QUÍMICA / BIOLOGIA ANALÍTICA. Prof. Alysson. 1-América Latina Diabética

Transcrição

1 QUÍMICA / BIOLOGIA Prof. Alysson ANALÍTICA 1-América Latina Diabética O diabetes mellitus tipo 2 é um problema de saúde crescente na América Latina. Estima-se que quase 6% da população adulta desta região sofram de diabetes. Em números absolutos, isso equivale a mais de 16 milhões de pessoas, e, a continuar o atual ritmo de crescimento da doença, espera-se que, em 2025, este número ultrapasse a surpreendente marca dos 33 milhões de diabéticos latino-americanos, segundo a World Diabetes Foundation. O aumento do número de casos da doença na América Latina tem diversas explicações. Uma delas é o aumento na expectativa de vida verifi cado nos países em desenvolvimento, já que a doença tem maior prevalência em uma faixa etária que inclui pessoas mais idosas. Por outro lado, mudanças no estilo de vida tais como decréscimo nas atividades físicas e a predominância de dietas hipercalóricas têm contribuído significativamente para o aumento de casos de obesidade na região. A obesidade é o grande desencadeador desse tipo de diabetes, pois está associada ao desenvolvimento de resistência à insulina por parte do organismo. É bom ressaltar que o outro tipo de diabetes mellitus, o do tipo 1, ocorre devido a um distúrbio autoimune que leva à destruição das células produtoras de insulina. Apesar de diferentes quanto à origem, ambos os tipos de diabetes levam ao mesmo conjunto de complicações no organismo, que são resultantes direta ou indiretamente de alterações orgânicas descritas a seguir: Hiperglicemia: é a concentração elevada de glicose no sangue (acima de 126 mg/dl em jejum). Nessas condições, o sangue torna-se hipertônico em relação ao citoplasma celular, além de resultar na eliminação de quantidades elevadas de glicose na urina associada a uma eliminação abundante de líquidos e eletrólitos. Alterações metabólicas: são provocadas pela carência de glicose nas células do diabético. Nestas circunstâncias, proteínas e lipídios passam a ser metabolizados intensamente. Subprodutos desse metabolismo, como os corpos cetônicos, podem levar a um quadro grave de acidose no sangue. Danos neurológicos, cegueira e colapso renal são complicações clínicas frequentes nos diabéticos. No entanto, as doenças cardiovasculares são a principal causa de morte. Na América Latina, a situação é ainda mais preocupante, pois muitos diabéticos ainda têm acesso limitado ao sistema de saúde, segundo dados da Organização Mundial de Saúde. Baseando-se nos seus conhecimentos de Biologia e Química, responda: a) No organismo humano, onde se encontram as células produtoras de insulina? Qual a função desempenhada por este hormônio? b) Após uma refeição, normalmente acontece uma elevação na concentração sanguínea de glicose, seguida de uma queda gradual. As curvas representadas no gráfico a seguir registram esse fenômeno em duas pessoas, uma saudável e uma diabética. Qual dessas curvas (A ou B) representa o ocorrido na pessoa diabética? Justifique, levando em consideração a deficiência insulínica apresentada no diabetes tipo 2. 1

2 c) Em solução aquosa neutra, a glicose é encontrada em equilíbrio entre a forma aberta e a forma cíclica, representada pela equação a seguir: I. Identifique as funções químicas presentes em cada uma das formas apresentadas pela glicose. II. A glicose apresenta isômeros, sendo que vários deles derivam da assimetria de suas moléculas. Determine o número de átomos de carbono assimétricos da estrutura aberta da glicose e identifique o tipo de isomeria decorrente da presença desses átomos. d) A pressão osmótica do soro sanguíneo está relacionada à concentração de moléculas e íons dispersos na solução aquosa, sendo a glicose apenas um dos solutos que constituem esta complexa solução. Um técnico pretende preparar uma solução de NaCl isotônica (mesma pressão osmótica) a uma solução de glicose de 126 mg/dl. Para isso, efetuou os cálculos da concentração (C), em mol/l, dessa solução de glicose e da massa (m) de NaCl adequada para preparar 1L desta solução. Determine os valores de C e m calculados pelo técnico, considerando que o NaCl encontra-se totalmente dissociado nas condições desta solução. Dados: MNaCl = 58,5 g/mol; Mglicose = 180 g/mol; 1 dl = 100 ml 2-A EXPANSÃO DA DENGUE O crescimento demográfico humano descontrolado