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DO MACRO AO MICRO: OS DESAFIOS DO ENSINO DE BIOLOGIA CELULAR Bárbara Souza Neil Magalhães 1,2 Pedro M. Persechini 2,3 Danielle Pereira Cavalcanti 2,3 INTRODUÇÃO Um dos grandes desafios do ensino de Biologia é fazer com que os alunos entendam conceitos básicos de Biologia Celular, tais como as estruturas e funções dos diferentes tipos celulares bem como as diversas tecnologias utilizadas nesta área. Os livros didáticos, por sua vez, não ajudam nesta tarefa uma vez que apresentam o conteúdo de forma fragmentada, valorizando a memorização de conceitos e não o entendimento da célula como a unidade formadora de todos os seres vivos. Para superar esta dificuldade, o Espaço Ciência Viva desenvolveu um roteiro de atividades a partir do qual o aluno pode construir o conceito de célula e de seus componentes a partir de experiências e observações realizadas por eles próprios. O Espaço Ciência Viva 4 é a instituição de divulgação científica que organizou o primeiro museu participativo de Ciência do Brasil e foi fundado em 1982 por um grupo de cientistas, pesquisadores e educadores interessados em tornar a Ciência mais próxima do cotidiano do cidadão comum. Tal espaço se destaca por seu caráter inovador. Com o lema “Aqui você pode mexer em tudo”, o museu é formado por módulos interativos que o público pode mexer e brincar a vontade. Desta forma o conhecimento é construído de maneira lúdica e prazerosa. Neste trabalho descrevemos as atividades realizadas com os alunos que visitam o Espaço Ciência Viva no que se refere aos temas relacionados à Biologia Celular e relatamos os resultados de nossa experiência. Embora algumas das atividades desenvolvidas sejam conhecidas dos professores, buscamos mostrar em nossos roteiros uma maneira de articulá­ 1 Lienciatura em Ciências biológicas, UFRJ. Espaço Ciência Viva, Rio de Janeiro/RJ. 3 Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho/UFRJ. 4 O Espaço Ciência Viva se localiza na Avenida Heitor Beltrão, nº 321, Tijuca, Rio de Janeiro/ RJ. Endereço eletrônico: http://www.cienciaviva.org.br
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las, no sentido de facilitar a construção do conhecimento sobre os temas referentes à área da Biologia Celular por parte dos alunos. PONTO DE PARTIDA: O MUNDO MACROSCÓPICO Nossas atividades se iniciam com a observação do mundo macroscópico: folhas, flores, pólen, fermento, infusões, cebola entre outros, que se encontram espalhados em uma mesa onde os alunos podem observar e pegar o que quiserem. Em seguida, perguntamos a eles o que é uma célula e se todos aqueles materiais que se encontram na mesa possuem células. A maioria responde que a célula é algo muito pequeno que forma o nosso corpo, mas se confunde ao dizer em quais seres elas estão presentes. Muitos acham que só os seres humanos possuem células. A partir de então lançamos o desafio: pedimos que escolham, dentre os materiais expostos, alguns deles para descobrirmos se eles são formados por células. Discutimos ainda de que maneira podemos observar uma célula. A maioria já escutou falar em microscópios, porém muitos nunca tiveram contato com este aparelho ou sabem como montar uma lâmina para observação. Neste momento, mostramos aos alunos um microscópio e uma lupa, explicamos como funcionam e a diferença entre eles. Após montar lâminas de células da bochecha, cebola, Elodea e outras, partimos para a observação do material (roteiro 1). O MUNDO MICROSCÓPICO Ao observar as lâminas ao microscópio, os alunos passam a perceber que todos os seres vivos são formados por células e que estas apresentam diferentes formatos. Muitos se surpreendem ao saber que uma planta também possui células ou que o fermento biológico usado para fazer pão possui microorganismos: os fungos. Durante a observação destacamos que as células possuem diferentes formatos, tamanhos e funções. Além disso, abordamos o conceito de seres unicelulares e pluricelulares, ao comparar as leveduras com um corte de folha, por exemplo. Neste momento destacamos também algumas estruturas celulares que podemos observar ao microscópio óptico e discutir pontos importantes da biologia celular, tais como: (a) a presença da membrana plasmática e sua relevância para manter a composição química da célula, (b) a presença do citoplasma preenchendo a célula, onde aproveitamos para
