADLER, P.J.; LI, H., SUN, H. Coordination chemistry of metals in
medicine: target sites for bismuth. Coord. Chem. Rev., 185-186 ,689-709,
1999.
SCOTT, T. E. Pharmaceutical Agents for the Treatment Of Rheumatoid
Arthritis. Managed Care. Vol. 10, nº 7, julho 2001.
SUMNER, J.B. The Isolation and Crystallization of the Enzyme Urease. J.
Biol. Chem. 69:435-441, 1926.
33
8 ANEXOS
A seguir encontram-se os três roteiros experimentais a serem utilizados em
aulas prática da disciplina QUI 320 – Química Inorgânica II e o questionário
avaliativo que foi aplicado.
Roteiro Experimental I
SÍNTESE DO COMPLEXO BIS(DIETILDITIOCARBAMATO)OXOVANÁDIO(IV)
1 INTRODUÇÃO
A pesquisa química baseada na síntese e a avaliação biológica de complexos
metálicos têm conduzido à descoberta de importantes agentes terapêuticos,
utilizados com sucesso no tratamento de diversas doenças.
Após a descoberta da atividade antitumoral do fármaco comercial Cisplatina,
[PtCl2(NH3)2] tornou-se crescente a busca por complexos inorgânicos capazes de
explicar mecanismos de ação biológicos, além de estimular o desenvolvimento de
fármacos baseados em metais.
Dentre os fármacos destacados na literatura destacam-se tiolatos e
tioglicolatos à base de Au(I) como o tiogliconato de ouro(I) e a auranofina, que
possuem notável ação antiinflamatória sendo usados no tratamento de artrite.
Fármacos contendo Sb(V), como gluconato de antimônio e antimoniato de Nmetilglucamina, são bastante utilizados no tratamento da leishmaniose.
Agentes anticancerígenos baseados em complexos de platina, como a
Carboplatina, Nedaplatina e Oxaliplatina, são disponíveis comercialmente e
mostram-se ativos frente a vários tipos de carcinomas humanos, como de pulmão,
ovário e bexiga. Antimicrobianos com Ag(I) e Hg(II) como centros metálicos, como
citrato de zinco e acetato de estrôncio, por exemplo, são antibacterianos de uso
tópico conhecidos, especialmente frente a enfermidades relacionadas à presença da
bactéria Staphylococcus aureus.
Compostos de vanádio(V) e vanádio(IV) também apresentam importância
biológica, eles podem mimetizar alguns efeitos da insulina(KARMAKER et al., 2007
34
citado por BENITE, 2007). Além disso, complexos formados por vanádio e ligantes
orgânicos apresentam baixa toxidez e são frequentemente solúveis em meio
aquoso. Um exemplo típico é o complexo bis-(maltolato)oxovanádio(IV) (BMOV),
fármaco para tratamento de diabete, um complexos metálico capaz de biomimetizar
a Insulina. (KRATOCHWIL etal, 1996 citado por BENITE, 2007).
Desta forma, nesta prática será preparado um derivado de vanádio(IV), o
complexo
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV)
[VO{S2CN(C2H5)2}2,
utilizando
como precursor o complexo bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2], para
posterior avaliação biológica (CATRINCK, 2011).
A Figura 2 representa o esquema de reação para obtenção do complexo
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2.
Figura 1: Esquema de reação para obtenção do complexo
bis(dietilditiocarbamato)oxovanadio(IV), [VO(acac)2].
2 OBJETIVOS
Preparação
do
complexo
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2].
3 REAGENTES, MATERIAIS E EQUIPAMENTOS A SEREM UTILIZADOS
[VO{S2CN(C2H5)2}2], [VO(acac)2] , álcool etílico, água destilada, ligante
dietilditiocarbmato de sódio, balança semi- analítica, chapa de agitação, erlenmeyer
de 125 mL, funil de Büchner de 50 mL para filtração.
4 PROCEDIMENTOS
4.1
Síntese
do
complexo
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2].
35
- Em um balão de fundo redondo colocar 0,20 g do complexo [VO(acac)2] e
adicionar a menor quantidade de etanol, P.A., necessária para solubilizar a maior
porção do complexo.
- Em seguida adicionar lentamente pequenas quantidades dietilditiocarbamato
de sódio (C5H10NNaS2.3H2O).
- Deixar o sistema reacional sob agitação até que observar a total mudança
na coloração da suspensão (azul para alaranjado), cerca de 30 minutos.
- Após o tempo de 30 minutos a mistura deve ser filtrada em papel de filtro.
- Lavar o sólido com água e etanol, em seguida armazenar em dessecador.
5 RESULTADOS E EXERCÍCIOS
1
Representa a estrutura dos complexos sintetizados nessa prática. Qual o
número o número de oxidação do vanádio no complexo obtido?
