manual do professor fundamentos de bioquímica · fundamentos de bioquímica pretendemos contribuir...

Manual do Professor Fundamentos de Bioquímica

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Manual do Professor

1. IntroduçãoPor muito tempo, a educação profissional foi desprezada e considerada

de segunda classe. Atualmente, a opção pela formação técnica é festejada, pois alia os conhecimentos do “saber fazer” com a formação geral do “conhecer” e do “saber ser”; é a formação integral do estudante.

Este livro didático é uma ferramenta para a formação integral, pois alia o instrumental para aplicação prática com as bases científicas e tecnológicas, ou seja, permite aplicar a ciência em soluções do dia a dia.

Além do livro, compõe esta formação do técnico o preparo do profes-sor 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 intelec-tual e atividade manual, pois não só prepara o profissional para trabalhar em atividades produtivas, mas também com conhecimentos e atitudes, com vis-tas 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.

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Pretendemos contribuir para resolver o problema do desemprego, pre-parando 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 estu-dos 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, aprimo-rando 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 produtivi-dade industrial e melhoria da qualidade de vida.

Alguns benefícios do ensino profissionalizante para o formando:

• Aumento dos salários em comparação com aqueles que têm apenas o Ensino Médio;

• Maior estabilidade no emprego;

• Maior rapidez para adentrar ao mercado de trabalho;

• Facilidade em conciliar trabalho e estudos;

• Mais de 72% ao se formarem estão empregados;

• Mais de 65% dos concluintes passam a trabalhar naquilo que gos-tam 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 empre-sas, 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 qualifica-ram a formação recebida como “boa” e “ótima” foi de 90%.

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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 for-mação 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 forma-ção 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 profis-sionalização 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:

1. Ambiente, Saúde e Segurança2. Apoio Educacional3. Controle e Processos Industriais4. Gestão e Negócios5. Hospitalidade e Lazer6. Informação e Comunicação7. Infraestrutura8. Militar9. Produção Alimentícia10. Produção Cultural e Design11. Produção Industrial12. 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.

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Dessa forma, passamos a ter no Brasil uma nova estruturação legal para a oferta destes cursos. Ao mesmo tempo, os governos federal e esta-duais 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 cresci-mento 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

Ensino Fundamental 32.122.273 32.086.700 –35.573 –0,1

EnsinoMédio 8.369.369 8.366.100 –3.269 0,0

EducaçãoProfissional 693.610 795.459 101.849 14,7

Educação Especial 348.470 319.924 –28.546 –8,2

EJA 4.985.338 4.945.424 –39.914 –0,8

• EnsinoFundamental 3.367.032 3.295.240 –71.792 –2,1

• EnsinoMédio 1.618.306 1.650.184 31.878 2,0

Fonte: Adaptado de: MEC/Inep/Deed.

No aspecto econômico, há necessidade de expandir a oferta desse tipo de curso, cujo principal objetivo é formar o aluno para atuar no mercado de trabalho, já que falta trabalhador ou pessoa qualificada para assumir ime-diatamente 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.

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), mos-trando uma pressão de entrada no Ensino Médio, pelo fluxo quase regular dos que o concluem.

A 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.

Escolarização líquida é a relação entre a popu-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 matri-culados, independente da idade.

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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.

Interessados com Ensino Fundamental Estimativa 8 milhões.

Com Ensino Médio 3,2 milhões.

Ensino Fundamental 116% bruta

94,6% líquida (2007)

TéCnICo

Subsequente

Com curso Superior

PRoE

JA

Integração9,8 milhões

A experiência internacional tem mostrado que 30% das matrículas da edu-cação 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 advin-dos do fluxo regular do Ensino Fundamental, por exemplo, é recomendado o curso técnico integrado ao Ensino Médio. Para aqueles que não tiveram a opor-tunidade 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 recomen-dada 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.

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Em resumo, há claramente uma nova perspectiva para a formação técnica com base em sua crescente valorização social, na demanda da economia, no apri-moramento 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 pro-dução, por isso a escolarização é imprescindível nesse processo.

4. Elaboração dos Livros Didáticos Técnicos

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.

5. O Livro Didático Técnico e o Processo de Avaliação

O termo avaliar tem sido constantemente associado a expressões como: rea-lizar 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 pro-gressão do aluno.

O termo avaliação deriva da palavra valer, que vem do latim vãlêre, e refe-re-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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A avaliação deve ser aplicada como instrumento de compreensão do nível de apren-dizagem 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 ava-liativo, 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/aprendiza-gem, 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 assi-milar 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 discur-sivas, 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 retor-nos 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, mes-clando com outras criativas formas.

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5.1 Avaliação e ProgressãoPara 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 acom-panhar 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 conhecimen-tos, 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 opor-

tuniza justiça, transparência e qualidade.