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salientar algumas das moléculas que fazem parte de sua composição, (c) a presença do núcleo, onde já podemos abordar a diferença entre seres eucariotos e procariotos e (d) a presença da parede celular e cloroplastos (facilmente visualizados na Elodea ), onde podemos discutir as diferenças entre células animais e vegetais e falar sobre a fotossíntese. Ao mostrar algumas estruturas da célula e discutirmos a importância de cada uma delas, os alunos passam a entender melhor que a célula é formada por várias estruturas menores e que cada uma delas tem um papel fundamental na manutenção do bom funcionamento celular e, conseqüentemente do indivíduo como um todo. A partir de então, partimos para o estudo de uma das estruturas celulares: o núcleo. ESTRUTURAS CELULARES Você já comeu DNA hoje? Começamos esta parte da dinâmica perguntando aos alunos o que existe dentro do núcleo. Quase todos respondem que dentro dele há DNA, porém não sabem ao certo o que é o DNA. Perguntamos também se eles comem DNA, a maioria responde que não. Mas as folhas que observamos não possuem células? E as células das plantas não possuem núcleo? Os alunos respondem que sim. A partir de então percebem que ao comerem uma salada, frutas ou carne estão comendo sim DNA. Propomos então que façam a extração do DNA das células do morango (roteiro 2). Todos ficam atônitos e surpresos ao fim da experiência, quando podem “pescar” o DNA extraído com o auxílio de um palito. Porém explicamos que o que eles estão vendo não é uma molécula de DNA, mas sim milhões delas emaranhadas. Nesta etapa discutimos sobre a importância da molécula de DNA, a transmissão da informação genética e, dependendo da faixa etária, sobre as técnicas de manipulação do DNA para criar clones ou organismos geneticamente modificados, o que interessa, sobretudo, as turmas de ensino médio. Mas como será a estrutura da molécula de DNA? Partimos então para a última etapa de nossa dinâmica: a construção de uma molécula de DNA de jujuba ou com massa de modelar (roteiro 3), a partir da qual abordamos a estrutura em dupla hélice da molécula de DNA, o pareamento complementar das bases nitrogenadas e o processo de replicação do DNA (roteiro 4). Ao simular o processo de replicação da molécula de DNA o conceito de mutação também pode ser abordado, assim como sua importância para o processo evolutivo. Durante as atividades desenvolvidas, os alunos partem do mundo macroscópico para o mundo microscópico, iniciando as atividades com algo visível e
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palpável, passando pela observação das células que compõem todos os seres vivos e finalizando com um componente sub­celular: a molécula de DNA. PERSPECTIVAS E CONCLUSÕES As atividades desenvolvidas no Espaço Ciência Viva (ECV) para a descoberta do mundo microscópico e dos conceitos básicos de biologia celular tem sido bastante proveitosa para os alunos que visitam este espaço, como relatado pelos professores e pelos próprios alunos. Neste espaço, o conhecimento é construído pelos aprendizes a partir de questionamentos e experimentações. Esta interatividade desperta interesse e aguça a curiosidade. Pudemos perceber que fazer perguntas é sempre importante e que dar as respostas ou explicação logo no primeiro momento é como contar o final de um filme de suspense. O interessante é instigar o visitante com perguntas e chegar a conclusões junto com ele. Dessa maneira ele é capaz de estabelecer a relação entre a célula e seus componentes com ele próprio, de ver que ele se alimenta de células, que as células estão em todos os seres vivos, compondo­os, sendo essenciais para que todas as funções dos organismos sejam realizadas. Assim, conceitos trazidos anteriormente pela maioria dos visitantes, tais como o de que somente os seres humanos são formados por células ou de que não é possível observar uma célula são substituídos por novas formulações que o próprio visitante cria de acordo com suas experiências e observações durante as atividades desenvolvidas no ECV. Além disso, durante a experimentação não só os aspectos relativos aos conceitos de biologia celular são abordados, mas também outros temas ligados à área da genética, evolução e saúde. Desta forma, os alunos podem entender diversos conceitos biológicos de forma integrada e entender que a biologia não se constitui em um saber fragmentado e sem sentido, como muitas vezes é apresentada. Outro ponto que podemos ressaltar é a importância dos Espaços não formais de ensino, como os Museus e Centros de Ciência, para atingir um público cada vez mais amplo e promover a popularização e divulgação do conhecimento científico. Estes espaços podem ser utilizados não somente por alunos e professores como uma complementação das atividades realizadas em sala de aula, onde os alunos aprendem de maneira prazerosa e divertida, como também atendem um grande público que busca se atualizar e entender um pouco mais sobre o avanços científicos da atualidade, que interferem cada vez mais na vida de todos nós. Sendo
