CARO MONITOR
Os objetivos do Ensino Médio em cada área
do conhecimento devem envolver, de forma
combinada, o desenvolvimento de
conhecimentos práticos e contextualizados,
que respondam às necessidades da vida
contemporânea, e ao desenvolvimento de
conhecimentos mais amplos e abstratos, que
correspondam a uma cultura geral e a uma
visão de mundo. Para a área das Ciências
da Natureza, Matemática e Tecnologias,
especialmente nas disciplinas Química e
Biologia, isto é particularmente verdadeiro,
pois a crescente valorização do conhecimento
e da capacidade de inovar demanda
cidadãos
capazes
de
aprender
continuamente, para conhecer melhor o
mundo em que vive e a vida dos seres que
habitam esse mundo, para o que é essencial
uma formação geral e não apenas um
treinamento específico. A educação em
ciências não pode mais se ater a contextos
estritamente escolares. Essa afirmação, cada
vez mais presente entre educadores, enfatiza
o papel de espaços de educação não formal,
laboratórios de ciência e tecnologia, para a
alfabetização científica dos indivíduos. Estes
espaços diferenciados de aprendizagem
apontam para uma concepção de
aprendizado científico-tecnológico no Ensino
Médio diferente daquela hoje praticada na
maioria de nossas escolas; e não é uma
utopia, pode ser efetivamente posta em
prática no ensino da Biologia e da Química,
criando esses espaços na própria sala de
aula. Com essas concepções, a idéia consiste
em utilizar experiências correlatas aos temas
tratados e passatempos lúdicos que induzem
ao estudo e aprendizagem, como palavras
cruzadas, além de seguir esses novos
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ATIVIDADE 3
paradigmas da educação, estamos
propondo o trabalho interdisciplinar de
Biologia e Química a partir de um tema
gerador, nitrogênio.
Vamos, inicialmente, complementar as aulas
32 de Biologia e 33 / 34 de Química e
sugerir uma maneira de trabalhar em
conjunto essas três aulas, que são, tão interrelacionadas.
BIOLOGIA E QUÍMICA
CICLO DA VIDA/ CICLO DO NITROGÊNIO
A Fixação Biológica do Nitrogênio (FBN) e suas
características Químicas
O nitrogênio é um dos principais
componentes das biomoléculas, fazendo
parte da estrutura de ácidos nucléicos,
aminoácidos, proteínas, etc, o que o torna,
portanto, essencial à sobrevivência e
crescimento dos organismos. Embora
constitua quase 78% da atmosfera terrestre,
o nitrogênio gasoso, N2, é quimicamente
inerte a temperaturas comuns, e,
diferentemente de outros elementos que
ocorrem na natureza, suas reservas minerais
são relativamente raras.
Apesar de termodinamicamente favorável, a
reação de transformação de nitrogênio
atmosférico para amônia – fixação do
nitrogênio – requer uma energia de ativação
extremamente alta, não ocorrendo
espontaneamente sem a presença de
catalisadores adequados.
Na indústria, por exemplo, o processo de
fixação do nitrogênio desenvolvido por
Haber-Bosch para a síntese de amônia
emprega altas temperaturas (entre 300 e
500°C) e pressões acima de 300 atm,
sendo utilizados catalisadores à base de ferro.
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A principal finalidade da amônia produzida
é a fabricação de fertilizantes, e mais de 100
milhões de toneladas são anualmente usados
na agricultura, uma demanda que implica
grandes custos financeiros, energéticos e,
sobretudo, ambientais.
Na natureza, somente um pequeno número
de microrganismos, denominados
diazotróficos ou fixadores de nitrogênio, é
capaz de transformar nitrogênio atmosférico
em amônia. Esse processo é chamado de
fixação biológica do nitrogênio (FBN) e é
realizado pelo complexo protéico da
nitrogenase, a enzima que catalisa a reação.