apresenta desvantagens sob diversos aspectos. Muitos de seus efeitos negativos são sentidos principalmente em países emergentes. Exemplo disso é a ocupação urbana sem planejamento, resultante do intenso fluxo migratório rural-urbano ocorrido a partir da década de 1960 nos países sulamericanos. Este intenso êxodo rural foi responsável por boa parte do inchaço verificado nas grandes cidades desses países. Uma boa parcela desses migrantes passou a viver em favelas e cortiços. Por conta disso, estima-se que cerca de 20% da população das grandes cidades da América Latina não tenham suas necessidades de habitação e saneamento básico atendidas. Uma das consequências dessa situação é a proliferação de vetores de doenças, tais como a dengue. O mosquito Aedes aegypti, transmissor do vírus causador desta doença, tem sua proliferação facilitada quando o saneamento básico é deficitário, como aquele observado principalmente na periferia de grandes cidades brasileiras. Esta disseminação do mosquito também está associada a criadouros potenciais surgidos a partir do descarte inadequado da grande quantidade de produtos do sistema industrial moderno. Especialmente recipientes descartáveis e pneus usados recebem destino inadequado ao serem abandonados em quintais, vias públicas e terrenos baldios. Uma das estratégias de combate ao vetor da dengue é o controle químico. No entanto, um problema associado a esta estratégia é o desenvolvimento de populações de vetores resistentes aos produtos mais intensamente utilizados. Uma vez estabelecida a resistência, a dosagem de determinado produto químico antes eficaz no combate ao inseto, passa a não surtir mais efeito. A Organização Mundial de Saúde (OMS) recomenda que a sensibilidade de insetos vetores a inseticidas seja constantemente monitorada. Um dos parâmetros utilizados neste monitoramento é a concentração letal 50% (CL50), que corresponde à dose do produto químico que extermina 50% dos insetos expostos a ele. Atualmente, os inseticidas de uso mais frequente no combate ao Aedes aegypti pertencem ao grupo dos carbamatos (propoxur), organofosforados (malathion, fenitrothion e temephos) e piretróides (cipermetrina). O gráfico abaixo demonstra os resultados obtidos a partir de uma pesquisa sobre a sensibilidade do Aedes aegypti aos inseticidas fenitrothion e temephos, utilizados no controle químico da dengue em cidades do Estado de São Paulo. Os valores padrão de CL50 destes inseticidas, considerados para efeito comparativo, foram 1, mg/l, respectivamente. 3 3,2.10 mg/l e 2

3 Valores de CL50 para o inseto Aedes aegypti em seis cidades do Estado de São Paulo. (Dados obtidos de Macoris e cols., 1999 Revista de Saúde Pública, vol. 33, nº- 5) Embora o monitoramento da sensibilidade aos inseticidas seja essencial sob o ponto de vista do controle destes insetos transmissores da dengue, a OMS também recomenda que medidas alternativas de combate à doença devam sempre ser implementadas de modo descentralizado, envolvendo um esforço conjunto entre poder público e a sociedade em geral. 1. Determine a fórmula molecular do fenitrothion. 2. Considere que esteja disponível uma solução aquosa do inseticida temephos de concentração 0,15mg/L e outra 7 solução aquosa do inseticida fenitrothion de concentração 6,0. 10 mol/l. Determine o volume necessário de cada uma das soluções para preparar 100 L de cada inseticida nas concentrações equivalentes ao CL50 para o inseto Aedes aegypti na cidade de Marília. 3. Explique o desenvolvimento de populações de Aedes aegypti resistentes a inseticidas, descrito no texto, usando como argumento o fenômeno evolutivo da seleção natural. 4. O monitoramento da resistência do inseto ao produto químico tem como objetivo manter o controle das populações do vetor. Uma das medidas a serem tomadas com base nos resultados do monitoramento é a troca do inseticida. Suponha que os resultados apresentados no gráfico sugiram a substituição de apenas um inseticida em uma das cidades comparadas. Neste caso, qual seria este inseticida e em que cidade? Explique. 3

