- Editora LT

Introdução
Por muito tempo, a educação profissional foi desprezada e considerada de segunda classe. Atualmente, a opção pela formação técnica é festejada,
pois alia os conhecimentos do “saber fazer” com a formação geral do “conhecer” e do “saber ser”; é a formação integral do estudante.
Este livro didático é uma ferramenta para a formação integral, pois alia
o instrumental para aplicação prática com as bases científicas e tecnológicas,
ou seja, permite aplicar a ciência em soluções do dia a dia.
Além do livro, compõe esta formação do técnico o preparo do professor
e de campo, o estágio, a visita técnica e outras atividades inerentes a cada
plano de curso. Dessa forma, o livro, com sua estruturação pedagogicamente
elaborada, é uma ferramenta altamente relevante, pois é fio condutor dessas
atividades formativas.
Ele está contextualizado com a realidade, as necessidades do mundo do
trabalho, os arranjos produtivos, o interesse da inclusão social e a aplicação
cotidiana. Essa contextualização elimina a dicotomia entre atividade intelectual e
atividade manual, pois não só prepara o profissional para trabalhar em atividades produtivas, mas também com conhecimentos e atitudes, com vistas
à atuação política na sociedade. Afinal, é desejo de todo educador formar
cidadãos produtivos.
Outro valor pedagógico acompanha esta obra: o fortalecimento mútuo
da formação geral e da formação específica (técnica). O Exame Nacional do
Ensino Médio (ENEM) tem demonstrado que os alunos que estudam em um
curso técnico tiram melhores notas, pois ao estudar para resolver um problema prático ele aprimora os conhecimentos da formação geral (química,
física, matemática, etc.); e ao contrário, quando estudam uma disciplina geral
passam a aprimorar possibilidades da parte técnica.
Pretendemos contribuir para resolver o problema do desemprego, preparando os alunos para atuar na área científica, industrial, de transações e
comercial, conforme seu interesse. Por outro lado, preparamos os alunos
para ser independentes no processo formativo, permitindo que trabalhem
durante parte do dia no comércio ou na indústria e prossigam em seus estudos superiores no contraturno. Dessa forma, podem constituir seu itinerário
formativo e, ao concluir um curso superior, serão robustamente formados em
relação a outros, que não tiveram a oportunidade de realizar um curso técnico.
Por fim, este livro pretende ser útil para a economia brasileira, aprimorando nossa força produtiva ao mesmo tempo em que dispensa a importação
de técnicos estrangeiros para atender às demandas da nossa economia.
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Por que a Formação Técnica de Nível Médio É Importante?
O técnico desempenha papel vital no desenvolvimento do país por meio da criação de
recursos humanos qualificados, aumento da produtividade industrial e melhoria da qualidade de vida.
Alguns benefícios do ensino profissionalizante para o formando:
• Aumento dos salários em comparação com aqueles que têm apenas o Ensino Médio.
• Maior estabilidade no emprego.
• Maior rapidez para adentrar ao mercado de trabalho.
• Facilidade em conciliar trabalho e estudos.
• Mais de 72% ao se formarem estão empregados.
• Mais de 65% dos concluintes passam a trabalhar naquilo que gostam e em que se
formaram.
Esses dados são oriundos de pesquisas. Uma delas, intitulada “Educação profissional
e você no mercado de trabalho”, realizada pela Fundação Getúlio Vargas e o Instituto
Votorantim, comprova o acerto do Governo ao colocar, entre os quatro eixos do Plano de
Desenvolvimento da Educação (PDE), investimentos para a popularização da Educação
Profissional. Para as empresas, os cursos oferecidos pelas escolas profissionais atendem de
forma mais eficiente às diferentes necessidades dos negócios.
Outra pesquisa, feita em 2009 pela Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica
(Setec), órgão do Ministério da Educação (MEC), chamada “Pesquisa nacional de egressos”,
revelou também que de cada dez alunos, seis recebem salário na média da categoria. O percentual dos que qualificaram a formação recebida como “boa” e “ótima” foi de 90%.
Ensino Profissionalizante no Brasil e
Necessidade do Livro Didático Técnico
O Decreto Federal nº 5.154/2004 estabelece inúmeras possibilidades de combinar a
formação geral com a formação técnica específica. Os cursos técnicos podem ser ofertados
da seguinte forma:
a)Integrado – Ao mesmo tempo em que estuda disciplinas de formação geral o aluno
também recebe conteúdos da parte técnica, na mesma escola e no mesmo turno.
b)Concomitante – Num turno o aluno estuda numa escola que só oferece Ensino
Médio e num outro turno ou escola recebe a formação técnica.
c) Subsequente – O aluno só vai para as aulas técnicas, no caso de já ter concluído o
Ensino Médio.
Com o Decreto Federal nº 5.840/2006, foi criado o programa de profissionalização
para a modalidade Jovens e Adultos (Proeja) em Nível Médio, que é uma variante da forma
integrada.
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Em 2008, após ser aprovado pelo Conselho Nacional de Educação pelo
Parecer CNE/CEB nº 11/2008, foi lançado o Catálogo Nacional de Cursos
Técnicos, com o fim de orientar a oferta desses cursos em nível nacional.
O Catálogo consolidou diversas nomenclaturas em 185 denominações de
cursos. Estes estão organizados em 13 eixos tecnológicos, a saber:
1. Ambiente e Saúde
2. Desenvolvimento Educacional e Social
3. Controle e Processos Industriais
4. Gestão e Negócios
5. Turismo, Hospitalidade e Lazer
6. Informação e Comunicação
7. Infraestrutura
8. Militar
9. Produção Alimentícia
10. Produção Cultural e Design
11. Produção Industrial
12. Recursos Naturais
13. Segurança.
Para cada curso, o Catálogo estabelece carga horária mínima para a
parte técnica (de 800 a 1 200 horas), perfil profissional, possibilidades de
temas a serem abordados na formação, possibilidades de atuação e infraestrutura recomendada para realização do curso. Com isso, passa a ser um
mecanismo de organização e orientação da oferta nacional e tem função indutora ao destacar novas ofertas em nichos tecnológicos, culturais, ambientais e
produtivos, para formação do técnico de Nível Médio.
Dessa forma, passamos a ter no Brasil uma nova estruturação legal para
a oferta destes cursos. Ao mesmo tempo, os governos federal e estaduais passaram a investir em novas escolas técnicas, aumentando a oferta de vagas.
Dados divulgados pelo Ministério da Educação apontaram que o número de
alunos matriculados em educação profissional passou de 993 mil em 2011
para 1,064 milhões em 2012 – um crescimento de 7,10%. Se considerarmos os
cursos técnicos integrados ao ensino médio, esse número sobe para 1,3 millhões.
A demanda por vagas em cursos técnicos tem tendência a aumentar, tanto
devido à nova importância social e legal dada a esses cursos, como também
pelo crescimento do Brasil.
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Comparação de Matrículas Brasil
Comparação de Matrículas da Educação Básica por Etapa e Modalidade – Brasil, 2011 e 2012.
Matrículas / Ano
Etapas/Modalidades de
Educação Básica
2011
2012
Diferença 2011-2012
Educação Básica
Variação 2011-2012
62 557 263
62 278 216
–279 047
–0,45
Educação Infantil
6 980 052
7 295 512
315 460
4,52%
• Creche
2 298 707
2 540 791
242 084
10,53%
• Pré-escola
4 681 345
4 754 721
73 376
1,57%
Ensino Fundamental
30 358 640
29 702 498
–656 142
–2,16%
Ensino Médio
8 400 689
8 376 852
–23 837
–0,28%
Educação Profissional
993 187
1 063 655
70 468
7,10%
Educação Especial
752 305
820 433
68 128
9,06%
4 046 169
3 861 877
–184 292
–4,55%
EJA
• Ensino Fundamental
2 681 776
2 516 013
–165 763
–6,18%
• Ensino Médio
1 364 393
1 345 864
–18 529
–1,36%
Fonte: Adaptado de: MEC/Inep/Deed.
No aspecto econômico, há necessidade de expandir a oferta desse tipo de curso, cujo
principal objetivo é formar o aluno para atuar no mercado de trabalho, já que falta trabalhador ou pessoa qualificada para assumir imediatamente as vagas disponíveis. Por conta
disso, muitas empresas têm que arcar com o treinamento de seus funcionários, treinamento
este que não dá ao funcionário um diploma, ou seja, não é formalmente reconhecido.
Para atender à demanda do setor produtivo e satisfazer a procura dos estudantes,
seria necessário mais que triplicar as vagas técnicas existentes hoje.
Podemos observar o crescimento da educação profissional no gráfico a seguir:
Educação Profissional
780 162
2007
927 978
2008
1 036 945
2009
* Inclui matrículas de educação profissional integrada ao ensino médio.
1 140 388
2010
Nº de matrículas*
1 250 900
2011
1 362 200
2012
Fonte: Adaptado de: MEC/Inep/Deed.
As políticas e ações do MEC nos últimos anos visaram o fortalecimento, a expansão e
a melhoria da qualidade da educação profissional no Brasil, obtendo, nesse período, um
crescimento de 74,6% no número de matrículas, embora esse número tenda a crescer
ainda mais, visto que a experiência internacional tem mostrado que 30% das matrículas
da educação secundária correspondem a cursos técnicos; este é o patamar idealizado
pelo Ministério da Educação. Se hoje há 1,064 milhões de estudantes matriculados, para
atingir essa porcentagem devemos matricular pelo menos 3 milhões de estudantes em
cursos técnicos dentro de cinco anos.
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Para cada situação pode ser adotada uma modalidade ou forma de Ensino Médio profissionalizante, de forma a atender a demanda crescente. Para os advindos do fluxo regular
do Ensino Fundamental, por exemplo, é recomendado o curso técnico integrado ao Ensino
Médio. Para aqueles que não tiveram a oportunidade de cursar o Ensino Médio, a oferta do
PROEJA estimularia sua volta ao ensino secundário, pois o programa está associado à formação profissional. Além disso, o PROEJA considera os conhecimentos adquiridos na vida
e no trabalho, diminuindo a carga de formação geral e privilegiando a formação específica.
Já para aqueles que possuem o Ensino Médio ou Superior a modalidade recomendada é a
subsequente: somente a formação técnica específica.
Para todos eles, com ligeiras adaptações metodológicas e de abordagem do professor,
é extremamente útil o uso do livro didático técnico, para maior eficácia da hora/aula do
curso, não importando a modalidade do curso e como será ofertado.
Além disso, o conteúdo deste livro didático técnico e a forma como foi concebido reforça a formação geral, pois está contextualizado com a prática social do estudante e relaciona
permanentemente os conhecimentos da ciência, implicando na melhoria da qualidade da
formação geral e das demais disciplinas do Ensino Médio.
Em resumo, há claramente uma nova perspectiva para a formação técnica com base
em sua crescente valorização social, na demanda da economia, no aprimoramento de sua
regulação e como opção para enfrentar a crise de qualidade e quantidade do Ensino Médio.
O Que É Educação Profissional?
O ensino profissional prepara os alunos para carreiras que estão baseadas em atividades mais práticas. O ensino é menos acadêmico, contudo diretamente relacionado com a
inovação tecnológica e os novos modos de organização da produção, por isso a escolarização é imprescindível nesse processo.
Elaboração dos Livros Didáticos Técnicos
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Devido ao fato do ensino técnico e profissionalizante ter sido renegado a segundo plano por muitos anos, a bibliografia para diversas áreas é praticamente inexistente. Muitos
docentes se veem obrigados a utilizar e adaptar livros que foram escritos para a graduação.
Estes compêndios, às vezes traduções de livros estrangeiros, são usados para vários cursos
superiores. Por serem inacessíveis à maioria dos alunos por conta de seu custo, é comum
que professores preparem apostilas a partir de alguns de seus capítulos.