A participação da FBN no ciclo
biogeoquímico do nitrogênio é sobretudo
importante, na medida em que a atividade
das bactérias diazotróficas representa cerca
de 60% do nitrogênio anualmente fixado na
Terra. Além disso, a FBN é o processo
primário através do qual o nitrogênio,
quimicamente indisponível para a maioria
dos organismos, torna-se fisiológica e
metabolicamente disponível, inicialmente sob
a forma de amônia e, posteriormente, na
ciclagem do nitrogênio, sob a forma de
outros compostos nitrogenados, como
nitritos, nitratos e óxidos de nitrogênio
2
Evolutivamente, acredita-se que a FBN tenha
se desenvolvido quando as reservas
geoquímicas de nitrogênio fixado se tornaram
escassas na biosfera. O esgotamento dos
óxidos de nitrogênio (nitratos e nitritos) pelos
organismos teria, provavelmente, limitado seu
crescimento e ocasionado uma pressão
seletiva que favoreceu o aparecimento da
diazotrofia. A capacidade de fixar nitrogênio
teria sido, portanto, um evento relativamente
precoce na evolução dos procariontes1 e
anterior ao surgimento da fotossíntese (e
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2
conseqüente aumento da concentração de
oxigênio livre na atmosfera), uma vez que a
nitrogenase é extremamente sensível à
desnaturação por oxigênio. Na verdade,
acredita-se que a grande homologia
compartilhada pelas diferentes nitrogenases
indicaria sua origem ancestral comum e o
fato de que a diazotrofia tenha sido uma
característica importante e não rara entre os
procariontes1. Ao longo do tempo, essa
propriedade foi sendo perdida, e se manteve
apenas em alguns organismos, as atuais
bactérias diazotróficas.
Atualmente, as principais bactérias
responsáveis pela fixação do nitrogênio,
absorção e transformação do nitrogênio em
amônia, são as do tipo Rhizobium, é a partir
dessa amônia que essas bactérias produzem
os aminoácidos de que necessitam.
Procariontes ou procariotas são organismos unicelulares sem a membrana que envolve o núcleo, a carioteca.
Por exemplo Bactéria e Archaea. O
DNA destes organismos encontra-se
disperso no citoplasma ou em forma
de anéis, os plasmídeos. Em algumas
células procariontes observadas ao
microscópio eletrônico foram observados vestígios nucleares pouco visíveis. Este nome tem origem grega
onde karyon, significa noz ou amêndoa, combinado com o prefixo pro-,
que significa anterior. Células com um
núcleo são chamadas eucariontes,
onde o prefixo eu- significa bom ou
verdadeiro. Retirado de “ http://
pt.wikipedia.org/wiki/Procarionte”
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As bactérias Rhizobium são encontradas
associadas às raízes das plantas,
principalmente das leguminosas (feijão,
ervilha, soja etc.), formando nódulos
(Figura 1).
ATIVIDADE 3
Vamos trabalhar, agora, com nossos alunos
os conceitos essenciais sobre o nitrogênio e
sua relação biogeoquímica.
Fig. 1
BIOLOGIA E QUÍMICA
CICLO DA VIDA/ CICLO DO NITROGÊNIO
http://www.bibvirt.futuro.usp.br/textos/biologicas/
biologia/tc2000/bio32.pdf
Figura 1: Nódulos, com bactérias
Rhizobium, nas raízes de leguminosas.
http://www.rhizobium.umn.edu/
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CARO ALUNO
Vamos trabalhar, conjuntamente, uma aula
de biologia, aula 32, e duas aulas de
química, aulas 33 e 34, todas ligadas ao
nitrogênio, elemento indispensável à vida.
Você pode estar pensando: “O que o
nitrogênio tem a ver com vida? Não é do
oxigênio que nós precisamos para respirar?”
Os aminoácidos são substâncias orgânicas
constituídas por um grupo carboxílico (COOH) e um grupo amino (-NH2). Ops!
Olhe o nitrogênio aí.
Por que as proteínas são essenciais à vida?
A figura 2, abaixo, mostra a importância das
proteínas em nosso corpo, respondendo essa
questão:
O nitrogênio é muito importante para nós
que vivemos na Terra, porque ele está em
muitos compostos que formam o nosso corpo
e o de muitos outros seres vivos, incluindo as
plantas.
A Terra é chamada “mundo de nitrogênio”
por causa do nosso ar, que tem muito
nitrogênio. Os cientistas acreditam que o
nitrogênio tem relação com a vida. E por isso
os cientistas espaciais procuram outros
“mundos de nitrogênio”, para descobrir se
existe vida nos outros planetas.
Os animais obtêm nitrogênio para a
elaboração das proteínas, essenciais à vida,
a partir dos vegetais ou de outras proteínas
animais, presentes nos alimentos, enquanto
as plantas sintetizam suas proteínas a partir
de compostos nitrogenados inorgânicos que
retiram do solo e, até certo ponto, do
nitrogênio livre na atmosfera.
Já que as proteínas são essenciais à vida, o
que são proteínas?
As proteínas são macromoléculas que têm
como unidades básicas os aminoácidos.
Fig. 2
www.audsamar.com.br/ img/
homem%20paleto.gif
Figura 2: Em nosso organismo são
encontrados 100 mil tipos de proteínas,
presentes em, músculos, ossos, pele, tecidos
adiposos, cartilagens, tendões, cabelos,
unhas etc.