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assim, as atividades desenvolvidas no Espaço Ciência Viva buscam fazer uma ponte entre o ensino formal e não­formal, entre o conhecimento produzido na academia e a população, de forma a democratizar o conhecimento e permitir uma participação de todos nas discussões sobre os temas científicos atualmente debatidos pela sociedade. Roteiros de Atividades 5 Roteiro 1: Montagem de lâminas para observação ao microscópio Material Necessário: Microscópio óptico, Lâminas, Lamínulas, Conta­gotas, Pinças, Espátula de madeira, Lâmina de barbear, Água, Papel filtro, Corantes (azul de metileno, eosina, etc) Material para observação (folhas de plantas, fermento biológico, infusões, cebolas, raspado de bochecha, Elodea , bebida láctea fermentada entre outros de fácil aquisição). Como fazer? Em geral, quando se examinam células de uma planta ou animal, prepara­se uma fina fatia chamada corte. Entretanto, podemos observar células vegetais (por exemplo, de uma cebola) e células animais (por exemplo, da boca) sem que haja necessidade de se preparar um corte. Além disso, podemos utilizar infusões, bebida láctea fermentada ou diluir um pouco de fermento biológico em água para observação de microorganismos. Montagem das lâminas: Infusões: No caso de infusões ou materiais líquidos basta fazer uma gota do material a ser observado sobre uma lâmina, cobri­la com uma lamínula e observar ao microscópio. 5 Os roteiros destas e outras atividades estão disponíveis em: http://www.cienciaviva.org.br/arquivo/facavc/facavc.html
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Observação de célula vegetal: Células de cebola e Elodea , por exemplo, são materiais de fácil montagem para observação da célula vegetal. No caso da Elodea basta retirar uma de suas folhas e colocá­la em uma gota de água sobre uma lâmina. Após cobrir o material com uma lamínula ele está pronto para observação. No caso da cebola, basta cortar uma das camadas da parte branca. No interior, você encontrará uma membrana fina e transparente (“pele”). Remova essa membrana com uma pinça e coloque o material em uma gota de água ou em uma gota de corante sobre uma lâmina. Cubra com a lamínula e observe ao microscópio. Observação de célula animal: Esfregue de leve uma espátula de madeira na parte interna da bochecha. Transfira a raspagem para a parte central de uma lâmina e espalhe. Seque a lâmina, agitando­a no ar e adicione uma gota de corante ao material. Cubra com uma lamínula e observe ao microscópio. Por que preparar cortes? Para observar detalhes de alguns tipos celulares é preciso preparar cortes, isto é, fatias finas, do material a ser observado. Para isso, existe um aparelho especial chamado micrótomo. Na falta de aparelhos tão específicos, é possível improvisar com uma lâmina de barbear. Podemos fazer cortes de raízes, caules e folhas para observar algumas estruturas das células vegetais, como os estômatos presentes nas folhas, por exemplo. Observações: A Elodea pode ser encontrada em lojas que vendem material para aquário e constituem excelente modelo para observação dos cloroplastos e do movimento de ciclose. O fermento biológico é muito interessante para observação de leveduras e do processo de brotamento, onde podemos abordar a questão da reprodução assexuada. Podemos abordar também o processo de fermentação, explicando como a massa do pão cresce em função da presença destes microorganismos. Cortes de folhas são interessantes para observação dos estômatos e discussão sobre as trocas gasosas. Ao observarmos microorganismos presentes em uma infusão ou em uma poça de água, por exemplo, podemos destacar ainda a existência destes organismos mesmo em ambientes que consideramos “limpos” e noções de higiene para prevenção de doenças. Roteiro 2: Você já comeu DNA hoje? Extração de DNA de morango
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Material necessário: Morangos, Saco plástico, Copo transparente, Filtro de papel, Coador, Detergente, Sal, Álcool gelado, Palito de madeira, Água morna Como fazer? 1­ Retire as folhas e os cabos de 3 ou 4 morangos e coloque os morangos dentro de um saco plástico. Feche o saco e os amasse bem 2­ Adicione uma colher de chá de detergente, uma pitada de sal e um pouco de água morna aos morangos amassados no saco. Amasse mais e misture tudo muito bem 3­ Passe a mistura pelo coador com filtro de papel para dentro de um copo transparente 4­ Adicione álcool gelado ao suco de morango que se encontra agora dentro do copo. Coloque mais ou menos o dobro de álcool em relação à mistura de morango. 5­ Mexa a solução e aguarde um pouco. Você verá se formar uma “nuvem branca” na solução. Aí está o DNA! 6­ Puxe o DNA com um palito. Sugestões: Tente fazer a extração de DNA usando outras frutas Observações: Neste roteiro, o detergente é utilizado para romper a membrana plasmática que envolve as células. Já o sal neutraliza a carga negativa do DNA, favorecendo a aglomeração das moléculas de DNA. A temperatura elevada da água quente inativa as enzimas que degradam o DNA (DNAses). É importante inativar estas enzimas para que o DNA de nosso experimento não seja degradado. Além disso, a temperatura alta ajuda a romper a membrana plasmática. O álcool também tem sua importância neste experimento. Como o DNA não é solúvel em álcool, quando adicionamos o álcool todos os componentes da mistura permanecem dissolvidos na solução alcoólica, exceto o DNA. Por isso conseguimos vê­lo e “pescá­lo” com o palito no fim da experiência.