4 3- VIDA É ENERGIA A vida é um fenômeno que requer energia, pois se constitui de um conjunto de processos que envolve trabalho. Os seres vivos necessitam de energia para se manter, se desenvolver e se reproduzir, e as formas de obtenção desta energia são diversas. Os animais, por exemplo, obtêm energia dos alimentos que consomem. Apesar de os carboidratos serem considerados o principal "combustível" celular, proteínas e gorduras também são importantes fontes energéticas, como indicado na tabela 1. Esses macronutrientes desempenham também outras funções importantes no organismo e devem estar presentes em quantidades adequadas na dieta. Para um adolescente, a dieta adequada deve conter entre 60 e 70% de carboidratos, 20 e 25% de gordura e 10 e 15% de proteínas. A quantidade de energia que um organismo utiliza por unidade de tempo é denominada taxa metabólica, que pode variar em função da idade, do sexo e das atividades físicas desempenhadas. Por exemplo, para rapazes com idade entre 15 e 18 anos, com atividade física moderada, é recomendável que o valor energético diário ingerido seja de 45 kcal/kg, e, para as meninas, 40 kcal/kg. É importante mencionar que mais da metade da energia desprendida do metabolismo de carboidratos, proteínas e lipídios é dissipada na forma de calor. Quando as taxas metabólicas de animais diferentes são comparadas, a discrepância de valores entre endotérmicos e ectotérmicos é surpreendente. Enquanto um humano adulto, em completo repouso, apresenta uma taxa metabólica que varia de 1300 a 1800 kcal por dia a 20 C, um ectotérmico de peso comparável, tal como o aligátor americano, tem uma taxa metabólica de apenas 60 kcal por dia, à mesma temperatura. Diferenças dessa magnitude explicam o fato de os endotérmicos ingerirem uma quantidade muito maior de alimentos que os ectotérmicos, em um mesmo período de tempo. Sendo assim, é possível estabelecer uma associação entre as estratégias de geração de calor corporal e as intensidades das taxas metabólicas apresentadas por animais endotérmicos e ectotérmicos. Com base no texto e em seus conhecimentos, responda: Um rapaz de 16 anos e 60 kg de massa, cuja atividade física pode ser classificada como moderada, teve a quantidade diária de nutrientes ingerida registrada durante um mês. A tabela 2 apresenta os valores médios diários obtidos ao final do período. Determine o valor energético de sua dieta e a proporção média de cada nutriente ingerido. Indique se a dieta está adequada. Justifique sua resposta. Escreva a equação de combustão completa da glicose (C 6H 12O 6). A partir dos dados da tabela de valores energéticos, determine a entalpia de combustão de um mol desta substância. A partir das entalpias de formação do gás carbônico e da água, determine a entalpia de formação da glicose. Dados: Mglicose = 180 g/mol C(s) + O 2(g) CO 2(g) Hformação = - 95 kcal/mol de CO 2 H 2(g) O2(g) H2O(l) Hformação = - 70 kcal/mol de H 2O Dois animais foram comparados com relação à variação da temperatura corporal frente a oscilações térmicas ambientais. Os resultados estão representados no gráfico. Descreva os resultados observados no gráfico. Explique-os com base nas informações fornecidas no texto sobre as diferenças entre animais endotérmicos e ectotérmicos com relação às taxas metabólicas e às quantidades de alimento ingerido. 4

5 4-ATEROSCLEROSE Leonardo da Vinci foi um grande estudioso de anatomia. Passava horas ao lado de cadáveres, desenhando em detalhes a estrutura de órgãos internos. Em alguns casos, conseguiu deduzir acertadamente a causa da morte de uma pessoa. Um exemplo impressionante é o caso de um velho senhor internado no hospital Santa Maria Nuova, em Florença, falecido por volta de Ao executar a autópsia do corpo, da Vinci notou que as paredes internas de alguns vasos sanguíneos encontravam-se espessadas e tortuosas, e que este tipo de alteração não era verificado em corpos de pessoas mais jovens que ele havia dissecado. Ele fez as seguintes anotações a respeito: "A morte do velho senhor... foi causada pelo fato de que a cobertura interna dos vasos que vão do baço ao fígado se tornou tão espessa que eles se tornaram ocluídos (bloqueados) e não permitiram a passagem do sangue... As cavidades (lumens) dos vasos dos animais, após muito tempo de exposição aos humores nutrientes (transportados pelos vasos), se tornam, finalmente, contraídas e rígidas." (Extraído de Keele, K.D., "Medical History", Vol. 17, p , 1973) Leonardo acreditava que o bloqueio vascular impedia o movimento do sangue, impossibilitando a renovação de seus nutrientes. Ele registrou que os espessamentos vasculares também ocorriam em artérias que nutriam o