Vamos agora seguir o nitrogênio, desde sua
saída do ar, a sua fixação pelos seres vivos
unicelulares, sua passagem pelo solo, seu
retorno a outros seres vivos, desta vez mais
evoluídos, até seu retorno ao ar.
Do ponto de vista químico o que são
aminoácidos?
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VOCÊ SABIA?
Se seguirmos uma substância pelo ambiente,
vamos perceber que ela participa de um
ciclo. Então vejamos o ciclo descrito acima,
o do nitrogênio, que envolve a morte para
dar origem a vida.
Ciclo do nitrogênio
O nitrogênio é um dos elementos
indispensáveis à vida. Incapazes de assimilar
nitrogênio livre ou proveniente de compostos
inorgânicos, os animais retiram-no de outros
animais ou de vegetais, estes sim capazes de
assimilar compostos nitrogenados
inorgânicos extraídos do solo. O consumo
do nitrogênio do solo se compensa pela
adição de fertilizantes ou por processos
naturais: o nitrogênio do ar pode ser fixado
por meio de descarga elétrica na atmosfera;
forma-se ácido nítrico, que é conduzido pela
chuva ao solo, onde forma nitratos.
Fig.3
ATIVIDADE 3
aminoácidos, proteínas, DNA e RNA
fornecidos. O DNA e o RNA são materiais
genéticos que contêm informações
determinantes dos caracteres hereditários
transmissíveis à descendência.
O nitrogênio compõe aproximadamente 78%
da atmosfera. Entretanto, os animais e as
plantas não podem absorvê-lo diretamente
do ar, e sim na forma de amônia solúvel em
água ou na forma de nitrato, nas quais é
convertido por bactérias.
BIOLOGIA E QUÍMICA
CICLO DA VIDA/ CICLO DO NITROGÊNIO
Certas bactérias do solo e as algas azuis dos
oceanos convertem o nitrogênio do ar em
amônia. Algumas plantas absorvem
diretamente essa amônia.
As bactérias transformam a amônia em
nitritos e em seguida em nitratos, que as
plantas usam para os compostos como as
proteínas, DNA e RNA.
Ao comerem as plantas, os animais
herbívoros acabam absorvendo nitrogênio.
Os animais carnívoros, ao comerem os
herbívoros, também absorvem nitrogênio,
assim como toda a cadeia alimentar.
Quando os animais e plantas morrem, certas
bactérias e fungos, também chamados de
decompositores, convertem seus compostos
de nitrogênio em gás nitrogênio, que retorna
à atmosfera, reiniciando o ciclo do nitrogênio.
Fonte: http://www.escolavesper.com.br/
ecossistemas_ciclo_do_nitrogenio.htm
Figura 3: Ciclo do nitrogênio com
participação de bactérias animais e plantas.
O nitrogênio é um dos componentes vitais
para a vida. Sua importância se deve aos
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A descoberta do Nitrogênio
Observe que ironia: Lavoisier, foi o primeiro
cientista a reconhecer que se tratava de um
elemento químico independente e a identificálo em certos compostos minerais, deu-lhe o
nome de azoto (do grego a, “sem”, e zoe,
“vida”) em razão de sua incapacidade para
manter a vida e alimentar a combustão.
Entretanto, sabemos hoje que sem nitrogênio
não há vida porque ele é a base das proteínas,
principal substância que constitui os seres
vivos. O nome nitrogênio foi criado em 1790,
por Jean-Antoine Chaptal, após a descoberta
de sua relação com o ácido nítrico.
Amônia, Nitritos e Nitratos no ciclo do
nitrogênio
Isso parece complicado? A coisa é simples e
não é tão complicada quanto parece:
Todas as três substâncias fazem parte de um
dos ciclos biogeoquímicos mais importantes da
natureza: o ciclo do nitrogênio, já visto acima.
6
A amônia é um gás incolor, de odor forte e
que faz arder os olhos. É também mais leve
que o ar. É uma combinação gasosa de
nitrogênio e hidrogênio, cuja fórmula é NH3
(um átomo de nitrogênio e três de
hidrogênio), existe no estado livre ou
dissolvida em água (a solução aquosa é
também conhecida como amoníaco e tem
caráter básico). A amônia, por ser uma
substância tóxica, é eliminada pela maior
parte dos seres vivos (uréia e ácido úrico)
junto com outros compostos nitrogenados.