Tal problema é agravado quando falamos do Ensino Técnico integrado ao Médio, cujos
alunos correspondem à faixa etária entre 14 e 19 anos, em média. Para esta faixa etária é
preciso de linguagem e abordagem diferenciadas, para que aprender deixe de ser um simples ato de memorização e ensinar signifique mais do que repassar conteúdos prontos.
Outro público importante corresponde àqueles alunos que estão afastados das salas
de aula há muitos anos e veem no Ensino Técnico uma oportunidade de retomar os estudos
e ingressar no mercado profissional.
O Livro Didático Técnico e o Processo
de Avaliação
O termo avaliar tem sido constantemente associado a expressões como: realizar prova, fazer exame, atribuir notas, repetir ou passar de ano. Nela a educação é concebida como
mera transmissão e memorização de informações prontas e o aluno é visto como um ser
passivo e receptivo.
Avaliação educacional é necessária para fins de documentação, geralmente para embasar objetivamente a decisão do professor ou da escola, para fins de progressão do aluno.
O termo avaliação deriva da palavra valer, que vem do latim vãlêre, e refere-se a ter
valor, ser válido. Consequentemente, um processo de avaliação tem por objetivo averiguar
o "valor" de determinado indivíduo.
Mas precisamos ir além.
A avaliação deve ser aplicada como instrumento de compreensão do nível de aprendizagem dos alunos em relação aos conceitos estudados (conhecimento), em relação ao
desenvolvimento de criatividade, iniciativa, dedicação e princípios éticos (atitude) e ao
processo de ação prática com eficiência e eficácia (habilidades). Este livro didático ajuda,
sobretudo para o processo do conhecimento e também como guia para o desenvolvimento
de atitudes. As habilidades, em geral, estão associadas a práticas laboratoriais, atividades
complementares e estágios.
A avaliação é um ato que necessita ser contínuo, pois o processo de construção de
conhecimentos pode oferecer muitos subsídios ao educador para perceber os avanços e
dificuldades dos educandos e, assim, rever a sua prática e redirecionar as suas ações, se
necessário. Em cada etapa registros são feitos. São os registros feitos ao longo do processo
educativo, tendo em vista a compreensão e a descrição dos desempenhos das aprendizagens dos estudantes, com possíveis demandas de intervenções, que caracterizam o processo avaliativo, formalizando, para efeito legal, os progressos obtidos.
Neste processo de aprendizagem deve-se manter a interação entre professor e aluno,
promovendo o conhecimento participativo, coletivo e construtivo. A avaliação deve ser um
processo natural que acontece para que o professor tenha uma noção dos conteúdos assimilados pelos alunos, bem como saber se as metodologias de ensino adotadas por ele estão
surtindo efeito na aprendizagem dos alunos.
Avaliação deve ser um processo que ocorre dia após dia, visando à correção de erros e encaminhando o aluno para aquisição dos objetivos previstos. A esta correção de rumos, nós chamamos de avaliação formativa, pois serve para retomar o processo de ensino/
aprendizagem, mas com novos enfoques, métodos e materiais. Ao usar diversos tipos de
avaliações combinadas para fim de retroalimentar o ensinar/aprender, de forma dinâmica,
concluímos que se trata de um “processo de avaliação”.
O resultado da avaliação deve permitir que o professor e o aluno dialoguem, buscando
encontrar e corrigir possíveis erros, redirecionando o aluno e mantendo a motivação para o
progresso do educando, sugerindo a ele novas formas de estudo para melhor compreensão
dos assuntos abordados.
Se ao fizer avaliações contínuas, percebermos que um aluno tem dificuldade em
assimilar conhecimentos, atitudes e habilidades, então devemos mudar o rumo das coisas. Quem sabe fazer um reforço da aula, com uma nova abordagem ou com outro colega
professor, em um horário alternativo, podendo ser em grupo ou só, assim por diante.
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Pode ser ainda que a aprendizagem daquele tema seja facilitada ao aluno
fazendo práticas discursivas, escrever textos, uso de ensaios no laboratório,
chegando à conclusão que este aluno necessita de um processo de ensino/aprendizagem que envolva ouvir, escrever, falar e até mesmo praticar
o tema.
Se isso acontecer, a avaliação efetivamente é formativa.
Neste caso, a avaliação está integrada ao processo de ensino/aprendizagem, e esta, por sua vez, deve envolver o aluno, ter um significado com
o seu contexto, para que realmente aconteça. Como a aprendizagem se faz
em processo, ela precisa ser acompanhada de retornos avaliativos visando
a fornecer os dados para eventuais correções.
Para o uso adequado deste livro recomendamos utilizar diversos tipos
de avaliações, cada qual com pesos e frequências de acordo com perfil de
docência de cada professor. Podem ser usadas as tradicionais provas e testes,
mas, procurar fugir de sua soberania, mesclando com outras criativas formas.
Avaliação e Progressão
Para efeito de progressão do aluno, o docente deve sempre considerar os avanços alcançados ao longo do processo e perguntar-se: Este aluno
progrediu em relação ao seu patamar anterior? Este aluno progrediu em
relação às primeiras avaliações? Respondidas estas questões, volta a perguntar-se: Este aluno apresentou progresso suficiente para acompanhar a
próxima etapa? Com isso o professor e a escola podem embasar o deferimento da progressão do estudante.
Com isso, superamos a antiga avaliação conformadora em que eram
exigidos padrões iguais para todos os “formandos”.
Nossa proposta significa, conceitualmente, que ao estudante é dado
o direito, pela avaliação, de verificar se deu um passo a mais em relação
às suas competências. Os diversos estudantes terão desenvolvimentos
diferenciados, medidos por um processo avaliativo que incorpora esta possibilidade. Aqueles que acrescentaram progresso em seus conhecimentos,
atitudes e habilidades estarão aptos a progredir.
A base para a progressão, neste caso, é o próprio aluno.
Todos têm o direito de dar um passo a mais. Pois um bom processo de
avaliação oportuniza justiça, transparência e qualidade.
Tipos de Avaliação
Existem inúmeras técnicas avaliativas, não existe uma mais adequada,
o importante é que o docente conheça várias técnicas para poder ter um conjunto de ferramentas a seu dispor e escolher a mais adequada dependendo
da turma, faixa etária, perfil entre outros fatores.
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Avaliação se torna ainda mais relevante quando os alunos se envolvem na sua própria avaliação.
A avaliação pode incluir:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Observação
Ensaios
Entrevistas
Desempenho nas tarefas
Exposições e demonstrações
Seminários
Portfólio: Conjunto organizado de trabalhos produzidos por um aluno ao longo de um período de tempo.
8. Elaboração de jornais e revistas (físicos e digitais)
9. Elaboração de projetos
10.Simulações
11.O pré-teste
12.A avaliação objetiva
13.A avaliação subjetiva
14.Autoavaliação
15.Autoavaliação de dedicação e desempenho
16.Avaliações interativas
17.Prática de exames
18.Participação em sala de aula
19.Participação em atividades
20.Avaliação em conselho pedagógico – que inclui reunião para avaliação
discente pelo grupo de professores.
No livro didático as “atividades”, as “dicas” e outras informações destacadas poderão resultar em avaliação de atitude, quando cobrado pelo professor
em relação ao “desempenho nas tarefas”. Poderão resultar em avaliações semanais de autoavaliação de desempenho se cobrado oralmente pelo professor
para o aluno perante a turma.
Enfim, o livro didático, possibilita ao professor extenuar sua criatividade em prol de um processo avaliativo retroalimentador ao processo ensino/
aprendizagem para o desenvolvimento máximo das competências do aluno.
Objetivos da Obra
Além de atender às peculiaridades citadas anteriormente, este livro está
de acordo com o Catálogo Nacional de Cursos Técnicos. Busca o desenvolvimento das habilidades por meio da construção de atividades práticas, fugindo da abordagem tradicional de descontextualizado acúmulo de informações.
Está voltado para um ensino contextualizado, mais dinâmico e com o suporte
da interdisciplinaridade. Visa também à ressignificação do espaço escolar, tornando-o vivo, repleto de interações práticas, aberto ao real e às suas múltiplas
dimensões.
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Ele está organizado em capítulos, graduando as dificuldades, numa linha da lógica de
aprendizagem passo a passo. No final dos capítulos, há exercícios e atividades complementares, úteis e necessárias para o aluno descobrir, fixar, e aprofundar os conhecimentos e as
práticas desenvolvidos no capítulo.
A obra apresenta diagramação colorida e diversas ilustrações, de forma a ser agradável e instigante ao aluno. Afinal, livro técnico não precisa ser impresso num sisudo preto-e-branco para ser bom. Ser difícil de manusear e pouco atraente é o mesmo que ter um
professor dando aula de cara feia permanentemente. Isso é antididático.
O livro servirá também para a vida profissional pós-escolar, pois o técnico sempre
necessitará consultar detalhes, tabelas e outras informações para aplicar em situação real.
Nesse sentido, o livro didático técnico passa a ter função de manual operativo ao egresso.
Neste manual do professor apresentamos:
• Respostas e alguns comentários sobre as atividades propostas.
• Considerações sobre a metodologia e o projeto didático.
• Sugestões para a gestão da sala de aula.
• Uso do livro.
• Atividades em grupo.
• Laboratório.
• Projetos.
A seguir, são feitas considerações sobre cada capítulo, com sugestões de atividades
suplementares e orientações didáticas. Com uma linguagem clara, o manual contribui para
a ampliação e exploração das atividades propostas no livro do aluno. Os comentários sobre
as atividades e seus objetivos trazem subsídios à atuação do professor. Além disso, apresentam-se diversos instrumentos para uma avaliação coerente com as concepções da obra.
Referências Bibliográficas Gerais
FREIRE, P. Pedagogia da autonomia: saberes necessários à prática educativa. São Paulo: Paz
e Terra, 1997.
FRIGOTTO, G. (Org.). Educação e trabalho: dilemas na educação do trabalhador. 5. ed. São
Paulo: Cortez, 2005.
BRASIL. LDB 9394/96. Disponível em: <http://www.mec.gov.br>. Acesso em: 23 maio 2009.
LUCKESI, C. C. Avaliação da aprendizagem na escola: reelaborando conceitos e recriando a
prática. Salvador: Malabares Comunicação e Eventos, 2003.
PERRENOUD, P. Avaliação: da excelência à regulação das aprendizagens – entre duas lógicas. Porto Alegre: Artes Médicas Sul, 1999.
ÁLVAREZ MÉNDEZ, J. M. Avaliar para conhecer: examinar para excluir. Porto Alegre:
Artmed, 2002.
10
SHEPARD, L. A. The role of assessment in a learning culture. Paper presented at the Annual
Meeting of the American Educational Research Association. Available at: <http://www.aera.
net/meeting/am2000/wrap/praddr01.htm>.
FUNDAMENTOS DE
BIOQUÍMICA
Orientações gerais
A bioquímica possui uma importância central na formação de estudantes de
diversas áreas profissionais, como a médica, a química, a nutrição, a ciência e a
tecnologia de alimentos, as análises laboratoriais, a biotecnologia, os biocombustíveis, etc. Os profissionais dessas áreas, além de outras, irão utilizar conhecimentos
de bioquímica rotineiramente no exercício de sua profissão. Por esse e por outros
motivos, esses profissionais necessitam de uma sólida formação em bioquímica
básica.
Entretanto, a bioquímica é vista por muitos estudantes como uma disciplina
complexa e de difícil aprendizagem, fazendo com que um grande número de alunos
passe, inclusive, a evitá-la. Realmente, a bioquímica é uma ciência complexa e seu
aprendizado exige esforço e dedicação por parte do estudante, mas o aprendizado
também depende em grande parte da abordagem feita pelo professor e do material
didático utilizado, além, obviamente, do interesse do aluno em querer aprender.
Em relação ao material didático disponível para o ensino da bioquímica, parte
considerável dos livros clássicos apresenta desde o início dos capítulos uma linguagem aprofundada e com grande volume de informações, o que faz com que muitos
estudantes novatos nessa área não consigam compreender de forma satisfatória.