coração e membros inferiores, provocados por uma nutrição "não natural" das paredes arteriais. Desse modo, da Vinci pode ter realizado o primeiro diagnóstico de aterosclerose da história. Nos dias de hoje, o número de mortes causadas por aterosclerose é elevado. Muitos detalhes desta patologia já foram elucidados e, em certa medida, Leonardo da Vinci estava certo ao afirmar que os espessamentos vasculares decorriam de uma nutrição "não natural" das paredes arteriais: a aterosclerose é consequência de um processo inflamatório das paredes dos vasos, disparado por diversos fatores, dentre os quais a presença excessiva de algumas espécies químicas como colesterol, ésteres de colesterol, triglicerídeos e radicais livres na circulação sanguínea. O colesterol, especificamente, tem um papel central no processo aterosclerótico. Pelo fato de não ser muito solúvel em soluções aquosas como o plasma, o colesterol da dieta, após absorção pelo trato digestório, necessita se combinar com proteínas plasmáticas especiais para ser transportado, dentre as quais se destacam as lipoproteínas de alta densidade (HDL) e de baixa densidade (LDL). O LDL colesterol é algumas vezes denominado "mau colesterol" porque está associado à formação de placas gordurosas nas paredes arteriais, que posteriormente se calcificam formando as placas ateroscleróticas. Sobre tais placas formam-se coágulos sanguíneos que provocam o bloqueio do vaso, impedindo o fluxo sanguíneo normal, como havia sido descrito pelo visionário Leonardo da Vinci já no século XVI. Alguns alimentos contribuem para o aumento da taxa de LDL no sangue, especialmente aqueles ricos em gorduras "trans" e saturadas. O controle do nível de colesterol sanguíneo é uma preocupação crescente que tem demandado atenção por parte de instituições atuantes na área da saúde. Com base no texto e nos seus conhecimentos de Química responda: a) Analise a estrutura do colesterol. A qual função química ele pertence? Explique por que o colesterol é praticamente insolúvel em água. b) O ácido oleico é o principal componente do óleo de milho e do azeite de oliva. Este ácido graxo insaturado é encontrado nos óleos vegetais naturais sempre na forma "cis". Entretanto, pode ser encontrado na forma "trans" na gordura hidrogenada industrialmente. Represente a fórmula estrutural do cis-ácido e do trans-ácido oleico. Dado: o ácido oleico é um ácido carboxílico de cadeia não ramificada com 18 átomos de C e uma insaturação na posição 9 da cadeia. 5

6 5- O SÉCULO DA BIOTECNOLOGIA O século XXI trouxe consigo uma sociedade em franco processo de amadurecimento científico e tecnológico. Nesse contexto, a biotecnologia tem se destacado pela grande produtividade e pelas contribuições nas mais diversas áreas. A biotecnologia pode ser entendida como qualquer aplicação tecnológica desenvolvida a partir do uso de organismos vivos ou de seus derivados. Um evento em particular, ocorrido na segunda metade do século XX, definiu os rumos da biotecnologia do século XXI: o desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante. A possibilidade de manipulação do DNA abriu múltiplas perspectivas de aplicações biotecnológicas, como, por exemplo, a produção de etanol a partir de celulose realizada por micro-organismos transgênicos. Um exemplo de organismo geneticamente modificado capaz de efetuar essa produção é a bactéria Klebsiella oxytoca. A modificação genética da Klebsiella envolveu o desenvolvimento da capacidade de sintetizar a enzima celulase, que hidrolisa a celulose, e da capacidade de utilizar os carboidratos resultantes dessa hidrólise em processos fermentativos geradores de etanol. A primeira dessas habilidades se desenvolveu graças ao trecho de DNA proveniente da bactéria Clostridium thermocellum. Por outro lado, a capacidade fermentativa derivou do DNA recebido, por engenharia genética, da bactéria Zymomonas mobilis. O uso em larga escala da Klebsiella transgênica permitiria obter etanol do bagaço da cana-de-açúcar, da palha do milho ou de qualquer substrato vegetal rico em celulose. Isso significaria não só uma maior produtividade de álcool combustível, mas também a expansão da indústria química baseada no álcool etílico, ampliando, com isso, a obtenção de éter dietílico, ácido acético e, principalmente, etileno (eteno), matéria-prima fundamental na produção de polímeros de adição. Apesar