5.2 Tipos de AvaliaçãoExistem 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.

A avaliação pode incluir:

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

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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 resul-tar 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 ObraAlém 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 neces-sitará 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.

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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 GeraisFREIRE, 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 prá-tica. 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/mee-ting/am2000/wrap/praddr01.htm>.

8. Orientações ao ProfessorA 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 conside-rável 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.

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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 áci-dos 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 PedagógicosEste 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 compre-ensão 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 aprofunda-mentos 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 capí-tulo apresentam exercícios que estimulam o raciocínio.

8.3 Articulação do ConteúdoA Bioquímica não é uma ciência isolada, muito pelo contrário. Ela é uma área multidisci-

plinar, 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), prin-cipalmente, com as seguintes áreas: Biologia Básica, Microbiologia, Biotecnologia, Biologia Celular e Molecular, Química Básica, Físico-Química e Biofísica.

8.4 Atividades ComplementaresÉ desejável que, sempre que possível, sejam desenvolvidas atividades complementares às

aulas teóricas.

• Trabalhos em Grupo e Debates−aofinaldecadacapítuloéinteressanterealizarumadinâmica de grupo ou debate sobre os pontos mais importantes, incluindo aplicações práticas do conteúdo estudado.

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• Práticas de Laboratório− na área da Bioquímica há uma grandequantidade de experimentos que podem ser feitos com os alunos no laboratório, desde simples demonstrações até experimentos mais avan-çados. 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 umagrande 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(VersãoGratuita)−desenhodeestruturasquí-micas em 2 e 3D. Desenvolvido pela Advanced Chemistry Development, Inc. disponível em: <http://www.acdlabs.com>.

– HyperChem 8(VersãodeAvaliação)−visualizaçãoemanipulaçãode moléculas em 3D. Desenvolvido pela Hypercube, Inc. disponível em:<http://www.hyper.com>.

– Inkscape(ProgramaGratuitodeCódigoAberto)−desenhovetorial.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 inte-ressantes 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 ali-mentícios, etc.

8.5 Sugestões de LeituraOs 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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LivrosCAMPBELL, 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.

SitesVisão 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

Site (em português) que publica artigos e textos de várias áreas do conhe-cimento. 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 PlanejamentoEste 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 comple-mente 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.

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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

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.

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 estu-dante. 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.

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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 231) 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 compre-ender 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 neces-sitam de uma sólida formação em Bioquímica.

2) Todos os processos celulares/biológicos encontram explicação na Bioquímica. Os pro-cessos 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 oriun-dos 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, formi-gas, 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.

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3) 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 desenvolvi-mento 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 dife-renças. 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 caracterís-ticas 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 (biomolécu-las) 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 áto-mos de carbono formando grandes cadeias moleculares, que podem ter diferentes graus de ramificação. O carbono também é tetravalente, ou seja, pode fazer 4 ligações quími-cas 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 espa-cial das moléculas é essencial para os processos celulares.

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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 bio-moléculas. 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 organis-mos 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 inor-gânicas, 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−produçãodeplantaseanimaistransgênicos,engenhariagenética,etc.

• Área Médica−reproduçãohumana,célulastronco,mecanismosdenovasdoenças(ex.: príons), testes de DNA, etc.

10) • Crescimento Pessoal−entendercomoanaturezaeosseresvivosfuncionam;com-preender 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−diversasáreasprofissionaisnecessitamdeumabasesólidaemconhecimentos 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 cons-tantemente 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 rapida-mente, visto que também necessitaria “queimar” apenas 1/3 das calorias para fazer a temperatura corporal subir de novo.

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• 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 quan-tidade de água evaporada também seria maior.

• Várias outras consequências menos diretas. A vida na Terra depende de um grande equilíbrio. A mudança de apenas uma propriedade física da molécula de água alteraria de forma drástica as condições de vida de praticamente todos os seres vivos. Isso ocorre porque toda a vida no planeta evoluiu e se adaptou em torno das características específicas da água. É claro que o quadro descrito anteriormente é hipotético, mas serve para ilustrar o delicado equilíbrio existente entre os aspectos bioquímicos da vida.

12) Os feromônios são substâncias químicas excretadas por membros de várias espécies, sendo reconhecidos por outros integrantes da mesma espécie. Esses compostos já foram identificados em espécies de plantas e em alguns vertebrados, mas é entre os insetos que esse mecanismo de sinalização química encontra-se amplamente presente e documentado. Os feromônios são classificados segundo sua finalidade, estando entre os mais comuns os feromônios de atração sexual, alarme, agregação dos membros da espécie, territorial, demarcação de trilhas (particularmente comum entre as formigas), alteração comportamental, etc. Muitos feromônios são neurotransmissores. Ao que tudo indica esses verda-deiros 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 alta-mente organizadas e complexas como as abelhas, cupins e formigas não existiriam da forma como as conhecemos hoje.