Em razão do exposto, um livro que tenha como foco principal os Fundamentos da
bioquímica, é uma excelente ferramenta no ensino dessa importante disciplina.
O livro Fundamentos de bioquímica é uma obra que, como o próprio nome diz,
trabalha as bases (fundamentos) da bioquímica. O texto apresenta uma abordagem
técnica/científica detalhada dos principais conceitos dessa disciplina, utilizando
uma linguagem acessível sem, no entanto, ser coloquial demais.
Objetivos do material didático
•
Situar a bioquímica dentro do contexto do Universo e da natureza.
•
Caracterizar os principais grupos de biomoléculas (carboidratos, lipídios,
proteínas e ácidos nucleicos).
•
•
•
•
12
Destacar a importância da bioquímica nas diferentes áreas da ciência e da
tecnologia.
Fazer uma introdução ao metabolismo e caracterizar as principais rotas metabólicas da célula.
Analisar de que forma a informação genética da célula é armazenada, transcrita e expressa.
Integrar as informações de diferentes assuntos tratados, proporcionando
uma visão global e interligada de todos os processos bioquímicos que ocorrem na natureza.
Princípios pedagógicos
Este livro faz uma abordagem dinâmica sobre os principais fundamentos da bioquímica.
A metodologia utilizada foi inserir os capítulos em uma sequência lógica que facilita a compreensão da disciplina no contexto geral. Cada capítulo inicia apresentando os conceitos
de forma clara e objetiva e com uma linguagem acessível, no decorrer do texto são feitos os
aprofundamentos necessários. As figuras e os diagramas procuram demonstrar os fenômenos bioquímicos de forma descomplicada, facilitando o processo de ensino-aprendizagem,
além de desenvolver o interesse do estudante por essa fantástica área da ciência. As atividades ao final de cada capítulo apresentam exercícios que estimulam o raciocínio.
Articulação do conteúdo
A bioquímica não é uma ciência isolada, muito pelo contrário. Ela é uma área multidisciplinar, que tem a biologia e a química como suas principais ciências básicas. Em função disso, o ensino da bioquímica pode (e deve) ser contextualizado com outras áreas do
conhecimento, para que o estudante tenha a visão do todo. É interessante que o professor contextualize o ensino da bioquímica (podendo inclusive desenvolver ações com outros
professores), principalmente, com as seguintes áreas: biologia básica, microbiologia, biotecnologia, biologia celular e molecular, química básica, físico-química e biofísica.
Atividades complementares
É desejável que, sempre que possível, sejam desenvolvidas atividades complementares às aulas teóricas.
• Trabalhos em grupo e debates − Ao final de cada capítulo é interessante realizar
uma dinâmica de grupo ou debate sobre os pontos mais importantes, incluindo
aplicações práticas do conteúdo estudado.
• Práticas de laboratório − Na área da bioquímica há uma grande quantidade de
experimentos que podem ser feitos com os alunos no laboratório, desde simples
demonstrações até experimentos mais avançados. Para dar suporte às aulas práticas de bioquímica são sugeridos ao professor os dois livros a seguir:
– BRACHT, A.; ISHII-IWAMOTO, E. L. Métodos de laboratório em bioquímica. 1. ed.
Barueri: Manole, 2010.
– NEPOMUCENO, M. F.; RUGGIERO, A. C. Manual de bioquímica. Ribeirão Preto:
Tecmedd, 2004.
• Vídeos educativos − No site <http://www.youtube.com> há uma grande quantidade de vídeos relacionados à bioquímica, incluindo vários vídeos de animações em
3D. Sugere-se pesquisar os termos em português e inglês, sendo que em inglês o
acervo de vídeos educativos é maior. Com a ajuda de determinados softwares, como
o Free You Tube Download, é possível baixar os vídeos para o computador e assisti-los sem necessidade de acesso à internet.
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• Uso de Softwares − Há diversos softwares que podem ser utilizados no ensino da
bioquímica. Para este livro são sugeridos os seguintes programas:
– ACD/ChemSketch (Versão Gratuita) − Desenho de estruturas químicas em 2
e 3D. Desenvolvido pela Advanced Chemistry Development, Inc. Disponível em:
<http://www.acdlabs.com>.
– HyperChem 8 (Versão de Avaliação) − Visualização e manipulação de moléculas
em 3D. Desenvolvido pela Hypercube, Inc. Disponível em: <http://www.hyper.
com>.
– Inkscape (Programa Gratuito de Código Aberto) − Desenho vetorial. Desenvolvido pela Inkscape. Disponível em: <http://www.inkscape.org>.
Nota: os três softwares citados foram utilizados na elaboração do livro.
• Visitas técnicas sugeridas − As visitas técnicas são sempre interessantes porque
o estudante visualiza várias aplicações práticas dos assuntos vistos em sala de aula.
Entre os locais sugeridos estão os laboratórios de biologia molecular, laboratórios
de análises clínicas, empresas e laboratórios de biotecnologia, indústrias de produtos alimentícios, etc.
Sugestões de leitura
Os livros sugeridos têm o propósito de aprofundar os conhecimentos do professor, enquanto os sites trazem informações atuais e interdisciplinares, possibilitando ao professor
uma visão ampla da bioquímica no contexto das ciências naturais.
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica – bioquímica básica. v. 1. 5. ed. São Paulo:
Thomson Learning, 2007.
_____. Bioquímica – biologia molecular. vol. 2. 5. ed. São Paulo: Thomson Learning, 2007.
_____. Bioquímica – bioquímica metabólica. v. 3. 5. ed. São Paulo: Thomson Learning, 2007.
LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica. 4. ed. São Paulo:
Sarvier, 2006.
VOET, D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Fundamentos de bioquímica. 2. ed. Porto Alegre: Artmed,
2008.
Visão bioquímica
Site (em português) desenvolvido pela Universidade de Brasília.
Endereço: <http://www.bioq.unb.br>.
Inovação Tecnológica
Site (em português) que publica artigos e textos de tudo o que acontece na fronteira
do conhecimento. Engloba diversas áreas do conhecimento.
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Endereço: <http://www.inovacaotecnologica.com.br>.
Scientific American Brasil
Site (em português) que publica artigos e textos de várias áreas do conhecimento.
Também disponível na forma impressa (revista Scientific American Brasil).
Endereço: <http://www2.uol.com.br/sciam>.
The Medical Biochemistry Page
Site (em inglês) que apresenta diversos tópicos de bioquímica. Desenvolvido pela
Indiana University School of Medicine.
Endereço: <http://themedicalbiochemistrypage.org>.
The Virtual Library of Biochemistry, Molecular Biology and Cell Biology
Site (em inglês) que apresenta diversos tópicos de bioquímica em diferentes níveis de
complexidade. É voltado para cientistas, educadores e estudantes em geral.
Endereço: <http://biochemweb.org>.
Sugestão de planejamento
Este livro foi elaborado para dar suporte e ser utilizado entre 60 a 80 horas em sala
de aula. Mas é recomendado que o professor da disciplina complemente as aulas com textos
e atividades extras, em conformidade com a sua maneira de ministrar as aulas, sobretudo
potencializando sua especialização e aplicando sua criatividade em prol do incremento do
ensino-aprendizagem.
Semestre 1
Conteúdo
Capítulo 1 – Introdução aos fundamentos da bioquímica
Capítulo 2 – Aminoácidos e proteínas
Capítulo 3 – Enzimas
Capítulo 4 – Lipídios e membranas biológicas
Capítulo 5 – Carboidratos
Semestre 2
Conteúdo
Capítulo 6 – Metabolismo energético de carboidratos
Capítulo 7 – Ciclo do ácido cítrico, cadeia transportadora e fosforilação oxidativa
Capítulo 8 – Metabolismo energético de lipídios
Capítulo 9 – Metabolismo energético de proteínas
15
Capítulo 10 – Armazenamento e expressão da informação gênica
Os conteúdos a serem abordados, os objetivos de cada tema, bem como as respostas
das atividades de cada capítulo estão descritos detalhadamente neste manual.
Orientações didáticas e respostas das
atividades
Notas sobre as respostas das atividades:
• Nem todas as respostas das atividades são encontradas no livro. O objetivo é incentivar a pesquisa e a investigação por parte do estudante. Para isso, ele poderá utilizar a
internet e também consultar outros livros que abordam o assunto em um nível mais
avançado.
• Nas questões em que a resolução não se limita a respostas técnicas específicas, a
resposta fornecida pelo autor é apenas uma orientação em relação ao tipo de resposta que é esperado, uma vez que se tratam de questões abertas, sujeitas a interpretações diferenciadas por parte de diferentes estudantes.
Capítulo 1
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica inserindo a bioquímica no contexto do Universo, do
surgimento da vida na Terra e da dinâmica celular. Frisar a importância da bioquímica para
o progresso da ciência e da tecnologia. Explicar detalhadamente: as teorias sobre o surgimento das biomoléculas e da vida; importância da célula; propriedades da molécula de
água e sua importância para os processos celulares; importância do estudo da bioquímica
para o futuro profissional e para o crescimento pessoal do estudante. Fazer um fechamento
focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no contexto geral da bioquímica.
Respostas – página 23
1)
16
Estudar bioquímica é importante sob vários aspectos. Primeiramente, ela explica a
vida sob o ponto de vista biológico. Estudando bioquímica conseguimos entender
como a química da vida funciona. Por exemplo, estudando bioquímica conseguimos
compreender como a fotossíntese transforma a energia solar em compostos de alta
energia, que são utilizados pelos seres vivos como alimento. Além do mais, essa disciplina serve como base para outras áreas do conhecimento, como biotecnologia,
tecnologia de alimentos, medicina moderna, etc. Os profissionais dessas e de outras
áreas correlacionadas necessitam de uma sólida formação em bioquímica.
2)
3)
Todos os processos celulares/biológicos encontram explicação na bioquímica. Os processos que ainda não são compreendidos também possuem explicações na bioquímica,
somente não foram elucidados ainda. Como exemplo, podemos citar:
• Como nosso organismo consegue, por meio da respiração, oxidar os nutrientes
oriundos da dieta e transformá-los em energia para todas as nossas atividades.
• De que maneira as plantas conseguem converter gás carbônico e água em glicose,
usando a energia solar.
• A importância de uma dieta equilibrada e diversificada para a manutenção da saúde humana.
• A interação de substâncias tóxicas com nosso organismo, como toxinas microbianas,
vegetais e animais (ex.: veneno de cobra), etanol em excesso (bebidas alcoólicas),
cocaína, etc.
• As funções das mais diversas substâncias que compõe os organismos.
• A ação de substâncias antioxidantes na manutenção da vida na célula.
• As teorias sobre a origem da vida na Terra.
• As causas de várias doenças e como os organismos lutam contra elas.
• O funcionamento de sociedades biológicas altamente sofisticadas (ex.: abelhas, formigas, cupins, etc.).
• O processo de evolução das espécies em nível genético.
• O processo de envelhecimento e morte celular.
• A importância da conservação da natureza e da biodiversidade.
A bioquímica pode ajudar (e ajuda) no desenvolvimento tecnológico da humanidade
de diversas formas, pois ela é uma das principais bases para as áreas de grande desenvolvimento tecnológico atual, como a biotecnologia, os organismos transgênicos,
as células tronco, etc. No desenvolvimento tecnológico, a bioquímica possibilita, por
exemplo:
• Desenvolvimento de novos medicamentos e drogas para o tratamento de doenças.
• Desenvolvimento de novos exames médicos e laboratoriais.
• Elaboração de dietas balanceadas e/ou específicas para humanos e outros animais.
• Criação de alimentos funcionais.
• Obtenção de micro-organismos, plantas e animais transgênicos, com os mais diversos propósitos.
• Sintetizar novos compostos químicos a partir do estudo de substâncias de ocorrência natural.
• Desenvolvimento de novos biocombustíveis.
• Traçar estratégias para a conservação dos recursos naturais.