das potencialidades, a modificação genética de micro-organismos visando à produção de etanol ainda esbarra em dificuldades técnicas, que somente serão superadas com mais investimentos em pesquisa. Enquanto melhores resultados não vêm, a produção de etanol ainda ficará na dependência dos tradicionais processos fermentativos, como aqueles realizados por leveduras no caldo de cana-de-açúcar. Com base em seus conhecimentos de Biologia e Química, responda: a) A bactéria Klebsiella oxytoca recebeu trechos de DNA de Clostridium thermocellum e Zymomonas mobilis. Como essa inserção de material genético permite que a bactéria Klebsiella oxytoca passe a produzir etanol a partir de celulose? Considere, em sua resposta, os processos de transcrição e tradução. b) O açúcar presente na cana-de-açúcar é a sacarose (C 12H 22O 11). A sacarose sofre hidrólise formando os monômeros glicose e frutose (C 6H 12O 6). Posteriormente, esses monômeros são fermentados por leveduras, resultando na formação de etanol (C 2H 5OH) e gás carbônico. - Que tipo de micro-organismo é uma levedura? - Escreva a equação global de obtenção do etanol a partir da sacarose e determine a massa de sacarose necessária para a obtenção de 92 kg de etanol, considerando que o rendimento do processo é de 40%. Dados: M C 12H 22O 11 = 342 g.mol -1 ; M C 2H 5OH = 46 g.mol -1 c) O texto se refere à utilização do etanol como matéria-prima para a indústria química, permitindo a formação de diversas substâncias de larga aplicação industrial. Represente a fórmula estrutural dessas substâncias mencionadas no texto: etanol, etileno (eteno), éter dietílico (etóxi-etano), ácido acético e polietileno ao lado dos respectivos nomes. 6

7 6-PRÁTICA ESPORTIVA A prática de esportes promove modificações orgânicas significativas no corpo dos atletas, o que leva à necessidade de ajustes metabólicos e fisiológicos que atendam à grande demanda por energia e permitam a rápida remoção de metabólitos desnecessários. O organismo de um atleta que apresenta bom condicionamento físico realiza tais ajustes de modo eficiente, mesmo em condições de esforço intenso, como, por exemplo, no caso das longas provas de maratona. As alterações nas concentrações sanguíneas de lipídios apresentadas na tabela abaixo são condizentes com vários outros estudos que apontam os efeitos benéficos do exercício físico na prevenção de doenças cardiovasculares, especialmente o infarto do miocárdio. Um estudo realizado com maratonistas revelou alterações bioquímicas substanciais decorrentes do esforço. Neste estudo, foi solicitado a vinte maratonistas do sexo masculino que percorressem os 21 km equivalentes a uma meia maratona. Amostras de sangue e urina desses atletas foram coletadas antes e depois da prova, a partir das quais foram medidos parâmetros bioquímicos. Alguns resultados estão dispostos na tabela a seguir. Tipo de amostra SANGUE URINA Parâmetros bioquímicos Antes da prova Após a prova (valores médios) (valores médios) Triglicerídeos (mg/dl)] Colesterol LDL (mg/dl) Colesterol HDL (mg/dl) Ácido úrico sanguíneo (mg/dl) 5 3,5 Ácido úrico urinário (mg/mg de creatinina) 0,3 0,6 Aspecto/turbidez da urina* 0,0 1,0 Dados obtidos a partir de Siqueira e cols. (2009). Análise de parâmetros bioquímicos séricos e urinários em atletas de meia maratona. Arq Bras Endocrinol Metab. 53(7): * A turbidez urinária permite deduzir o grau de diluição da urina: quanto mais turva, menos diluída e vice-versa Com base em seus conhecimentos de Biologia e Química, responda: a) Explique o mecanismo fisiológico responsável pela variação na concentração (turbidez) da urina nos atletas durante a prova de meia maratona mencionada no texto. Considere, em sua resposta, a intensa sudorese dos atletas ocorrida durante a prova e a ação do hormônio ADH. b) Estabeleça uma correlação entre colesterol e infarto do miocárdio. De que modo os valores de colesterol LDL e colesterol HDL apresentados na tabela demonstram um efeito benéfico da prática esportiva na prevenção do infarto? c) Escreva a fórmula molecular do ácido úrico e determine a porcentagem em massa de nitrogênio presente nessa substância. (Massas atômicas: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16) d) Equacione a reação de hidrólise do triglicerídeo representado a seguir. Indique a função química a que pertence cada um dos produtos dessa reação. 7