2
Complete a reação de síntese do complexo de vanádio abaixo:
6 LEITURA COMPLEMENTAR
D'CRUZ, Osmond J.; UCKUN, Fatih M. Intravaginal Toxicity Studies of a GelMicroemulsion Formulation of Spermicidal Vanadocenes in Rabbits. Toxicology
and Applied Pharmacology, Volume 170, Issue 2, 15 January 2001, Pages 104-112,
2001.
CASTRO,
A.
B.
Quelatos
complexos
de
oxovanádio(IV):potenciais
mimetizadores de insulina. São Carlos: UFSCAR, 2005.
36
Roteiro Experimental II
INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE
COORDENAÇÃO DE VANÁDIO(IV)
1. INTRODUÇÃO
A Química Inorgânica Medicinal estuda o metabolismo, as funções e
aplicações de íons inorgânicos e seus devidos complexos em sistemas biológicos
relacionando a atividade biológica apresentada por um sistema inorgânico com suas
características estruturais e eletrônicas (BENITE et al., 2007). Além disso, a Química
Inorgânica Medicinal é considerada uma área multidisciplinar, pois combina a
Química Orgânica e Inorgânica, Farmacologia e Bioquímica (BERALDO, 2005).
Alguns exemplos de compostos de coordenação empregados como fármacos na
clínica médica atualmente são mostrados na figura 1.
Figura 1: Alguns exemplos de fármacos baseados em metais diversos: (a)
Auranofina, Auranofin®; (b) tiogliconato de ouro(I) , Solganol®; (c) Oxaliplatina;(d)
Citrato de bismuto(III).ranitidina, Pylorid®; (e) Gluconato de antimônio(V) sódico,
Pentostan®; (f) Carboplatina, Paraplatin®; (g) Nedaplatina; (h) Salicilato de
bismuto(III), Pepto-Bismol®
37
A atividade antimicrobiana exibida por um composto pode ser determinada
através de ensaios de atividade biológica como o teste de difusão em ágar. Este
teste fornece resultados quantitativos e qualitativos e baseia-se na utilização de
discos de papel nos quais é colocado o composto que se deseja investigar. Este
disco é adicionado a uma placa de petri contendo um meio de cultura sólido
apropriado previamente inoculado com o microorganismo escolhido para o teste.
Posteriormente a placa Petri é incubada em uma temperatura adequada para o
crescimento do microorganismo, ocorrendo a difusão do composto sob investigação
na placa, podendo ocasionar neste processo a inibição do crescimento microbiano.
A atividade antimicrobiana exibida pelo composto é visualizada a partir da presença
de um halo de inibição em torno do disco de papel, conforme mostrado na figura 2.
.
Figura 2: Atividade antimicrobiana exibida pelo composto: Presença de um halo de
inibição em torno do disco de papel.
Pode-se verificar que o diâmetro do halo de inibição é proporcional à
quantidade de agente antimicrobiano presente naquele disco, solubilidade do
agente, coeficiente de difusão e eficácia do composto a ser investigado (ALMEIDA,
2010).
Constatada a atividade biológica de um composto, ensaios biológicos podem
ser realizados com o objetivo da investigação do possível mecanismo de ação
exibido.
Sabe-se que os compostos de vanádio(V) e vanádio(IV) podem mimetizar
alguns efeitos da insulina(KARMAKER et al., 2007 citado por BENITE, 2007). Esses
complexos formados por vanádio e ligantes orgânicos apresentam baixa toxidez e
38
são frequentemente solúveis em meio aquoso. Um exemplo típico é o complexo bis(maltolato)oxovanádio(IV) (BMOV), fármaco para tratamento de diabete, um
complexos metálico capaz de biomimetizar a Insulina. (KRATOCHWIL etal, 1996
citado por BENITE, 2007).
Sais e compostos simples de vanádio(IV) e de vanádio(V) mostram esse tipo
de atividade e foram testados uma gama de quelatos de oxovanádio(IV),
oxovanádio(V) e peroxovanadatos e de outros complexos similares. Um exemplo
interessante desse complexo é o bis(maltolato) oxovanádio(IV) (Figura 2), que tem
se mostrado como um sistema com excelentes perspectivas farmacológicas
(BARAN, 2005).
Figura 3: Estrutura do complexo bis(maltolato)oxovanádio(IV)
Dessa forma, nesta prática tem-se o estudo da atividade biológica de dois
complexos de vanádio, os quais podem apresentar atividade antimicrobiana, através
do teste de difusão em ágar.
2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Verificação da atividade biológica dos complexos:
(I)
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2] (figura 4) e
(II)
bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2] (figura 5) através do teste de
difusão em ágar.