• Buscar a cura de várias doenças, como o câncer.
• Enfim, desenvolver novas ferramentas biotecnológicas para melhorar a vida do ser
humano.
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6)
7)
18
Entre a matéria inanimada e a matéria viva existem algumas semelhanças
e muitas diferenças. Uma das poucas semelhanças é ambas serem formadas por elementos químicos, dos quais muitos são encontrados nos dois
tipos de matéria. Por exemplo, o hidrogênio (H), o oxigênio (O) e o ferro
(Fe) são encontrados tanto na matéria inanimada quanto na matéria viva.
Entretanto, há enormes diferenças. Na matéria inanimada os elementos
químicos fazem parte de compostos químicos relativamente simples. Nos
seres vivos os elementos químicos são encontrados fazendo parte de grandes e complexas moléculas, muitas das quais interagem entre si. Na matéria viva essas biomoléculas estão organizadas em células, que possuem
propriedades extraordinárias e tornam a vida possível. Ainda, por meio do
material genético os seres vivos se reproduzem e transmitem suas características a seus descendentes.
Na matéria inanimada os elementos químicos fazem parte de substâncias relativamente simples e homogêneas. Na matéria viva esses mesmos
elementos químicos estão em uma forma altamente organizada, fazendo
parte de grandes moléculas complexas (biomoléculas) das quais algumas
são polímeros, como o DNA e as proteínas. Resumindo, a diferença está no
grau de organização dos elementos químicos.
Porque a estrutura da matéria viva tem como base o elemento químico carbono, e prova disso é que ele está presente em todas as biomoléculas conhecidas. Isso se deve a algumas propriedades únicas desse elemento químico, como a capacidade de se ligar a outros átomos de carbono formando
grandes cadeias moleculares, que podem ter diferentes graus de ramificação. O carbono também é tetravalente, ou seja, pode fazer quatro ligações
químicas covalentes, que podem ser quatro ligações simples, dois ligações
duplas ou um ligação tripla com outra ligação simples. Outra característica
fundamental, é que quando o carbono faz quatro ligações simples com radicais (grupos químicos) diferentes, ele se torna um carbono assimétrico,
originando compostos isômeros, que possuem a mesma fórmula molecular, mas arranjo tridimensional diferente. E na grande maioria dos casos, a
conformação espacial das moléculas é essencial para os processos celulares.
A célula é a unidade básica de que são compostos todos os seres vivos, com
exceção dos vírus. Ela é formada por uma bicamada lipídica (membrana
plasmática) que contém em seu interior uma solução aquosa (citosol) na
qual se encontram todas as suas biomoléculas. Algumas células possuem
núcleo (eucarióticas) e células mais primitivas não (procarióticas). Ela é
conhecida como o “tubo de ensaio da vida” devido ao fato de que quase a
totalidade dos processos químicos e bioquímicos ocorre dentro dela. Sem
célula não haveria vida. O nome vem do latim cellula, que quer dizer cela,
compartimento. Em alguns organismos, a célula é o próprio ser vivo (unicelular), enquanto que em organismos mais complexos trilhões de células
compõem um único ser vivo (pluricelular).
8)
9)
A água é uma molécula que possui propriedades únicas. É conhecida como “solvente
universal” devido ao seu poder de dissolver as mais diversas substâncias orgânicas e
inorgânicas, apesar de não dissolver tudo. Primeiramente, a água é o meio onde as reações químicas e as interações bioquímicas acontecem, pois para que haja uma reação
entre duas moléculas estas precisam se encontrar. A grande capacidade da água de
funcionar como um ótimo solvente é devido ao seu caráter polar e à geometria da molécula, que faz com que as cargas elétricas parciais não se anulem. Assim, a molécula
de água possui carga parcial positiva na região dos hidrogênios e carga parcial negativa na região do oxigênio. A capacidade da água de formar pontes de hidrogênio entre
si e com outras biomoléculas também é de fundamental importância, pois possibilita
os processos celulares e estabiliza algumas biomoléculas, como ocorre com a dupla
fita do DNA.
• Biotecnologia − Produção de plantas e animais transgênicos, engenharia genética,
etc.
•
Área médica − Reprodução humana, células tronco, mecanismos de novas doenças
(ex.: príons), testes de DNA, etc.
10) • Crescimento pessoal − Entender como a natureza e os seres vivos funcionam;
compreender a lógica por trás de processos biológicos complexos, como o processo
de geração de energia celular a partir da oxidação dos alimentos que ingerimos.
•
Futuro profissional − Diversas áreas profissionais necessitam de uma base sólida
em conhecimentos de bioquímica, e quanto mais bem preparado estiver o profissional, melhores serão suas chances de sucesso.
11) A grande capacidade calorífica da água provém basicamente das pontes de hidrogênio
existentes entre as suas moléculas, o que exige grandes quantidades de energia para
permitir mudanças na sua temperatura. Em uma situação hipotética, na qual o poder
calorífico da água fosse reduzido a 1/3, as consequências mais imediatas seriam:
• Grande dificuldade dos organismos homeotérmicos de manter sua temperatura corporal em ambientes quentes. No calor, esses organismos teriam que perder
constantemente grandes quantidades de água pela transpiração para evitar que a
temperatura corporal aumentasse. Como o poder calorífico da água caiu para 1/3,
a quantidade de água perdida pelo suor teria que ser três vezes maior, podendo
levar rapidamente à desidratação. Obs.: em ambientes frios esses organismos, provavelmente, não teriam grandes dificuldades de manter seu corpo aquecido, pois
ao mesmo tempo em que o corpo perdesse calor aceleradamente e assim baixasse
sua temperatura, o metabolismo energético desses seres vivos conseguiria aumentar a temperatura corporal rapidamente, visto que também necessitaria “queimar”
apenas 1/3 das calorias para fazer a temperatura corporal subir de novo.
• A evaporação da água ocorreria em uma intensidade muito maior, criando rapidamente condições adversas para as plantas e para os organismos que vivem no solo
(bactérias, fungos, etc.).
• Em condições muito frias, a água congelaria muito mais rápido, o que causaria a
morte de organismos aquáticos, assim como de uma grande diversidade de vegetais que não sobreviveria em condições de congelamento.
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• Possivelmente, a quantidade de chuvas seria maior, visto que a quantidade de água
evaporada também seria maior.
• Várias outras consequências menos diretas. A vida na Terra depende de um grande equilíbrio. A mudança de apenas uma propriedade física da molécula de água
alteraria de forma drástica as condições de vida de praticamente todos os seres
vivos. Isso ocorre porque toda a vida no planeta evoluiu e se adaptou em torno das
características específicas da água. É claro que o quadro descrito anteriormente é
hipotético, mas serve para ilustrar o delicado equilíbrio existente entre os aspectos
bioquímicos da vida.
12) Os feromônios são substâncias químicas excretadas por membros de várias espécies,
sendo reconhecidos por outros integrantes da mesma espécie. Esses compostos já foram identificados em espécies de plantas e em alguns vertebrados, mas é entre os insetos que esse mecanismo de sinalização química encontra-se amplamente presente e
documentado. Os feromônios são classificados segundo sua finalidade, estando entre
os mais comuns os feromônios de atração sexual, alarme, agregação dos membros da
espécie, territorial, demarcação de trilhas (particularmente comum entre as formigas), alteração comportamental, etc. Muitos feromônios são neurotransmissores. Ao
que tudo indica esses verdadeiros mensageiros químicos são a base da comunicação
(comunicação química) de organismos que vivem em sistema de sociedade, como os
insetos. Sem esse sistema de sinalização, com certeza sociedades altamente organizadas e complexas como as abelhas, cupins e formigas não existiriam da forma como as
conhecemos hoje.
Capítulo 2
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre o papel das proteínas na célula e suas principais características. Explicar detalhadamente: estrutura dos aminoácidos; importância dos
aminoácidos essenciais; estruturas das proteínas (primária, secundária, terciária e quaternária); importância da desnaturação proteica para a célula e para os processos tecnológicos
na indústria. Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo
no contexto geral da bioquímica.
Respostas – página 36
1)
20
Bioquimicamente, não há diferença entre proteínas de origem vegetal e proteínas de
origem animal. Em relação às diferenças, produtos de origem vegetal contêm bem menos proteínas em relação aos produtos de origem animal. Alimentos como a carne contêm aproximadamente 16 a 22% de proteína, enquanto na maioria das frutas e verduras
esse percentual dificilmente ultrapassa os 2%. Outra diferença marcante está no perfil
de aminoácidos, sendo que proteínas de origem animal, geralmente, são mais ricas em
aminoácidos essenciais do que as proteínas vegetais, ou seja, as proteínas animais são
de alto valor biológico, enquanto as proteínas vegetais possuem baixo valor biológico.
Entretanto, a ingestão de proteína vegetal vem acompanhada de fibras e de uma
menor proporção de gordura.
2)
Aminoácidos são as unidades básicas (monômeros) das proteínas. Quimicamente, é
um composto orgânico que possui um carbono assimétrico* (denominado carbono α)
ligado a um grupo funcional carboxila (–COOH), a um grupo funcional amino (–NH2)**,
a um átomo de H e mais a um radical variável, denominado cadeia lateral ou grupo R.
Cada aminoácido possui um grupo R único que o diferencia dos demais. Existem 20
aminoácidos que são codificados pelo código genético universal, sendo que alguns
deles sofrem transformações químicas após sua síntese na célula, originando outros
aminoácidos.
* A exceção é o aminoácido glicina, no qual o radical R também é um átomo de H.
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8)
** A exceção é o aminoácido prolina, que possui o grupo imino (–NH–) no lugar do
grupo –NH2.
São aqueles que não são sintetizados pelo corpo humano. Dos 20 aminoácidos, nove
são essenciais. Em alguns casos de doenças específicas, mais sete aminoácidos podem
tornar-se essenciais. Uma vez que o organismo necessita de todos os aminoácidos,
mas só consegue sintetizar 11, os outros nove, ditos essenciais, precisam ser necessariamente adquiridos por meio da alimentação. Uma dieta pobre em aminoácidos
essenciais pode levar ao surgimento de diversas doenças.
Caso houvesse a incorporação de D-aminoácidos durante a síntese proteica, a proteína resultante teria uma estrutura tridimensional diferente da proteína composta somente por L-aminoácidos. Como consequência, a atividade biológica da proteína seria
afetada, uma vez que a função das proteínas depende diretamente de sua estrutura
espacial (formato tridimensional).
Isso é possível porque não é só a composição de aminoácidos que define a característica de determinada proteína, mas, basicamente, a sequência em que esses aminoácidos
estão dispostos ao longo da estrutura primária da proteína. Por exemplo, o peptídeo
Ala-Met-Pro-Ser-His é diferente do peptídeo Pro-Met-Ala-His-Ser, embora ambos sejam
compostos pelos mesmos aminoácidos.
A estrutura primária das proteínas é a sequência em que os aminoácidos estão dispostos. Sequências diferentes originam estruturas tridimensionais diferentes, que originam proteínas distintas, obviamente com atividades biológicas (ex.: atividade enzimática) diferentes. Por exemplo, um gene codifica para que em determinada enzima
ocorra uma mutação que tenha como consequência a troca de um aminoácido na enzima resultante, é possível que a enzima resultante perca sua atividade biológica. Isso
vai depender de como a troca desse aminoácido vai influenciar na estrutura terciária
da enzima.
A estrutura tridimensional das proteínas é fundamental para sua atividade biológica.
A principal atividade biológica das proteínas é a atividade catalítica, que possui um
sítio ativo em conformação tridimensional característica. Se a conformação espacial
da proteína é perdida, sua atividade biológica também será.
A desnaturação das proteínas é utilizada em muitos processos tecnológicos, especialmente quando essas proteínas são enzimas. Como exemplo, podemos citar:
• Destruição de micro-organismo pelo calor, pois a perda da atividade enzimática
causa sua morte.
21
• Destruição de enzimas prejudiciais em sucos de frutas.