Quando a amônia se encontra livre na
natureza, bactérias (para as quais a amônia
não é tóxica) a usam como fonte de energia.
As
bactérias
conhecidas
como
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6
Nitrosomonas e Nitrosococos “quebram”
a molécula de amônia (oxidação), dessa
quebra, energia é liberada e utilizada pela
bactéria. Os restos desse processo, é liberado
na forma de nitritos (íonNO2-).
Os nitritos, por sua vez, são reaproveitados
pela Nitrobacter, que os converte em
nitratos, cuja fórmula é NO3 .
Os nitratos são absorvidos pelas plantas e
algas e serão usados na produção de
proteínas.
Essa foi uma pequena explicação, bem
simplificada, do ciclo do nitrogênio na
natureza, já falando de substâncias químicas
e seres vivos. Este ciclo acontece em toda
natureza, seja na água ou no solo. É lógico
que no aquário também.
Lembre-se da atividade 1 de Química e
Biologia, quando trabalhamos com aquário.
Aproveite, esse momento, para observar seu
aquário de novo.
No aquário, a amônia em excesso pode
matar os peixes, uma vez que os peixes de
água doce urinam muito mais que os peixes
Fig. 4
http://www.ccg.org.br/art012.html
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CICLO DA VIDA/ CICLO DO NITROGÊNIO
de água salgada. Podemos simplificar o
ciclo para o aquário, da seguinte forma:
2 Título: Prova da presença do nitrogênio
numa substância.
Figura 4: Ciclo do nitrogênio com suas
transformações em amônia, nitritos e nitratos.
Materiais e equipamentos utilizados:
Como podemos ver, a amônia é
naturalmente eliminada, e é transformada
em uma substância que é aproveitada pelas
algas e plantas, o nitrato.
Experiência sugerida
Vamos, agora, realizar a experiência da
página 54 do volume 2 do livro de Química.
Siga o seguinte roteiro:
1) Estude a experiência.
2) Selecione os materiais e equipamentos
necessários.
3) Discuta o objetivo da experiência.
4) Peça sugestões e escolha o melhor título
para essa experiência.
5) Divida a classe em grupos e peça para
cada grupo providenciar os materiais e
equipamentos mais adequados para a
realização da experiência.
a) Um pedaço de peixe cru;
b) Uma colher de chá de cal (hidróxido de
cálcio) em meio copo de água;
BIOLOGIA E QUÍMICA
ATIVIDADE 3
c) Um tubo de ensaio ou um pequeno frasco
de vidro refratário, tipo pirex;
d) Uma espiriteira a álcool ou fogão;
e) Uma tira de papel tornassol rosa.
3 Procedimentos
Pegue a substância que você quer testar:
corte em pedaços; adicione duas vezes o
volume de hidróxido de cálcio, aqueça
fortemente.
4 Resultados
A amônia que se desprende nessa reação
pode ser reconhecida pelo cheiro e também
porque ela faz o papel tornassol ficar azul.
Fig. 5
6) Procure sentir, com o olfato, o principal
resultado obtido.
Vamos à experiência
1
Sugestões para condução da experiência:
Figura 5: Desprendimento de amônia pelo
aquecimento de hidróxido de cálcio com
pedaços de peixe cru.
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Atividade sugerida para revisão dos conceitos
estudados
Vamos fazer uma cruzadinha, acreditamos
que irão gostar e isso é muito bom porque
trata-se de um desafio que une o útil ao
agradável.
A idéia consiste em utilizar um passatempo
de palavras cruzadas, uma experiência
interdisciplinar a partir de um tema gerador,
nitrogênio.
Horizontais
8
7. Materiais genéticos que contêm
informações determinantes dos caracteres
hereditários transmissíveis à descendência.
8. Substâncias mais estáveis que se conhece.
9. Composto obtido pela reação de um
ácido com uma base.
11. Lavoisier, deu-lhe esse nome em razão
de sua incapacidade para manter a vida e
alimentar a combustão, mal sabia ele que se
tratava do elemento essencial para formação
das proteínas.
15. Principais bactérias responsáveis pela
fixação do nitrogênio, absorção e
transformação do nitrogênio em amônia.
16. Lua de saturno, também considerada um
mundo de nitrogênio.
18. Gás em maior proporção no ar
atmosférico
19. Substâncias orgânicas constituídas por
um grupo carboxílico(-COOH)e um grupo
amina (-NH2).
21. Seguimento de uma substância através
do ambiente.
22. Indicador que é azul em presença de
bases e rosa em presença de ácidos.
23. Proporção de nitrogênio em cem partes
de ar.