39
Figura 4: Complexo bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2]
Figura 5: bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2]
3 REAGENTES, MATERIAIS E EQUIPAMENTOS A SEREM UTILIZADOS
[VO{S2CN(C2H5)2}2], [VO(acac)2] , álcool etílico
70%, água destilada e
esterilizada, norfloxacino, balança semi- analítica, fluxo laminar esterilizado,
autoclave, estufa,
pipetas automáticas, balão, alça de platina e de Drigausky,
lamparina, pipeta e micropipeta de 10 e 100µL e ponteiras, placas de petri, discos de
papel de filtro esterilizados com 6mm de diâmetro, suporte para tubos de ensaio e
tubos de ensaio estéreis, espátulas, escala padronizada de turbidez tipo Mac
Farland padrão 1 , meios de cultura solido e líquido, cepa microbiológica S. aureus
(ATCC25921) e vidrarias de uso comum em laboratório.
4 CUIDADOS NECESSÁRIOS PARA O ENSAIO BIOLÓGICO
Utilizar somente materiais esterilizados a fim de eliminar resultados errôneos
e contaminação dos mesmos durante o teste biológico; pesar corretamente as
massas para realizar o ensaio biológico do complexo; descartar materiais de forma
apropriada em cada frasco de descarte ao final da prática.
40
5 PROCEDIMENTOS
5.1 Teste de difusão em ágar
- Preparar uma solução de 250mmol.L-1 de norfloxacino e também para os
complexos
bis(etilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2
e
bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2].
- Realizar os procedimentos em fluxo laminar previamente esterilizado com
álcool etílico 70% e com luz UV por 20 minutos:
- Em cada placa Petri com o meio sólido adicionar 50 µL de meio líquido
contendo o microorganismo;
- Com a alça de Drigalsky esterilizada espalhar o meio líquido sobre a placa;
- Com a pinça flambada na lamparina adicionar os discos de papel de filtro às
placas;
- Gotejar sob cada disco 10 µL da solução do complexo e dos controles
positivo (antibiótico norfloxacino) e negativo( água estéril) e deixe secar por alguns
segundos.
- Levar as placas à estufa de 37ºC por 24 horas.
- Após 24 horas medir os diâmetros dos possíveis halos em diferentes pontos
e fazer a média para cada microorganismo.
6 RESULTADOS E EXERCÍCIOS
1 Complete o quadro com os resultados obtidos na prática
Quadro- Diâmetros de inibição do complexo frente à S. aureus
Complexos
Halos de inibição frente à S. aureus/ mm
I
II
DMSO
Norfloxacino
41
2 Qual a possível geometria para os complexos I e II de vanádio desta prática?
3 Qual a importância biológica dos compostos de vanádio?
4 Qual dos complexos é o mais ativos frente ao teste de difusão em ágar?
Como se verificou sua atividade?
7 LEITURA COMPLEMENTAR
D'CRUZ, Osmond J.; UCKUN, Fatih M. Intravaginal Toxicity Studies of a GelMicroemulsion
Formulation
of
Spermicidal
Vanadocenes
in
Rabbits.
Toxicology and Applied Pharmacology. Volume 170, Issue 2, 15 January 2001,
Pages 104-112, 2001.
BENITE, A. M. C.; MACHADO, S. P.; BARREIRO, E. J. Considerações sobre a
Química Bioinorgânica Medicinal. Revista eletrônica de framácia, v. 4, n. 2, p. 131142, 2007.
BARAN, E.J. Suplementação de elementos-traços. Cadernos temáticos de
Química Nova na Escola. N°6. JULHO, 2005.
42
Roteiro Experimental III
INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA DO COMPLEXO
BIS(DIETILDITIOCARBAMATO)OXOVANÁDIO(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2]
1 INTRODUÇÃO
A urease é uma enzima que pode ser encontrada em plantas e tem um
fundamental papel na germinação de sementes de leguminosas. Entretanto, em
altas concentrações no solo essa enzima pode induzir à produção de amônia
(durante a fertilização do solo com ureia, por exemplo) aumentado o pH do mesmo e
tornando-o inapropriado para o plantio. Essa enzima também está presente em
bactérias como H. pylori e S. aureus relacionando-se a mecanismos biológicos de
várias patologias. Nesse contexto, a busca por novos agentes inibidores de urease
tem sido um campo de intensa discussão e pesquisa nos últimos tempos.
Bactérias patogênicas produzem frequentemente enzimas necessárias à sua
sobrevivência em meio biológico. Assim, estas enzimas se constituem em possíveis
alvos terapêuticos. Atualmente existem vários estudos que evidenciam possíveis
agentes inibitórios frente à enzima urease, uma vez que tal enzima é essencial para
a sobrevivência de alguns microrganismos patogênicos, tais como a Staphylococcus
aureus e a Helicobacter pylori.