• Precipitação das proteínas do leite para fabricação de queijo.
9)
• Clarificação de sucos de frutas.
• Outros.
As proteínas estruturais geralmente possuem formato alongado, fibroso e atividade
estrutural de sustentação. Já as proteínas com atividade biológica, em especial as enzimas, possuem formato globular, com formato tridimensional único, requerido para
a atividade catalítica.
10) Porque em uma única célula ocorrem centenas ou milhares de reações químicas simultaneamente, sendo que basicamente todas essas reações químicas são catalisadas
por proteínas com poder catalítico, ou seja, enzimas. Uma vez que a atividade das
enzimas é altamente específica, e cada reação ou grupo de reações estão intimamente
relacionados é necessário que para cada x reações químicas diferentes existam x enzimas diferentes.
Capítulo 3
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre energia de ativação nas reações químicas e o
papel dos catalisadores biológicos nas reações químicas da célula. Explicar detalhadamente: propriedades das enzimas; nomenclatura das enzimas; mecanismo de ação enzimática;
fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas; funcionamento e importância da
regulação da atividade enzimática na célula. Fazer um fechamento focando nos pontos mais
importantes do tema e situá-lo no contexto geral da bioquímica.
Respostas – página 51
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Funcionar como catalisadores biológicos, acelerando a velocidade das reações químicas. Sem a ação das enzimas as reações químicas na célula seriam demasiadamente
lentas, e muitas nem iriam ocorrer. Basicamente, a função das enzimas é possibilitar
que as reações químicas na célula ocorram em velocidade compatível com a dinâmica
da vida biológica.
Diminuindo a energia de ativação daquela reação química. As enzimas propiciam o
encontro dos substratos ao posicioná-los adequadamente ou, no caso da reação possuir apenas um substrato, posicioná-lo de tal maneira que a reação química aconteça
muito rapidamente, mediante um “posicionamento ótimo”.
Definitivamente, não. Isso porque sem esses extraordinários catalisadores biológicos
as reações químicas na célula seriam lentas demais para sua sobrevivência, sendo que
muitas reações químicas nem iriam chegar a ocorrer. Por exemplo, para uma célula
muscular realizar o processo de contração muscular, ela necessita de grande quantidade de energia, que precisa ser instantaneamente disponibilizada. Isso só é possível
porque a oxidação da glicose ocorre mediante catálise enzimática.
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As enzimas são proteínas que possuem atividade catalítica, ou seja, aceleram
reações químicas. Entretanto, nem todas as proteínas fazem isso. Há outros grupos
de proteínas, como as estruturais, que possuem função estrutural (ex.: proteínas
miofibrilares).
Vitaminas são compostos orgânicos que necessitam ser ingeridas em pequena
quantidade por meio da dieta. Deficiências vitamínicas provocam o surgimento de
doenças. A principal função de muitas vitaminas é atuar como coenzimas, que são
cofatores enzimáticos. A deficiência de determinada vitamina vai comprometer o
funcionamento da enzima em que ela atua como coenzima.
Devido à desnaturação proteica. A desnaturação proteica não é um processo gradual, mas acima de determinada temperatura crítica ocorre muito rapidamente.
Por isso, a atividade enzimática diminui bruscamente acima de sua temperatura
ótima de atuação, até parar completamente.
Assim como a temperatura, o pH afeta a velocidade das reações enzimáticas. Cada
enzima possui um pH ótimo de atuação, um valor máximo e um valor mínimo.
O perfil de ionização de grupos químicos nos aminoácidos muda em diferentes
pH, modificando sua estrutura terciária, fazendo com que a velocidade das reações químicas por eles catalisadas seja diretamente alterada.
Porque aumentando a concentração do substrato, chegará o ponto em que todas
as enzimas estarão catalisando as reações em sua velocidade máxima, e a adição
de substrato em excesso não irá aumentar mais a velocidade da reação química
em questão.
• Inibição Competitiva − Ocorre quando determinados compostos que possuem
estrutura similar ao substrato ligam-se ao sítio ativo da enzima e bloqueiam o
acesso do substrato a este local. Nessa situação, o inibidor compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima. É possível aumentar a velocidade da reação mediante o aumento da concentração do substrato e quando a sua concentração
for suficientemente superior à concentração do inibidor, a velocidade da reação
atinge a velocidade máxima observada na ausência desse inibidor.
•
Inibição Não Competitiva − Nesse tipo de inibição a substância inibidora
não compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima. O inibidor interage
diretamente com o complexo enzima-substrato, mas não interage com a enzima livre. Ao contrário do que ocorre na inibição competitiva, nesse caso não
é possível atingir a velocidade máxima da reação pelo aumento da concentração do substrato.
10) O metabolismo celular (todas as reações químicas) ocorre de forma coordenada
e em velocidade controlada também. Isso significa que as reações químicas ocorrem, basicamente, segundo as necessidades da célula para aquele instante. Como
as reações químicas da célula são mediadas pelas enzimas, são elas que têm a sua
atividade catalítica altamente regulada. Há vários mecanismos que regulam a atividade das enzimas, ativando ou inibindo a sua ação. Se não fosse assim, a célula
não conseguiria fazer seus processos celulares de maneira organizada, as reações
químicas iriam ocorrer rapidamente e de maneira desordenada, causando o
colapso da célula.
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Capítulo 4
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre a definição de lipídios, suas principais características e funções na célula. Frisar a importância do cuidado com os lipídios na dieta, principalmente dos triglicerídeos, colesterol e gordura trans. Explicar detalhadamente: diferenças entre óleos e gorduras; estrutura e propriedades dos ácidos graxos; nomenclatura dos
ácidos graxos; ácidos graxos essenciais; propriedades e funções dos triglicerídeos; caráter
anfipático dos ácidos graxos e suas consequências; formação das membranas biológicas;
principais características da bicamada lipídica para a membrana plasmática das células.
Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no contexto
geral da bioquímica.
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Basicamente, ela precisa ser apolar. Os lipídios não são caracterizados por nenhum
grupo funcional específico. Essas biomoléculas de estrutura química variada compartilham a característica de serem praticamente insolúveis em água, mas muito solúveis
em solventes orgânicos, como acetona, éter e clorofórmio. A sua insolubilidade em
água é, aliás, a característica mais marcante dos lipídios como um todo. Óleos são lipídios que estão na fase líquida à temperatura ambiente, enquanto que as gorduras
encontram-se solidificadas nessa temperatura. Portanto, o ponto de fusão dos óleos é
menor em relação às gorduras, devido ao fato de apresentar maior grau de insaturações na sua molécula.
O interesse por biocombustíveis está aumentando em nível global, e este já é produzido em escala comercial e misturado aos combustíveis fósseis, especialmente ao óleo
diesel. Por razões tecnológicas (mas também econômicas), a matéria-prima para a
produção dos biocombustíveis é o óleo vegetal. Estes sofrem um processo químico
adequado para se transformarem em combustível e serem utilizados em motores de
combustão. O Brasil, em função de sua grande área agrícola, já produz uma enorme
quantidade de óleo vegetal, especialmente óleo de soja. Além disso, o Brasil também
produz quantidades consideráveis de óleo de girassol, milho, canola, arroz, mamona,
etc. Uma vez que a demanda por biocombustíveis aumente consideravelmente nas
próximas décadas, os óleos vegetais possuem importância central, pois deverá haver
oferta dessa matéria-prima além de muita pesquisa para aperfeiçoar o processo de
transformação dos óleos vegetais em biocombustíveis de alto desempenho.
Os ácidos graxos trans são raros na natureza, pois a dupla ligação dos ácidos graxos
insaturados ocorre na forma cis. A origem dos ácidos graxos trans nos alimentos deve-se a processos químicos de processamento de lipídios, como na fabricação de margarinas. Os ácidos graxos trans possuem ação no organismo semelhante às gorduras
saturadas, elevando o nível da lipoproteína LDL e baixando o nível da lipoproteína
HDL. Há fortes indícios relacionando a ingestão de ácidos graxos trans com doenças
cardiovasculares. Além disso, existem evidências de que os ácidos graxos trans interferem no metabolismo dos ácidos graxos essenciais.
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Compostos que possuem em sua molécula regiões apolares e regiões polares
são conhecidos como moléculas anfipáticas, sendo os ácidos graxos um exemplo típico. As moléculas anfipáticas possuem comportamentos característicos,
como intercalar-se entre duas fases de uma mistura, possibilitando a formação
de emulsões pela formação de pequenas micelas. Além disso, são utilizadas na
fabricação de sabões devido a serem ótimas removedoras de óleos e gorduras,
justamente por dissolverem uma substância lipídica (óleo ou gordura) em solução aquosa. O caráter anfipático também permite a formação de bicamadas
lipídicas, a membrana plasmática das células é o exemplo clássico, nas quais os
fosfolipídios são os mais abundantes.
A forma mais eficiente de armazenar nutrientes com o objetivo posterior de
obter energia é na forma de gordura, principalmente por fornecer mais do que
o dobro de energia (9 kcal/g) em relação às proteínas (4 kcal/g) e aos carboidratos (4 kcal/g). Outra vantagem é que devido ao caráter apolar dos lipídios,
os depósitos desses compostos possuem baixo teor de hidratação (depósitos
anidros), reduzindo consideravelmente a massa total por quantidade de energia
armazenada. Em comparação com o glicogênio (altamente hidratado), a mesma
quantidade de gordura armazenada fornece em média 10 vezes mais energia
por unidade de massa.
Porque no processo de fabricação de sabão a partir de lipídios (saponificação)
o ácido graxo é removido do glicerol e recebe a adição de um cátion monovalente, geralmente Na+, que em solução aquosa se ioniza, conferindo ao sabão um
caráter anfipático. O sabão forma uma camada na interface óleo/água, com a
cauda apolar voltada para a gordura e com a polar voltada para o meio externo,
interagindo com o meio aquoso, removendo, assim, os lipídios.
O colesterol está presente na membrana plasmática das células animais e também é precursor de hormônios. Entretanto, sua ingestão em excesso por meio
da alimentação, geralmente, causa formação de depósitos de lipídios que obstruem os vasos sanguíneos (aterosclerose), podendo causar complicações cardiovasculares. O colesterol não é essencial na dieta, pois é sintetizado pelo fígado. Entretanto, uma pessoa pode ter complicações causadas pelo colesterol
mesmo não o ingerindo na alimentação. Nesse caso, uma doença faz com que o
fígado sintetize colesterol em excesso.
Assim como os ácidos graxos, os fosfolipídios são moléculas anfipáticas. Para separar duas fases, a região polar da molécula precisa estar em contato com a fase
aquosa. Em um sistema bifásico, no qual uma fase é aquosa e a outra lipídica,
forma-se uma monocamada de uma substância anfipática no meio. Entretanto,
na célula tanto a sua parte interna quanto a externa é aquosa, nesse caso uma
monocamada anfipática não consegue se estabelecer. Nessa condição, surge
uma segunda camada, formando uma bicamada, que no caso das membranas
biológicas é composta por fosfolipídios. As partes apolares das duas camadas
estão voltadas para o interior da bicamada enquanto que a parte polar de ambas
as camadas de fosfolipídios está voltada para fora da bicamada, em contato com
o meio aquoso. Dessa maneira, as membranas biológicas separam de maneira
extremamente eficiente a célula do meio externo.
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9)
Modificando o grau de insaturação dos fosfolipídios que compõe a membrana
plasmática. Para adaptar-se a temperaturas mais baixas, o grau de insaturação
é aumentado, para evitar a solidificação dos fosfolipídios, enquanto que para
adaptar-se a temperaturas mais altas, o grau de insaturação é diminuído, para
que a fluidez da membrana não aumente de maneira excessiva, prejudicando
a permeabilidade seletiva que ela possui.
10) Quanto maior o grau de insaturação dos ácidos graxos, maior será a velocidade de sua oxidação. Em carnes congeladas, o fator determinante para o prazo
de validade é a degradação da gordura, uma vez que nessa temperatura não
há multiplicação microbiana. Portanto, quanto mais rápido a gordura for oxidada, mais rápido a carne perderá seu sabor e aroma característico.
