Manual do Professor
Fundamentos de Bioquímica
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Manual do Professor
1. 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.
Fundamentos de Bioquímica
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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.
1.1 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;
• 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%.
Fundamentos de Bioquímica
• Maior rapidez para adentrar ao mercado de trabalho;
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2. 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.
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 12 eixos tecnológicos, a saber:
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1. Ambiente, Saúde e Segurança
2. Apoio Educacional
3. Controle e Processos Industriais
4. Gestão e Negócios
5. 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.
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 na educação profissionalizante passou de 693 mil em
2007 para 795 mil em 2008 – um crescimento de 14,7%. A demanda por
vagas em cursos técnicos tem tendência para aumentar, tanto devido à nova
importância social e legal dada a esses cursos, como também pelo crescimento do Brasil.
COMPARAÇÃO DE MATRÍCULAS BRASIL
Comparação de Matrículas da Educação Básica por Etapa e Modalidade – Brasil, 2007 e 2008.
Etapas/Modalidades de
Educação Básica
Matrículas / Ano
2007
2008
Diferença 2007-2008
Variação 2007-2008
Educação Básica
53.028.928
53.232.868
203.940
0,4
Educação Infantil
6.509.868
6.719.261
209.393
3,2
• Creche
1.579.581
1.751.736
172.155
10,9
• Pré-escola
4.930.287
4.967.525
37.238
0,8
32.122.273
32.086.700
–35.573
–0,1
8.369.369
8.366.100
–3.269
0,0
693.610
795.459
101.849
14,7
Ensino Fundamental
Ensino Médio
Educação Profissional
Educação Especial
348.470
319.924
–28.546
–8,2
EJA
4.985.338
4.945.424
–39.914
–0,8
• Ensino Fundamental
3.367.032
3.295.240
–71.792
–2,1
• Ensino Médio
1.618.306
1.650.184
31.878
2,0
Fonte: Adaptado de: MEC/Inep/Deed.
Para atender à demanda do setor produtivo e satisfazer a procura dos
estudantes, seria necessário mais que triplicar as vagas técnicas existentes
hoje.
Outro fator que determina a busca pelo ensino técnico é ser este
uma boa opção de formação secundária para um grupo cada vez maior de
estudantes. Parte dos concluintes do Ensino Médio (59% pelo Censo Inep,
2004), por diversos fatores, não buscam o curso superior. Associa-se a isso a
escolarização líquida do Ensino Fundamental, que está próxima de 95%, e a
escolarização bruta em 116% (Inep, 2007), mostrando uma pressão de entrada no Ensino Médio,
pelo fluxo quase regular dos que o concluem.
Escolarização líquida é a relação entre a popuA escolarização líquida do Ensino
Médio em 2009 foi de 53%, enquanto a bruta foi
de 84% (Inep, 2009), o que gera um excedente
de alunos para esta etapa.
lação na faixa de idade própria para a escola e o
número de matriculados da faixa. Escolarização
bruta é a relação entre a população na faixa
adequada para o nível escolar e o total de matriculados, independente da idade.
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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 esse que não dá
ao funcionário um diploma, ou seja, não é formalmente reconhecido.
Atualmente, o número de matriculados no Ensino Médio está em torno de
9 milhões de estudantes. Se considerarmos o esquema a seguir, concluímos que
em breve devemos dobrar a oferta de Nível Médio, pois há 9,8 milhões de alunos
com fluxo regular do Fundamental, 8 milhões no excedente e 3,2 milhões que
possuem o Ensino Médio, mas não têm interesse em cursar o Ensino Superior.
Além disso, há os que possuem curso superior, mas buscam um curso técnico
como complemento da formação.
Com curso
Superior
Interessados com
Ensino Fundamental
PROEJA
Estimativa 8 milhões.
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Integração
Subsequente
Com Ensino Médio
3,2 milhões.