Capítulo 2

Orientações Fazer uma abordagem dinâmica sobre o papel das proteínas na célula

e suas principais características. Explicar detalhadamente: estrutura dos ami-noácidos; 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 con-texto geral da Bioquímica.

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Respostas – página 361) Bioquimicamente, não há diferença entre proteínas de origem vegetal e proteínas de ori-

gem 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 aminoá-cidos 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 surgi-mento 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 (for-mato tridimensional).

5) Isso é possível porque não é só a composição de aminoácidos que define a caracterís-tica 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 dispos-tos. Sequências diferentes originam estruturas tridimensionais diferentes, que originam proteínas distintas, obviamente com atividades biológicas (ex.: atividade enzimática) dife-rentes. 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.

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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, especial-mente 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 estru-tural de sustentação. Já as proteínas com atividade biológica, em especial as enzimas, possuem formato globular, com formato tridimensional único, requerido para a ativi-dade catalítica.

10) Porque em uma única célula ocorrem centenas ou milhares de reações químicas simul-taneamente, sendo que basicamente todas essas reações químicas são catalisadas por proteínas com poder catalítico, ou seja, enzimas. Uma vez que a atividade das enzimas é altamente específica, e cada reação ou grupo de reações estão intimamente relacionados é necessário que para cada x reações químicas diferentes existam x enzimas diferentes.

Capítulo 3

Orientações Fazer uma abordagem dinâmica sobre energia de ativação nas reações químicas e o papel

dos catalisadores biológicos nas reações químicas da célula. Explicar detalhadamente: proprie-dades 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 511) 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”.

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3) Definitivamente, não. Isso porque sem esses extraordinários catalisado-res 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, ace-leram reações químicas. Entretanto, nem todas as proteínas fazem isso. Há outros grupos de proteínas, como as estruturais, que possuem fun-ção estrutural (ex.: proteínas miofibrilares).

5) Vitaminas são compostos orgânicos que necessitam ser ingeridas em pequena quantidade por meio da dieta. Deficiências vitamínicas provo-cam 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 pro-cesso gradual, mas acima de determinada temperatura crítica ocorre muito rapidamente. Por isso, a atividade enzimática diminui brusca- mente acima de sua temperatura ótima de atuação, até parar completamente.

7) Assim como a temperatura, o pH afeta a velocidade das reações enzimá-ticas. Cada enzima possui um pH ótimo de atuação, um valor máximo e um valor mínimo. O perfil de ionização de grupos químicos nos ami-noácidos 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−ocorrequandodeterminadoscompostosque possuem estrutura similar ao substrato ligam-se ao sítio ativo da enzima e bloqueiam o acesso do substrato a este local. Nessa situa-ção, 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 suficien-temente superior à concentração do inibidor, a velocidade da reação atinge a velocidade máxima observada na ausência desse inibidor.

• Inibição Não Competitiva−nessetipodeinibiçãoasubstânciainibidora 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.

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10) O metabolismo celular (todas as reações químicas) ocorre de forma coordenada e em velocidade controlada também. Isso significa que as reações químicas ocorrem, basica-mente, 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 alta-mente 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 celu-lares 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 característi-

cas 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; áci-dos 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 651) 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 solven-tes 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 conside-ráveis 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 biocombus-tíveis de alto desempenho.

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3) Os ácidos graxos trans são raros na natureza, pois a dupla ligação dos áci-dos 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 pos-suem 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 doen-ças 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 compor-tamentos característicos, como intercalar-se entre duas fases de uma mistura, possibilitando a formação de emulsões pela formação de peque-nas micelas. Além disso, são utilizadas na fabricação de sabões devido a serem ótimas removedoras de óleos e gorduras, justamente por dissol-verem 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 pos-terior 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 consi-deravelmente a massa total por quantidade de energia armazenada. Em comparação com o glicogênio (altamente hidratado), a mesma quanti-dade 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 (saponi-ficação) 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 cau-sar complicações cardiovasculares. O colesterol não é essencial na dieta, pois é sintetizado pelo fígado. Entretanto, uma pessoa pode ter compli-cações causadas pelo colesterol mesmo não o ingerindo na alimentação. Nesse caso, uma doença faz com que o fígado sintetize colesterol em excesso.

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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 sis-tema 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 plasmá-tica. 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 oxi-dação. Em carnes congeladas, o fator determinante para o prazo de validade é a degradação da gordura, uma vez que nessa temperatura não há multiplicação microbiana. Portanto, quanto mais rápido a gordura for oxidada, mais rápido a carne perderá seu sabor e aroma característico.