Capítulo 5
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre a origem dos carboidratos na fotossíntese e sua importância nos mais variados contextos da vida celular. Traçar um
panorama sobre o fluxo de energia ao longo da cadeia alimentar, desde o armazenamento da energia solar em moléculas de alta energia até sua conversão em ATP no
metabolismo celular. Explicar detalhadamente: estrutura química e propriedades
dos monossacarídeos; diferenças entre aldoses e cetoses; importância da ciclização
dos monossacarídeos; diferenças entre os monossacarídeos D e L; diferenças entre os monossacarídeos α e β; ligação glicosídica; composição e propriedades dos
principais oligossacarídeos e polissacarídeos; conceito e importância dos açúcares
redutores. Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e
situá-lo no contexto geral da bioquímica.
Respostas – página 80
1)
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3)
26
Porque o nome açúcares é reservado aos carboidratos que possuem sabor
doce. E apenas os carboidratos quimicamente mais simples possuem sabor
doce. Carboidratos complexos, como o amido e a celulose, não possuem
sabor doce.
São moléculas formadas por um esqueleto carbônico com múltiplas hidroxilas
ligadas a essa cadeia, além de um grupo funcional carbonila, que pode ser um
aldeído (originando poli-hidroxi-aldeídos) ou uma cetona (originando poli-hidroxi-cetonas). Os carboidratos mais simples possuem de 3 a 7 átomos de
carbono, e são chamados de monossacarídeos. Carboidratos mais complexos
são polímeros compostos de monossacarídeos.
Os carboidratos desempenham diversas funções na célula. Basicamente, eles
possuem função energética, estrutural e de sinalização química. Como fonte
de energia, os carboidratos são oxidados e a energia química armazenada em
suas ligações químicas é liberada e temporariamente armazenada na forma de
ATP, para servir como “pacotes de energia” para futuros processos celulares.
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Nesse sentido, a glicose é a principal fonte de energia para a célula. Em vários
alimentos a glicose está armazenada na forma de um grande polímero: o amido,
que é a base da alimentação humana. Os carboidratos também têm a capacidade de formar polímeros que possuem uma estrutura bastante rígida, como a
celulose e a lignina. Esses polímeros são a base de sustentação de todas as plantas. Quando ligados às proteínas (formando glicoproteínas), os carboidratos
também exercem funções de mensageiros químicos e sítios de reconhecimento
molecular para outras biomoléculas na superfície das células.
Ambos possuem na molécula múltiplas hidroxilas e o grupo funcional carbonila. Entretanto, nas aldoses a carbonila é o grupo funcional aldeído (–CHO)
e nas cetoses a carbonila é o grupo funcional cetona (–C–CO–C–).
Utilizando enzimas que são capazes de reconhecer e diferenciar isômeros D e L.
Isso é possível porque a conformação espacial de cada isômero é diferente, permitindo a diferenciação.
Açúcar redutor é o carboidrato que, em reações de oxirredução, funciona como
agente redutor, ou seja, sofre oxidação. Nos monossacarídeos, todos são redutores. Para os demais carboidratos, o açúcar é considerado redutor quando pelo
menos uma unidade monossacarídica não estiver com seu carbono anomérico
fazendo parte da ligação glicosídica. Em outros termos, pelo menos um carbono
anomérico precisa dispor de uma hidroxila livre. A maltose e a lactose são açúcares redutores, pois em ambas o carbono anomérico da glicose (C-1) está com o
grupo –OH livre.
Porque essas pessoas possuem uma deficiência na produção da enzima lactase,
que faz a hidrólise da lactose no intestino delgado. Como a lactose não pode
ser absorvida diretamente, ela é fermentada por micro-organismos, originando
gases e outros desconfortos intestinais, os quais podem incluir a diarreia.
É o tipo de ligação química entre seus monômeros (glicose), no amido a ligação
é do tipo α-1,4, enquanto que na celulose a ligação é do tipo β-1,4. Em outras
palavras, o amido é constituído de α-D-glicose, enquanto que a celulose é constituída de moléculas de β-D-glicose.
Tanto o amido quanto a celulose são constituídos do monômero D-glicose.
Entretanto, o amido é composto pela α-D-glicose, enquanto que a celulose é
composta pela β-D-glicose. Como consequência, as ligações químicas nos dois
polissacarídeos são diferentes, e a quebra dessas ligações requer enzimas diferentes. Os humanos não possuem a enzima para quebrar a ligação β-1,4. Curiosamente, outros animais, como os ruminantes e os cupins, também não produzem essa enzima, mas ela é produzida por bactérias que vivem no seu sistema
intestinal, possibilitando a esses animais alimentar-se de celulose, como gramíneas no caso dos ruminantes e madeira no caso dos cupins.
10) Serve como reserva energética. A sua degradação origina moléculas de glicose,
que são rapidamente metabolizadas pela célula liberando energia que é convertida em moléculas de ATP.
27
11) A função do malte na produção de cerveja é servir como fonte de açúcares fermentáveis. A malteação é necessária porque a levedura Saccharomyces cerevisiae consegue metabolizar açúcares simples, mas não carboidratos complexos, como é o caso
do amido. Bioquimicamente, isso decorre do fato dessa levedura não possuir as enzimas (amilases) para converter o amido em açúcares mais simples. A malteação começa com a umidificação dos grãos de cevada em grandes tanques, com o objetivo de
promover a sua germinação sob condições controladas. No processo de germinação
ocorrem inúmeras e complexas reações bioquímicas. No que se refere à produção da
cerveja, os processos bioquímicos mais importantes envolvem a síntese de um grande número de enzimas (sendo as mais importantes a alfa-amilase e a beta-amilase)
e o início da solubilização do amido, causado pelas amilases. Durante o processo de
fabricação da cerveja, as enzimas sintetizadas durante a malteação irão intensificar a
quebra do amido em açúcares fermentáveis. Se o processo de germinação não fosse
realizado, a concentração de amilases seria insuficiente para promover a posterior
quebra do amido em açúcares simples.
Capítulo 6
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre o metabolismo celular, destacando sua lógica
de funcionamento e o acoplamento entre anabolismo e catabolismo. Frisar a importância
do metabolismo de carboidratos para suprir a demanda energética da célula. Explicar detalhadamente: definição de rota metabólica; propriedades e funções das principais coenzimas que atuam no metabolismo celular; sequência de reações e rendimento energético da
glicólise; destino do piruvato na presença e na ausência de O2; reserva energética de carboidratos em animais e vegetais; glicogênese e glicogenólise. Fazer um fechamento focando
nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no contexto geral da bioquímica.
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28
A palavra metabolismo vem do grego metabolismos, que significa transformação.
O metabolismo refere-se ao conjunto de todas as reações químicas que ocorrem na
célula. O catabolismo engloba todas as reações de decomposição, enquanto o anabolismo inclui todas as reações de síntese de novos compostos.
Toda a energia que é utilizada pelos seres vivos (com exceção dos quimioautotróficos) vem do sol, na forma de energia solar. A energia solar é armazenada nas ligações
químicas de compostos ricos em energia, no processo de fotossíntese, realizado pelas
plantas verdes, cianobactérias e algumas algas. Todos os demais seres vivos que não
realizam a fotossíntese assimilam esses compostos ricos em energia por meio da nutrição. Posteriormente, esses compostos são oxidados e a energia solar armazenada é
liberada e utilizada para realizar todos os processos celulares.
Via metabólica, também chamada de rota metabólica, compreende um conjunto de
reações químicas (mediadas por enzimas) interligadas, ou seja, que funcionam em
sequência, sendo que o produto de cada reação será o substrato da reação seguinte.
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Na célula muitas rotas metabólicas são complexas e interligadas com outras rotas,
formando uma rede metabólica. As vias metabólicas podem ser lineares (ex.: glicólise)
ou em ciclos (ex.: ciclo do ácido cítrico).
O ATP (trifosfato de adenosina) é essencial à sobrevivência da célula, tanto que essa
molécula está universalmente presente em todas as células. A sua função chave é atuar
como um transportador de energia durante o metabolismo, armazenando temporariamente a energia gerada pelo catabolismo (ex.: oxidação da glicose). A transferência
de energia (entre catabolismo e anabolismo) não pode ser feita diretamente, e um dos
principais motivos é que as reações catabólicas e anabólicas muitas vezes não ocorrem simultaneamente. A energia liberada pela quebra de compostos ricos em energia
precisa ser temporariamente “armazenada” e estar disponível para ser prontamente
utilizada de acordo com as necessidades da célula. Aliado a isso, se a energia da decomposição desses compostos fosse liberada diretamente, a maior parte seria na forma de energia térmica, e a célula entraria em colapso.
As coenzimas atuam na atividade enzimática. Basicamente, sua função é ativar o funcionamento de determinadas enzimas. Qualquer grupo químico que esteja associado
à enzima para que esta seja biologicamente ativa, é chamado de cofator. Quando o
cofator é uma substância orgânica é chamado de coenzima. As principais coenzimas
são as vitaminas. A coenzima mais importante no metabolismo celular é a adenosina
trifosfato, mais conhecida por ATP. Os cofatores ficam posicionados na região do sítio
ativo da enzima, e sua função é atuar como transportador de grupos químicos.
Porque na presença de O2 a glicose pode ser completamente oxidada, fornecendo grande quantidade de energia na forma de ATP. Entretanto, em condições de anaerobiose a
glicose não pode ser oxidada. Nesse caso, ocorre o processo de fermentação alcoólica
ou láctica, originando etanol e ácido lático, respectivamente. Assim, nos processos fermentativos, a maior parte da energia presente na glicose permanece armazenada nos
produtos da reação (etanol ou ácido lático).
A maquinaria enzimática disponível para cada rota metabólica em questão. Em última
análise, vai depender do conteúdo genético do organismo. Por exemplo, a levedura
Saccharomyces cerevisiae é capaz de realizar a fermentação alcoólica porque ela possui o código genético para tal finalidade.
A atividade da glicólise baseia-se, principalmente, na necessidade energética da
célula. Quando a célula necessita de energia a via é ativada, caso contrário é inibida.
A grande vantagem deste controle está na eficiência energética celular, ou seja, a taxa
de atividade da via flutua de acordo com a demanda energética da célula.
Quimicamente, não há diferença. O glicogênio hepático é armazenado no fígado, enquanto que o glicogênio muscular é armazenado no tecido muscular estriado. A função do
glicogênio hepático é manter a glicemia (taxa de glicose no sangue), necessária para o
bom funcionamento de determinados tipos de células (como os neurônios) que utilizam
exclusivamente a glicose para a obtenção de energia. A função do glicogênio muscular
é de reserva energética para o processo de contração muscular. Quando a atividade do
músculo é intensa e há necessidade de energia extra, as células musculares iniciam a
degradação anaeróbia do glicogênio muscular.
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10) Para permitir o aporte de glicose a determinados tipos de célula, que obtêm energia
exclusivamente pela oxidação da glicose. Quando a glicemia é muito baixa pode ocorrer falta de glicose para essas células, causando vários tipos de danos celulares.
11) Sem fotossíntese, não haveria mais conversão da energia solar em compostos de alta
energia (energia química). Com isso, todos os seres vivos heterotróficos do planeta
não teriam mais alimento. Inicialmente, todas as plantas morreriam, pois não teriam
mais a capacidade de “fabricar” seu próprio alimento. Posteriormente, quando todas
as reservas de alimento fossem consumidas, as espécies heterotróficas simplesmente
iriam morrer de fome. Este quadro hipotético ilustra bem como a vida na Terra depende de um delicado equilíbrio, bastando apenas um único processo bioquímico
(fotossíntese) desaparecer para a vida no planeta entrar em colapso. Apesar de possível, este evento parece ser muito improvável de ocorrer.