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Verticais
1. Solução aquosa de amônia, comprada
na farmácia com o nome de amoníaco.
2. Ao comerem as plantas, os animais
herbívoros acabam absorvendo nitrogênio.
Os animais carnívoros, ao comerem os
herbívoros, também absorvem nitrogênio.
3. Combinação gasosa de nitrogênio e
hidrogênio, cuja fórmula é NH3.
4. Macromoléculas que têm como unidades
básicas os aminoácidos.
5. Sinônimo de hidróxido.
6. Quando os animais e plantas morrem,
certas bactérias e fungos convertem seus
compostos de nitrogênio em gás nitrogênio,
que retorna à atmosfera.
7. Processo natural de fixação do nitrogênio
ao solo, passagem de elevada corrente
elétrica através da atmosfera.
10. Plantas produtoras de um tipo de fruto
chamado legume (vagem).
12. A Terra é chamada . . . por causa do
nosso ar, que tem muito nitrogênio.
13. Produto da transformação da amônia
pelas bactérias.
14. Principais compostos nitrogenados
assimiláveis pelas raízes das plantas.
17. Base mais fabricada no mundo, principal
produto utilizado na fabricação de sabões e
detergentes.
20. Substâncias adicionadas ao solo para
suprir a falta de algum ingrediente.
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CICLO DA VIDA/ CICLO DO NITROGÊNIO
BIOLOGIA E QUÍMICA
CICLO DO NITROGÊNIO
ATIVIDADE 3
Cruzadinha
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GABARITO (somente para o monitor)
Nitrogênio: gás em maior proporção no ar atmosférico
Amônia: combinação gasosa de nitrogênio e hidrogênio, cuja fórmula é NH3.
Rhizobium: principais bactérias responsáveis pela fixação do nitrogênio, absorção e
transformação do nitrogênio em amônia.
Mundo de nitrogênio: a Terra é chamada . . . por causa do nosso ar, que tem muito
nitrogênio.
Proteínas: macromoléculas que têm como unidades básicas os aminoácidos.
Aminoácidos: substâncias orgânicas constituídas por um grupo carboxílico (-COOH) e um
grupo amino (-NH2).
Ciclo: Seguimento de uma substância através do ambiente.
Fertilizantes - Substâncias adicionadas ao solo para suprir a falta de algum ingrediente.
Descarga elétrica: Processo natural de fixação do nitrogênio ao solo.
DNA: materiais genéticos que contêm informações determinantes dos caracteres hereditários
transmissíveis à descendência.
Nitrito: Produto da transformação da amônia pelas bactérias.
Cadeia alimentar: Ao comerem as plantas, os animais herbívoros acabam absorvendo
nitrogênio. Os animais carnívoros, ao comerem os herbívoros, também absorvem nitrogênio.
Decompositores: Quando os animais e plantas morrem, certas bactérias e fungos convertem
seus compostos de nitrogênio em gás nitrogênio, que retorna à atmosfera.
Azoto Lavoisier: deu-lhe esse nome em razão de sua incapacidade para manter a vida e
alimentar a combustão, mal sabia ele que se tratava do elemento essencial para formação
das proteínas.
Titan Lua de saturno: também considerada um mundo de nitrogênio.
Hidróxido de amônio: solução aquosa de amônia, comprada na farmácia com o nome de
amoníaco.
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ATIVIDADE 3
GABARITO (somente para o monitor)
Tornassol: indicador que é azul em presença de bases e rosas em presença de ácidos
Gases nobres: substâncias mais estáveis que se conhece.
Sal: composto obtido pela reação de um ácido com uma base.
BIOLOGIA E QUÍMICA
CICLO DA VIDA/ CICLO DO NITROGÊNIO
Leguminosas: Plantas produtoras de um tipo de fruto chamado legume (vagem).
Setenta e nove: Proporção de nitrogênio em cem partes de ar.
Nitratos: principais compostos nitrogenados assimiláveis pelas raízes das plantas.
Base: sinônimo de hidróxido.
Hidróxido de sódio: base mais fabricada no mundo, principal produto utilizado na
fabricação de sabões e detergentes.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.ufrgs.br/depbiot/210/fbn.html
http://www.ccg.org.br/art012.html
http://www.escolavesper.com.br/ecossistemas_ciclo_do_nitrogenio.htm
Química e sociedade: Vários autores, “PEQUIS – Projeto de Ensino de Química e Sociedade”
Biologia – Telecurso 2000, vol. 2 Ed. Globo, 1995, São Paulo.
Química – Telecurso 2000, vol. 2 Ed. Globo, 1995, São Paulo.
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