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Roteiro 3: Construindo uma molécula de DNA comestível Material necessário: 1 saco de jujuba (ou massa de modelar de 4 cores diferentes), 1 caixa de palitos de dente, Arame fino e flexível, 1 tesoura, 1 régua Como fazer? 1­ Corte o arame em dois pedaços de aproximadamente 40 cm cada 2­ Escolha quatro cores de jujuba, que representarão cada um dos nucleotídeos da molécula de DNA. Separe as cores que farão pares entre os fios de DNA (você pode combinar a jujuba branca com a amarela e a laranja com a vermelha, por exemplo). 3­ Espete as jujubas nos arames, respeitando os pares escolhidos. Se você escolheu a combinação de cores acima, se em um arame você coloca a jujuba branca, no outro coloque o seu par amarelo. Lembre que ao longo de todo o DNA esses pares devem ser respeitados. 4­ Coloque os palitos entre as jujubas para fazer a ligação entre os dois arames. Coloque 3 palitos ligando pares iguais de jujubas (por exemplo, 3 palitos ligando as brancas com as amarelas) e 2 palitos ligando os outros pares (por exemplo, 2 palitos ligando as vermelhas com as laranjas). 5­ Torça lentamente cada parte do arame. Pronto, você tem em mãos uma simulação da molécula de DNA! Observações: Os nucleotídeos que constituem a molécula de DNA são formados por bases nitrogenadas, entre elas as purinas, representadas pela adenina (A) e guanina (G) e as pirimidinas, representadas pela citosina (C) e timina (T). Cada jujuba representa uma das bases nitrogenadas. Devido às suas estruturas, a adenina e a timina (jujubas vermelha e laranja) se unem através de duas ligações chamadas de “ponte de hidrogênio” enquanto a citosina e a guanina (jujubas amarela e branca) se unem por três ligações do tipo “ponte de hidrogênio”. Por isso utilizamos três ou quatro palitos.
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Roteiro 4: Duplicando a molécula de DNA (continuação do roteiro 3) Material necessário: O mesmo utilizado no roteiro 3 Como fazer? 1­ Separe os dois arames da sua molécula de DNA e use cada um deles como molde para fazer a outra fita do DNA. 2­ Coloque novas jujubas em um outro arame. Olhe sua fita molde e lembre­se de respeitar as combinações de cores escolhidas no início. 3­ Coloque os palitos entre as jujubas e torça levemente os arames. 4­ Pronto! Você duplicou a molécula de DNA. Esse fenômeno, também conhecido como replicação do DNA, ocorre em todas as células de nosso corpo antes delas se dividirem para que as novas células que se formam tenham a mesma quantidade de DNA da célula que deu origem a elas. Observações: É importante ressaltar que esta atividade é uma maneira simplificada de demonstrar como a duplicação do DNA ocorre. Na verdade diversas proteínas e enzimas participam deste processo. Além disso, uma das fitas é duplicada de maneira contínua e a outra de forma descontínua. Porém, o importante deste roteiro é discutir com os alunos os conceitos de: (a) pareamento complementar das bases nitrogenadas, (b) processo de replicação semiconservativo, onde cada molécula de DNA formada possui uma fita da molécula parental e uma fita nova e (c) importância da duplicação da molécula de DNA antes do processo de divisão celular, para que a quantidade de DNA presente nas células de cada espécie se mantenha constante ao longo das gerações. Também podemos abordar o conceito de mutação ao parearmos uma base nitrogenada “errada”, ou seja, não respeitando o pareamento complementar das bases nitrogenadas e discutir a mutação como fonte de variabilidade genética e como um dos fatores que direcionam o processo evolutivo.
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