Capítulo 7
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica do ciclo do ácido cítrico e do seu papel central nas
principais rotas metabólicas. Destacar a função do ciclo do ácido cítrico na respiração celular. Explicar detalhadamente: importância das mitocôndrias para o ciclo do ácido cítrico; sequência de reações e regulação do ciclo do ácido cítrico; cadeia transportadora de elétrons;
fosforilação oxidativa; balanço energético do ciclo do ácido cítrico. Fazer um fechamento
focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no contexto geral da bioquímica.
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3)
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30
Primeiramente, essa rota recebe o nome de ciclo porque opera em um ciclo de reações, sendo que o produto da última reação (oxaloacetato) funciona como substrato
para a primeira reação dessa via. Recebe o nome ácido cítrico porque o produto da
primeira reação do ciclo é o citrato (ácido cítrico). Essa via também é chamada de ciclo
de Krebs, em homenagem ao seu descobridor: Hans Adolf Krebs.
O ciclo do ácido cítrico possui uma importância chave para várias rotas metabólicas
devido ao fato de que ele é uma via central, que interliga várias rotas anabólicas e catabólicas, formando uma rede metabólica.
No ciclo do ácido cítrico não há produção de ATP. A energia fica retida nas coenzimas
NADH e FADH2, que em seguida serão oxidadas a NAD+ e FAD na cadeia transportadora
de elétrons, na qual haverá produção de ATP. A energia para cada volta do ciclo dessa
rota metabólica é conservada na forma de 3 NADH, 1 FADH2 e uma molécula de GTP.
A cadeia transportadora de elétrons faz a transferência dos elétrons armazenados nas
coenzimas NADH e FADH2 para o oxigênio, absorvendo a maior parte da energia presente nos elétrons, que é utilizada para criar um gradiente de prótons, que posteriormente servirá para a síntese de ATP. Caso não houvesse a cadeia transportadora de
elétrons, estes seriam diretamente cedidos ao oxigênio, liberando grande quantidade
de energia na forma de calor e não produzindo energia na forma de ATP.
5)
Ser o aceptor final de elétrons e de átomos de hidrogênio.
7)
Para transferir a maior parte de sua energia para essas moléculas intermediárias, que
utilizam essa energia para criar um gradiente de prótons que será utilizado posteriormente para sintetizar ATP na fosforilação oxidativa. Se os elétrons fossem transferidos
diretamente para o O2, a energia seria liberada na forma de calor, o qual, além de não
gerar ATP, poderia levar a célula à morte devido à grande produção de calor.
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9)
Porque o metabolismo celular é altamente coordenado, possuindo uma dinâmica
em que os processos celulares ocorrem na medida em que são necessários à célula.
O ciclo do ácido cítrico é uma via metabólica central, funcionando como via para
a síntese de novos compostos, como na geração de energia na forma de ATP. Para
garantir uma alta eficiência energética na célula, a geração de ATP é diretamente
proporcional às necessidades energéticas da célula para aquele instante. Seria um
desperdício de energia caso o ciclo do ácido cítrico estivesse em alta taxa de atividade e a célula não necessitasse de grandes quantidades de ATP naquele instante, ao
mesmo tempo que processos celulares que demandam grande quantidade de ATP
seriam prejudicados se simultaneamente não ocorresse um aumento na taxa de atividade do ciclo do ácido cítrico.
A velocidade com que a célula consegue fazer esses processos é muito maior quando
ele ocorre no interior da mitocôndria. Isso se deve ao fato da mitocôndria possuir uma
enorme superfície de contato para realizar essas reações, por meio de suas invaginações (dobras) internas. Aliado a isso, uma célula eucariótica típica possui milhares de
mitocôndrias, conseguindo gerar muita energia em curto espaço de tempo. Muitos
organismos eucarióticos até seriam viáveis sem mitocôndrias, mas muitos seres vivos,
especialmente os animais, seriam profundamente afetados. Não seria possível, por
exemplo, que as contrações musculares fossem tão vigorosas.
O gradiente de prótons, criado durante a cadeia transportadora de elétrons, também
denominado gradiente de pH, produz uma diferença de voltagem entre a matriz mitocondrial (cargas negativas) e o espaço intermembrana (cargas positivas). A fosforilação oxidativa é a fosforilação do ADP (formando ATP) durante a reentrada dos prótons
na matriz mitocondrial, aproveitando a energia potencial eletroquímica acumulada
pela alta concentração de prótons no espaço intermembrana.
10) Na oxidação completa da glicose, temos:
• Cada molécula de NADH gera 3 ATP;
• Cada molécula de FADH2 gera 2 ATP.
Etapa
Glicólise
Descarboxilação oxidativa do
piruvato
Ciclo do ácido cítrico (para as duas
moléculas de piruvato)
Total
Produtos formados
Nº de ATPs
2 ATP + 2 NADH
8
2 NADH
6
6 NADH x 3 ATP = 18 ATP
2 FADH2 x 2 ATP = 4 ATP
24
2 GTP = 2 ATP
38
31
Na célula eucariótica, a geração de ATP na oxidação da glicose é somente 36 ATP, porque a entrada do piruvato, fosfato e ADP na mitocôndria ocorrem mediante gasto de
ATP, pois utilizam moléculas transportadoras que usam a energia armazenada no gradiente eletroquímico de prótons. Como na célula procariótica não há mitocôndrias, o
ciclo do ácido cítrico e a fosforilação oxidativa ocorrem no citoplasma e o rendimento
energético é 2 ATP maior.
11) As bactérias foram os primeiros organismos vivos propriamente ditos da Terra. No início, não havia oxigênio atmosférico e toda a energia das bactérias anaeróbias vinha da
glicólise, que independe de O2. Com o surgimento das bactérias fotossintetizantes, muito lentamente grandes quantidades de O2 foram acumulados na atmosfera terrestre.
O aparecimento de uma substância gasosa com grande potencial oxidante (oxigênio)
permitiu o surgimento de vias catabólicas com uma eficiência energética muito maior
que a glicólise, uma vez que agora os compostos ricos em energia podiam ser completamente oxidados. Nascia a respiração celular, que engloba, além de outras rotas, o ciclo
do ácido cítrico e a fosforilação oxidativa. A respiração celular se mostrou tão eficiente
que o processo evolutivo o conserva até hoje. Acredita-se que a evolução para seres vivos eucariontes e multicelulares só foi possível com o surgimento da respiração celular.
De fato, durante aproximadamente 2 bilhões de anos as bactérias foram os únicos habitantes da Terra, e o aparecimento de organismos mais complexos está temporalmente
ligado ao surgimento da respiração celular. O acúmulo de oxigênio na atmosfera também permitiu o surgimento da camada de ozônio, que foi fundamental para proteger os
organismos da radiação ultravioleta vinda do Sol.
Capítulo 8
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre o papel dos diferentes lipídios no metabolismo
celular. Frisar a importância dos lipídios como reserva energética para os animais, demonstrando a vantagem no rendimento energético no catabolismo dos lipídios em comparação
aos carboidratos e às proteínas. Explicar detalhadamente: absorção dos lipídios da dieta;
transporte dos lipídios na corrente sanguínea; função das diferentes lipoproteínas; degradação dos triacilgliceróis endógenos; catabolismo dos ácidos graxos; balanço energético da
β-oxidação dos ácidos graxos; relação entre triglicerídeos, colesterol e doenças cardiovasculares. Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no
contexto geral da bioquímica.
Respostas – página 115
1)
32
Porque os lipídios são compostos altamente reduzidos, que por oxidação liberam
grande quantidade de energia. Carboidratos e proteínas, por exemplo, contêm múltiplos grupos contendo oxigênio, ou seja, são altamente oxidados. Outro motivo é que
os lipídios, por serem moléculas altamente apolares, são armazenados de forma praticamente anidra (não hidratado). Carboidratos, por outro lado, são armazenados de
forma hidratada, ou seja, parte considerável da massa do glicogênio armazenado é
água. Como consequência, o rendimento energético por unidade de massa é consideravelmente menor.
2)
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Porque são moléculas altamente apolares, não podem ser livremente transportadas
pelo sangue, que é uma solução aquosa polar. Os lipídios são transportados associados
com proteínas carregadoras.
Esta informação, da forma como é colocada, apresenta um erro conceitual. LDL e HDL
não são “tipos” de colesterol, mas sim lipoproteínas que estão associadas ao transporte
do colesterol no sangue.
Como o colesterol e outros lipídios, como os triglicerídeos, não se dissolvem em solução aquosa, necessitam de moléculas transportadoras quando estão sendo transportados pelo sangue. Essas moléculas transportadoras são as lipoproteínas. As três
principais lipoproteínas são: VLDL (Very low-density lipoprotein), LDL (Low-density
lipoprotein) e HDL (High-density lipoprotein).
A lipoproteína VLDL carrega triglicerídeos e um pouco de colesterol, enquanto que
a lipoproteína LDL carrega principalmente colesterol e um pouco de triglicerídeos.
Ambas levam o colesterol para as células e facilitam a deposição de gordura nos vasos
sanguíneos. Elevadas concentrações dessas duas lipoproteínas estão relacionadas à
deposição de gordura nas paredes dos vasos, formando placas de gordura (aterosclerose). A aterosclerose diminui o fluxo de sangue e a elasticidade das artérias, podendo
levar ao infarto, AVC, etc.
Já a lipoproteína HDL é responsável por retirar o excesso de colesterol das células e das
placas arteriais, transportando-o até o fígado, onde é excretado.
Resumindo, quanto menor a concentração de LDL e quanto maior a concentração de
HDL, menor será o risco de aterosclerose.
A expressão em si está correta, pois o colesterol é um lipídio de origem animal. Entretanto, nenhum tipo ou marca de óleo vegetal possui colesterol, o que mostra que se
caracteriza como uma propaganda enganosa ao consumidor, porque um consumidor
que não tenha conhecimento sobre as fontes de colesterol pode ser levado a pensar
que determinada marca de óleo vegetal que não possui esta expressão contenha colesterol, o que não é verdade.
Mitocôndrias e peroxissomos.
A rota metabólica é realizada nos peroxissomos. Nesse caso, não há cadeia transportadora de elétrons, ou seja, os elétrons são cedidos diretamente ao oxigênio. Como não há
cadeia transportadora de elétrons, não há produção de ATP, e a energia dos elétrons é
liberada na forma de calor.
Não exige. Porque a β-oxidação não oxida os ácidos graxos até CO2 e H2O. O seu produto
são moléculas de Acetil-CoA, que apenas na sua posterior oxidação total irão requerer
O2 (como aceptor final de elétrons).
Na β-oxidação dos ácidos graxos, a cada ciclo da reação a cadeia carbônica perde 2 carbonos (com a formação de Acetil-CoA) e produz 1 molécula de NADH e 1 molécula de
FADH2. Um ácido graxo de 16 carbonos irá completar 7 ciclos, produzindo 8 moléculas
de Acetil-CoA, 7 moléculas de NADH e 7 moléculas de FADH2. Sabe-se que na oxidação
posterior (ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa) a produção de energia para
cada molécula é a seguinte: Acetil-CoA = 10 ATP; NADH = 2,5 ATP; FADH2 = 1,5 ATP.
33
Sabe-se, ainda, que para ativar o ácido graxo 2 ATPs são gastos no início do processo. Sendo assim, temos:
Rendimento da β-oxidação
Molécula
Nº de moléculas
Nº de ATPs
Acetil-CoA
8
80
NADH
7
17,5
FADH2
7
10,5
Gasto
2
Total líquido de ATPs gerado: 106 ATPs
Capítulo 9
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre a importância do metabolismo das proteínas
para o perfeito funcionamento dos processos celulares. Destacar o ciclo de nitrogênio na
natureza, incluindo a fixação de nitrogênio em moléculas orgânicas a partir do N2 atmosférico. Explicar detalhadamente: degradação dos aminoácidos; meia-vida das proteínas;
aminoácidos excedentes; importância dos aminoácidos essenciais para a síntese de novas
proteínas. Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo
no contexto geral da bioquímica.