Técnico
Ensino Fundamental
116% bruta
94,6% líquida (2007)
9,8 milhões
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 795 mil estudantes matriculados, para atingir
essa porcentagem devemos matricular pelo menos três milhões de estudantes em
cursos técnicos dentro de cinco anos.
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.
3. O Que É Educação Profissionalizante?
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.
4. Elaboração dos Livros Didáticos
Técnicos
5. 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.
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Fundamentos de Bioquímica
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.
Fundamentos de Bioquímica
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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. Pode
ser ainda que a aprendizagem daquele tema seja facilitada ao aluno fazendo práticas discursivas, escrever textos, uso de ensaios no laboratório, chegando a 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.
5.1 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 as 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.
5.2 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.
Avaliação se torna ainda mais relevante quando os alunos se envolvem na sua própria
avaliação.
1. Observação
2. Ensaios
3. Entrevistas
4. Desempenho nas tarefas
5. Exposições e demonstrações
6. Seminários
7. 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
Fundamentos de Bioquímica
A avaliação pode incluir:
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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.
6. Objetivos da Obra
Fundamentos de Bioquímica
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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.
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.
7. 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.
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>.
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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.
Fundamentos de Bioquímica
8. Orientações ao Professor
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.
8.1 Objetivos do Material Didático
•
Situar a Bioquímica dentro do contexto do universo e da natureza.
•
Destacar a importância da Bioquímica nas diferentes áreas da ciência e da tecnologia.
•
Caracterizar os principais grupos de biomoléculas (carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos).
•
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.
8.2 Princípios Pedagógicos
Fundamentos de Bioquímica
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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.
8.3 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.
8.4 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 abaixo:
– 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.
•
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>.
– 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.
8.5 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.
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Fundamentos de Bioquímica
– HyperChem 8 (Versão de Avaliação) − visualização e manipulação
de moléculas em 3D. Desenvolvido pela Hypercube, Inc. disponível
em: <http://www.hyper.com>.
Livros
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica – Bioquímica Básica. vol. 1.
5. ed. São Paulo: Thomson Learning, 2007.
_____. Bioquímica – Biologia molecular. vol. 2. 5. ed. São Paulo: Thomson
Learning, 2007.
_____. Bioquímica – Bioquímica Metabólica. vol. 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.
Sites
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.
Endereço: <http://www.inovacaotecnologica.com.br>
Scientific American Brasil
Fundamentos de Bioquímica
14
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>
8.6 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
Capítulo 10 – Armazenamento e Expressão da Informação Gênica
9. 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.
Fundamentos de Bioquímica
Os conteúdos a serem abordados, os objetivos de cada tema, bem como
as respostas das atividades de cada capítulo estão descritos detalhadamente no
item 9 deste manual.
15
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) 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.
Fundamentos de Bioquímica
16
2)
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.
4)
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.
5)
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.
6)
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 4 ligações químicas covalentes, que podem ser 4 ligações simples, 2 ligações duplas ou 1 ligação tripla
com outra ligação simples. Outra característica fundamental, é que quando o carbono
faz 4 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.
17
Fundamentos de Bioquímica
3)
Fundamentos de Bioquímica
18
7)
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)
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.
9)
• 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 3 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.
• 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.
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.
19
Fundamentos de Bioquímica
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.
Respostas – página 36
1) 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.
** A exceção é o aminoácido prolina, que possui o grupo imino (–NH–) no lugar do
grupo –NH2.
3)
São aqueles que não são sintetizados pelo corpo humano. Dos 20 aminoácidos, 9 são
essenciais. Em alguns casos de doenças específicas, mais 7 aminoácidos podem tornar-se
essenciais. Uma vez que o organismo necessita de todos os aminoácidos, mas só consegue
sintetizar 11, os outros 9, ditos essenciais, precisam ser necessariamente adquiridos por
meio da alimentação. Uma dieta pobre em aminoácidos essenciais pode levar ao surgimento de diversas doenças.