Capítulo 5

Orientações Fazer uma abordagem dinâmica sobre a origem dos carboidratos na fotossíntese e sua

importância nos mais variados contextos da vida celular. Traçar um panorama sobre o fluxo de energia ao longo da cadeia alimentar, desde o armazenamento da energia solar em moléculas de alta energia até sua conversão em ATP no metabolismo celular. Explicar detalhadamente: estrutura química e propriedades dos monossacarídeos; diferenças entre aldoses e cetoses; importância da ciclização dos monossacarídeos; diferenças entre os monossacarídeos D e L; diferenças entre os monossacarídeos α e β; ligação glicosídica; composição e propriedades dos principais oligossacarídeos e polissacarídeos; conceito e importância dos açúcares redutores. Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no contexto geral da Bioquímica.

Respostas – página 801) Porque o nome açúcares é reservado aos carboidratos que possuem sabor doce. E apenas

os carboidratos quimicamente mais simples possuem sabor doce. Carboidratos comple-xos, 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.

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3) Os carboidratos desempenham diversas funções na célula. Basicamente, eles possuem função energética, estrutural e de sinalização química. Como fonte de energia, os carboi-dratos 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 monos-sacarídica 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 direta-mente, 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 pos-suem a enzima para quebrar a ligação β-1,4. Curiosamente, outros animais, como os ruminantes e os cupins, também não produzem essa enzima, mas ela é produzida por bactérias que vivem no seu sistema intestinal, possibilitando a esses animais alimentar-se de celulose, como gramíneas no caso dos ruminantes e madeira no caso dos cupins.

10) Serve como reserva energética. A sua degradação origina moléculas de glicose, que são rapidamente metabolizadas pela célula liberando energia que é convertida em moléculas de ATP.

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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 meta-bolizar 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, cau-sado 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 meta-bolismo 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 vege-tais; glicogênese e glicogenólise. Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no contexto geral da Bioquímica.

Respostas – página 971) A palavra metabolismo vem do grego metabolismos, que significa transformação. O meta-

bolismo 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.

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 fotossín-tese 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 rea-ções 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 mui-tas 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).

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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 tempora-riamente 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 fun-cionamento 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 vitami-nas. 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.

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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 pon-tos mais importantes do tema e situá-lo no contexto geral da Bioquímica.

Respostas – página 1071) 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, for-mando 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 transporta-dora 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 pre-sente 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.

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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 neces-sidades 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 uti-lizam essa energia para criar um gradiente de prótons que será utilizado posteriormente para sintetizar ATP na fosforilação oxidativa. Se os elétrons fossem transferidos direta-mente 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 mitocôn-drias, 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 con-trações 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 mito-condrial (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 Nº de ATPs

Glicólise 2 ATP + 2 NADH 8

Descarboxilação oxidativa do piruvato

2 NADH 6

Ciclo do ácido cítrico (para as duas moléculas depiruvato)

6 NADH x 3 ATP = 18 ATP

2 FADH2 x 2 ATP = 4 ATP

2 GTP = 2 ATP

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Total 38

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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 glicó-lise, que independe de O2. Com o surgimento das bactérias fotossintetizantes, muito lentamente grandes quantidades de O2 foram acumulados na atmosfera terrestre. O apa-recimento 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 surgi-mento da respiração celular. O acúmulo de oxigênio na atmosfera também permitiu o surgimento da camada de ozônio, que foi fundamental para proteger os organismos da radiação ultravioleta vinda do Sol.

Capítulo 8

Orientações Fazer uma abordagem dinâmica sobre o papel dos diferentes lipídios no metabolismo

celular. Frisar a importância dos lipídios como reserva energética para os animais, demons-trando 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 triacil-gliceróis endógenos; catabolismo dos ácidos graxos; balanço energético da β-oxidação dos ácidos graxos; relação entre triglicerídeos, colesterol e doenças cardiovasculares. Fazer um fechamento focando nos pontos mais importantes do tema e situá-lo no contexto geral da Bioquímica.

Respostas – página 1151) 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.

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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 car-bonos (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:

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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 1201) Porque somente esses micro-organismos possuem a maquinaria enzimática para reali-

zar 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 descarboxila-ses) 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 regu-ladoras 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 ami-noácidos, 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 pro-porcionalidade 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.

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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 pos-sibilita 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 pro-cesso 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 arma-

zenamento 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 replica-ção 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 1351) As funções chave do material genético são: armazenar e transmitir as informações

genéticas.

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2) 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 pro-cessos 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 adjacen-tes. 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 hidro-gênio. 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 especí-ficas 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 monô-meros 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, denomi-nada 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 aminoáci-dos 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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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.

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 amplifi-cação 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 equipa-mento 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 rela-cionados, 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 substan-cialmente menor. Por outro lado, as mutações nem sempre são prejudiciais. Aliás, são fundamentais para que o processo evolutivo prossiga.

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