QUESTÕES INTERDISCIPLINARES (Biologia/Química) PUCSP

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1 QUESTÕES INTERDISCIPLINARES (Biologia/Química) PUCSP 1. (2012) 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 (valores médios) Após a prova (valores médios) Triglicerídeos (mg/dl)] Colesterol LDL (mg/dl) Colesterol HDL (mg/dl) Ácido úrico sanguíneo (mg/dl) Ácido úrico urinário (mg/mg de creatinina) Aspecto/turbidez da urina* 5 3,5 0,3 0,6 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:

2 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. Após a meia maratona, verifica-se um aumento na turbidez da urina dos atletas participantes. Esse fato é consequência da diminuição do volume de água eliminado na urina. Durante a corrida, a sudorese é intensa e, consequentemente, a neuro-hipófise secreta o hormônio antidiurético (ADH) que estimula a reabsorção de água nos túbulos renais, impedindo que o atleta sofra uma desidratação que possa comprometer suas atividades vitais. 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? O excesso de colesterol pode ser a causa do infarto do miocárdio por provocar a formação de placas que obstruem as artérias coronárias, as quais irrigam o músculo cardíaco. Os miócitos cardíacos morrem quando são privados de oxigênio. A prática esportiva revela que, nos atletas, os níveis de colesterol LDL (colesterol ruim) é reduzido e, também, o nível de colesterol bom (HDL) é aumentado. Esses parâmetros permitem afirmar que a atividade física reduz o risco da ocorrência de infarto no miocárdio. 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) Fórmula molecular do ácido úrico: C5H4 N4O 3. Teremos: C5H4N4O3 168 g 56 g p p 33,33 % 168 g / mol 100 % d) Equacione a reação de hidrólise do triglicerídeo representado a seguir. Indique a função química a que pertence cada um dos produtos dessa reação.

3 A reação de hidrólise corresponde ao inverso da esterificação: 2. (2012) 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

4 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. A bactéria transgênica Klebsiella oxytoca recebeu genes exógenos e tornou-se capaz de transcrever esses segmentos de DNA, formando moléculas de RNA mensageiro, os quais serão traduzidos em proteínas enzimáticas capazes de produzir etanol a partir do polissacarídeo celulose. b) O açúcar presente na cana-de-açúcar é a sacarose (C 12 H 22 O 11 ). A sacarose sofre hidrólise formando os monômeros glicose e frutose (C 6 H 12 O 6 ). Posteriormente, esses monômeros são fermentados por leveduras, resultando na formação de etanol (C 2 H 5 OH) 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 12 H 22 O 11 = 342 g.mol -1 ; M C 2 H 5 OH = 46 g.mol -1 A levedura é um fungo responsável pela fermentação. Equação global de obtenção do etanol a partir da sacarose: inverterase C H O H O C H O C H O Frutose zimase C H O 4CO 4C H O Etanol Global Glicose C H O H O 4CO 4C H O

5 Teremos: Global C H O H O 4CO 4C H O m 342 g C12H 22O11 m g 427,50 kg C12H 22O11 (4 46 g) 0, g 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. Fórmulas estruturais simplificadas do etanol, etileno (eteno), éter dietílico (etóxi-etano), ácido acético e polietileno ao lado dos respectivos nomes:

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