4)
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).
5)
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.
6)
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.
Fundamentos de Bioquímica
20
7)
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.
8)
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.
• Destruição de enzimas prejudiciais em sucos de frutas.
• Clarificação de sucos de frutas.
• Precipitação das proteínas do leite para fabricação de queijo.
• Outros.
9)
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.
21
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
1) 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.
2)
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”.
Fundamentos de Bioquímica
Capítulo 3
3)
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.
4)
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).
5)
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.
6)
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.
7)
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.
8)
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.
9)
• 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.
Fundamentos de Bioquímica
22
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.
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.
Respostas − página 65
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.
2)
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.
23
Fundamentos de Bioquímica
1)
3)
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.
4)
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.
5)
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.
6)
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.
7)
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.
Fundamentos de Bioquímica
24
8)
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.
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
Respostas – página 80
1) 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.
2)
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.
25
Fundamentos de Bioquímica
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.
3)
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. 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.
4)
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–).
5)
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.
6)
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.
7)
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.
8)
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.
9)
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.
Fundamentos de Bioquímica
26
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.
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.
2)
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.
3)
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. 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).
Fundamentos de Bioquímica
Respostas – página 97
1) 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.
27
Fundamentos de Bioquímica
28
4)
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.
5)
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.
6)
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).
7)
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.
8)
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.
9)
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.
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.
Respostas – página 107
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.
2)
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.
3)
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 1 molécula de GTP.
4)
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.
29
Fundamentos de Bioquímica
1)
Fundamentos de Bioquímica
30
6)
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.
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.
8)
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.
9)
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
Produtos formados
Glicólise
2 ATP + 2 NADH
Nº de ATPs
8
Descarboxilação oxidativa
2 NADH
do piruvato
6
6 NADH x 3 ATP = 18 ATP
Ciclo do ácido cítrico (para
as duas moléculas de 2 FADH2 x 2 ATP = 4 ATP
piruvato)
2 GTP = 2 ATP
24
Total
38
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
Respostas – página 115
1) 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.
Fundamentos de Bioquímica
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.
31
2)
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 carreadoras.
3)
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 3 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.
4)
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.
5)
Mitocôndrias e peroxissomos.
6)
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.
7)
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).
8)
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.
Sabe-se, ainda, que para ativar o ácido graxo 2 ATPs são gastos no início do processo.
Sendo assim, temos:
Fundamentos de Bioquímica
32
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
Porque somente esses micro-organismos possuem a maquinaria enzimática para realizar esse processo. Em outras palavras, são programados geneticamente para possuir tal
capacidade.
2)
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 3 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.
3)
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.
4)
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. Como os aminoácidos excedentes não podem ser armazenados
pela célula, eles são oxidados e o nitrogênio residual excretado pelo ciclo da ureia.
33
Fundamentos de Bioquímica
1)
Fundamentos de Bioquímica
34
5)
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.
6)
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.
7)
As bases nitrogenadas que compõe o material genético (DNA e RNA) não provêm dos
aminoácidos originados do catabolismo das proteínas.
8)
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.
9)
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.
Respostas – página 135
1) 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 DNA o açúcar do nucleotídeo é uma desoxirribose, no RNA o açúcar é uma
ribose.
• 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.
3)
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.
4)
A dupla fita de DNA é estabilizada por pontes de hidrogênio entre nucleotídeos adjacentes. Entre os nucleotídeos citosina e guanina são estabelecidas 3 pontes de hidrogênio,
enquanto que entre os nucleotídeos timina e adenina são estabelecidas 2 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.
5)
A sequência dos nucleotídeos. Assim como nas proteínas, a sequência com que os monômeros estão dispostos é que determina o código.
6)
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)
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
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Fundamentos de Bioquímica
2)
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.
Fundamentos de Bioquímica
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8)
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.
9)
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 3 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.
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
2 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.