Respostas – página 120
1)
2)
3)
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34
Porque somente esses micro-organismos possuem a maquinaria enzimática para
realizar esse processo. Em outras palavras, são programados geneticamente para
possuir tal capacidade.
É o tempo em que a concentração da proteína diminui 50%. Em outras palavras,
é o tempo em que metade das moléculas de determinada proteína é degradada.
A meia-vida das proteínas apresenta ampla variação, desde alguns minutos (enzimas descarboxilases) até três meses (hemoglobina). Constantemente, proteínas
estão sendo degradadas e sintetizadas na célula. Na medida em que a proteína é
degradada, novas moléculas são sintetizadas para manter a concentração da proteína constante na célula. As enzimas reguladoras e as proteínas defectivas são as que
apresentam, geralmente, meia-vida muito curta. Os mecanismos exatos que controlam velocidades diferentes de degradação para cada proteína ainda não são totalmente conhecidos, mas sabe-se que há uma relação com a atividade da proteína, ou
seja, em proteínas muito ativas (ex.: enzimas) a meia-vida geralmente é muito curta.
Não. No processo de degradação e síntese de proteínas sempre há um excesso de
aminoácidos, que são oxidados para gerar energia. E quando os carboidratos não
conseguem suprir a demanda de energia, a célula degrada proteínas e oxida seus
aminoácidos para prover energia na forma de ATP.
Os aminoácidos utilizados para a síntese de proteínas se originam de proteínas que
são degradadas e de aminoácidos livres que são adquiridos por meio da alimentação. Como a proporcionalidade de aminoácidos entre as proteínas degradadas
e a síntese de novas proteínas é diferente, há sempre um excesso. Em outros termos, o perfil de aminoácidos das proteínas que estão sendo degradadas não é o
mesmo do conjunto de aminoácidos necessários para a síntese de novas proteínas.
5)
6)
7)
8)
9)
Como os aminoácidos excedentes não podem ser armazenados pela célula, eles são
oxidados e o nitrogênio residual excretado pelo ciclo da ureia.
A soja in natura possui vários fatores antinutricionais, e dentre eles estão os inibidores de proteases (principalmente inibidor de tripsina e inibidor de quimiotripsina),
que são moléculas que inibem as enzimas proteolíticas. Essas moléculas inibidoras
também são enzimas, e na soja protegem o alto teor proteico contra a proteólise.
Com o tratamento térmico da soja os inibidores de proteases são inativados e a
digestibilidade das proteínas da soja aumenta consideravelmente.
Porque diferentes aminoácidos possuem diferentes radicais R laterais. Com isso,
cada tipo de aminoácido é uma molécula específica, ou seja, a degradação dos
aminoácidos envolve dezenas de substratos (aminoácidos) diferentes. Como
consequência, reações químicas específicas são necessárias em cada caso.
As bases nitrogenadas que compõe o material genético (DNA e RNA) não provêm
dos aminoácidos originados do catabolismo das proteínas.
Porque os aminoácidos possuem estrutura química variada, não sendo possível que
todos sigam uma mesma via metabólica, utilizando as mesmas enzimas. Além disso,
durante o metabolismo dos aminoácidos excedentes, estes poderão ser usados para
a síntese de compostos variados, exigindo uma via metabólica específica em cada
caso.
A amônia é muito mais tóxica em relação à ureia. Por isso, a excreção direta da amônia
é feita comumente pelas espécies aquáticas, pois a grande disponibilidade de água
possibilita sua diluição sem efeitos tóxicos. Aves e répteis não têm muita disponibilidade de água, e convertem o nitrogênio em ácido úrico (pouco tóxico), sendo este excretado pelas fezes. A conversão de amônia em ureia envolve considerável gasto energético, mas ainda assim este mecanismo é vantajoso por permitir sua excreção pelos
mamíferos utilizando pequenas quantidades de água, ou seja, de forma concentrada.
Dessa forma, esse processo poupa muita água aos animais, característica altamente
vantajosa durante o processo evolutivo.
Capítulo 10
Orientações
Fazer uma abordagem dinâmica sobre o papel central do material genético para o
armazenamento e a expressão das informações gênicas da célula. Destacar o grande avanço científico nas duas últimas décadas na biologia molecular e a importância desse avanço
em diferentes áreas, como a biotecnologia e a medicina moderna. Fazer um prognóstico
sobre os principais avanços da genômica para os próximos anos. Explicar detalhadamente: características do DNA e RNA; definição e propriedades dos nucleotídeos; dupla hélice
do DNA; complementariedade de bases nucleotídicas; diferentes tipos de RNA, incluindo suas funções; estrutura e tamanho dos genomas em diferentes espécies; replicação e
transcrição do DNA; tecnologia da replicação in vitro do DNA (amplificação do DNA por
reações de PCR); síntese de proteínas. Fazer um fechamento focando nos pontos mais
importantes do tema e situá-lo no contexto geral da bioquímica.
35
Respostas – página 135
1)
2)
As funções chave do material genético são: armazenar e transmitir as informações
genéticas.
Semelhanças:
• As duas moléculas formam polímeros (são grandes biomoléculas).
• As duas moléculas em conjunto formam o material genético da célula.
Diferenças:
• O DNA apresenta-se na forma de dupla fita, o RNA encontra-se na forma de fita
simples.
• No RNA a timina é substituída pelo nucleotídeo uracila.
• A molécula de DNA é mais estável do que a de RNA.
• O DNA armazena a informação genética, o RNA transmite essa informação durante
a síntese de proteínas.
4)
A dupla fita de DNA é estabilizada por pontes de hidrogênio entre nucleotídeos adjacentes. Entre os nucleotídeos citosina e guanina são estabelecidas três pontes de
hidrogênio, enquanto que entre os nucleotídeos timina e adenina são estabelecidas
duas pontes de hidrogênio. A grande vantagem do DNA ser constituído na forma de
dupla fita é que a sua estabilidade seja consideravelmente maior em relação à sua
molécula na forma de fita simples. Além do mais, a taxa de mutações é muito menor,
uma vez que enzimas específicas conferem se o pareamento de bases está correto e,
no caso de estar errado, este será corrigido inserindo o nucleotídeo correto.
3)
5)
6)
36
• No DNA o açúcar do nucleotídeo é uma desoxirribose, no RNA o açúcar é uma ribose.
O dogma central da biologia molecular foi descrito, inicialmente, em 1958, por Francis
Crick, em uma tentativa de correlacionar o DNA com o RNA e as proteínas. O dogma
consiste em: replicação do DNA; transcrição do DNA em RNA mensageiro; tradução
do RNA mensageiro em uma proteína. Atualmente, sabe-se que o dogma original está
incompleto, pois algumas descobertas feitas posteriormente mostraram que alguns
processos não seguem exatamente esse dogma. Por exemplo: em alguns tipos de vírus
e plantas o RNA pode se replicar, e em alguns tipos de vírus o RNA pode ser transcrito
originando DNA.
A sequência dos nucleotídeos. Assim como nas proteínas, a sequência com que os
monômeros estão dispostos é que determina o código.
Por meio de um processo conhecido como transcrição. Nesse processo, uma das fitas
de DNA é usada como molde para sintetizar moléculas de RNA. O processo inicia com
a abertura da dupla fita de DNA pela enzima helicase, que rompe as pontes de hidrogênio fazendo com que as duas fitas se separem provisoriamente. Após, outra enzima,
denominada RNA polimerase, liga-se a uma das fitas simples de DNA (fita molde) e
começa a percorrer (“deslizar”) a molécula de DNA, sintetizando uma fita de RNA com
base na sequência de nucleotídeos do DNA molde. A RNA polimerase vai percorrendo
a fita molde de DNA até encontrar uma sequência específica de nucleotídeos, quando
se solta do DNA e libera a molécula de RNA recém-sintetizado.
7)
8)
9)
São mutações no código genético do DNA, mas que não alteram a sequência de aminoácidos na proteína resultante. Essas mutações podem ocorrer tanto em regiões codificadoras quanto não codificadoras do DNA. Quando ocorrem em regiões codificadoras, referem-se, geralmente, a mutações de apenas uma base nucleotídica, na qual
o códon resultante irá originar o mesmo aminoácido. Em um primeiro momento, as
mutações silenciosas não trazem nenhuma consequência direta sobre as características do organismo, mas como possuem efeito cumulativo (permanecem no genoma)
no decorrer da evolução possuem grande importância, pois são uma grande fonte de
variabilidade genética.
Com técnicas adequadas, utilizando a biologia molecular, é possível fazer a replicação
in vitro do DNA, de forma semelhante como o processo ocorre na célula. Entretanto,
na replicação in vitro, uma única sequência de DNA origina, tipicamente, bilhões de cópias, sendo por esse motivo também chamada de amplificação do DNA. Os processos
de amplificação de DNA se prestam para duas funções: análises genéticas e engenharia genética.
Basicamente, o termociclador é um equipamento que possui um bloco metálico com
um sistema de aquecimento que varia a temperatura em função do tempo na forma
de ciclos, conforme o padrão de aquecimento/resfriamento programado pelo usuário.
O bloco metálico possui um conjunto de furos, nos quais são encaixados microtubos
de plástico contendo a solução para a amplificação do DNA. A reação de PCR é a reação
de amplificação de fragmentos específicos do DNA. Cada ciclo da PCR é composto por
três diferentes faixas de temperatura. No início do ciclo a temperatura é elevada para
94-99 °C, e o objetivo é separar a dupla fita de DNA. Posteriormente, o bloco é resfriado até aproximadamente 45-58 °C, e o objetivo é o anelamento dos primers (iniciadores) à fita simples de DNA. Finalmente, a temperatura é elevada para 62-65 °C, com o
objetivo de fazer a amplificação das fitas simples de DNA. Em cada ciclo, o número de
fragmentos de DNA amplificados dobra. Uma reação de PCR típica possui de 25 a 35
ciclos. O termociclador é um equipamento de uso rotineiro em laboratórios de biologia molecular. É fundamental em testes genéticos, sequenciamento de genomas e em
processos de engenharia genética.
10) Desde a década de 1990, a biologia molecular e a biotecnologia de maneira geral vêm
alcançando avanços gigantescos. A velocidade com que esses avanços estão acontecendo é cada vez maior. Tudo indica que em um futuro próximo a medicina, por exemplo, será baseada no código genético de cada indivíduo, pois cada ser humano terá seu
genoma sequenciado. Em relação à biotecnologia, haverá uma grande quantidade de
bactérias, fungos, plantas e animais transgênicos, com as mais diversas finalidades.
Por outro lado, todo esse avanço precisa ser feito com segurança, para evitar consequências indesejáveis e altamente prejudiciais à biodiversidade terrestre.
11) A grande vantagem é que as mutações pontuais (que alteram apenas uma única base)
nem sempre alteram a sequência de aminoácidos da proteína. Por exemplo, o aminoácido histidina pode ser codificado tanto pelo códon CAU quanto pelo códon CAC.
Supondo que em determinado gene o aminoácido histidina seja codificado pelo códon
CAU, se ocorrer uma mutação na qual a uracila é substituída pela citosina, não haverá
prejuízo para a codificação do aminoácido em questão.
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12) Ao mesmo tempo em que a metionina e o triptofano são os únicos aminoácidos que
possuem apenas um códon cada um, também são os aminoácidos menos abundantes
encontrados nas proteínas de maneira geral. Supõe-se que estes dois fatos estejam relacionados, e que as mutações nesses códons ao longo do processo evolutivo tenham
sido as responsáveis por baixar a frequência desses aminoácidos nas proteínas. Caso
esses dois aminoácidos possuíssem hoje vários códons possíveis cada um, a probabilidade de mutações pontuais modificar a sequência de aminoácidos nas proteínas seria
substancialmente menor. Por outro lado, as mutações nem sempre são prejudiciais.
Aliás, são fundamentais para que o processo evolutivo prossiga.
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