Constatada a atividade biológica de um composto, ensaios biológicos podem
ser realizados com o objetivo da investigação do possível mecanismo de ação
exibido. Assim testes de inibição enzimática são frequentemente realizados. A partir
do monitoramento da absorção da enzima em um espectrofotômetro na região do
UV-Visível, por exemplo, é possível verificar a atividade inibitória dos compostos de
coordenação frente a uma determinada enzima no decorrer do tempo.
2 OBJETIVOS
Avaliação
inicial
do
complexo
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV),
[VO{S2CN(C2H5)2}2] frente a urease através do monitoramento cinético na região do
UV-Visível.
3 REAGENTES, MATERIAIS E EQUIPAMENTOS A SEREM UTILIZADOS
43
Solução
do
complexo
bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(iv),
[VO{S2CN(C2H5)2} 9,9x10-4mol.L-1, Solução tampão fosfato salina (PBS): NaCl, 137
mmolL-1; KCl, 2,70 mmol.L-1; Na2HPO4, 2,00 mmol.L-1; KH2PO4, 2,00 mmol.L-1; pH 7.
Solução de urease Jack Bean Urease de procedência Sigma-Aldrich 7,556x101
mol.L-1; Balança analítica, autoclave, pipetas automáticas e ponteiras, tubos de
ensaio esterilizados e suporte para tubos de ensaio, espátulas, geladeira, e vidrarias
de uso comum em laboratório. Para o monitoramento espectrofotométrico utilizou-se
o espectrofotômetro Ocean Optics USB4000 Miniature Fiber Optic Spectrometer.
4 CUIDADOS NECESSÁRIOS PARA O ENSAIO ENZIMÁTICO
Cuidado ao manusear as soluções e levar para o espectrofotômetro durante a
leitura, descartar materiais de forma apropriada em cada frasco de descarte ao final
da prática; utilizar equipamentos de proteção individual como luvas de látex
descartáveis e jalecos, sapatos fechados.
5 PROCEDIMENTOS
● Monitoramento Cinético
- Em um tubo de ensaio adicionar 3 mL de solução tampão PBS, adicionar 2
µL da solução da solução do complexo e 10 µL da solução da solução da urease.
-Em um segundo tubo adicionar 3 mL de PBS.
- Faça a leitura no espectrofotômetro: Primeiramente a solução contendo
apenas o PBS na cubeta, utilizado como branco. Em seguida retirar a cubeta
contendo o branco do espectrofotômetro e colocar a solução da amostra para ser
lida durante aproximadamente um período de tempo de 30 minutos, salvando todos
os dados de absorbância de 10 a 10 minutos em um comprimento de onda
correspondente a 280 nm
- Após este procedimento, plotar em um gráfico os resultados obtidos
(absorbância versus o tempo (em minutos)), no comprimento de onda de 280 nm.
44
6 RESULTADOS E EXERCÍCIOS
1 Represente a curva obtida para o complexo de vanádio.
2 Quais as vantagens de ensaios de inibição enzimática para a química medicinal?
3 O complexo de vanádio se mostrou ativo frente ao teste de inibição enzimática?
Justifique.
4 Porque se utiliza o comprimento de 280nm para realizar o teste cinético com a
urease?
7 LEITURA COMPLEMENTAR
AMTUL, Z.; ATTA-UR-R.; SIDDIQUI, R. A.; CHOUDHARY, M. I. Chemistry and
mechanism of urease inhibition. Curr. Med. Chem. 9, 1323, 2002.
MENEZES, D. C.; BORGES, E.; TORRES, M.F.; BRAGA, J.P. A kinetic study of
jack-bean urease denaturation by a new dithiocarbamate bismuth compound.
Chemical Physics Letters, p. 85, 548, 2012.
45
Questionário Avaliativo
1. Qual seu grau de interesse, considerando uma escala de 0 a 10, pela PARTE
PRÁTICA da disciplina Química Inorgânica II (QUI 320) na atual forma como é
ministrada? Explique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
2. Qual seu grau de interesse, considerando uma escala de 0 a 10, pela PARTE
TEÓRICA da disciplina Química Inorgânica II (QUI 320)? Explique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
3. Considerando uma escala de 0 a 10, em sua opinião há uma correlação entre a
atual apostila de práticas de Química Inorgânica II (QUI 320) e o conteúdo teórico da
disciplina? Explique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
4. O que você entende por compostos de coordenação? Conhece alguma aplicação
destes compostos? Se sim, qual aplicação?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
5. Você considera importante saber qual a aplicação no cotidiano de conteúdos
específicos em química? Justifique.
46
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
6 Você considera que as aulas práticas da disciplina Química Inorgânica II (QUI 320)
são interdisciplinares e contextualizadas? Justifique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
47