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V.14, N.1 / 2016
Summary
Sumário
Summary
Editorial
3–4
Equipe de trabalho
Work team
5
Editorial V.14 N.1
Pesquisa em Educação – Teaching Research
Identificação de concepções antropomórficas, teleológicas e vitalistas entre participantes
de uma reunião anual da SBBq
6 – 28
Identification of anthropomorphic, teleological and vitalist conceptions amongst participants of an annual meeting
of SBBq
Ariane Leites Larentis, Lúcio Ayres Caldas, Manuel Gustavo Leitão Ribeiro, Marcelo Hawrylak Herbst,
Coelho Garcia, Letícia Labati Terra, Rodrigo Volcan Almeida
Tomás
Diagnósticos e Intervenções no Ensino de Bioquímica
Diagnoses and interventions in Biochemistry Teaching
29 – 51
Andreza Costa Scatigno, Bayardo Baptista Torres
Os Aminoácidos nos Livros Didáticos de Biologia do Ensino Médio e de Bioquímica do
Ensino Superior
52 – 72
Amino Acids in Textbooks of Biology for High School and of Biochemistry for Higher Education
Patrícia Santos de Oliveira, Caroline Dutra Lacerda, Maria Lucia Bianconi
Inovações Educacionais – Educational Innovations
Aula prática de Fotossíntese: Demonstração da reação de Hill em cloroplastos com
dissipação de energia por fluorescência mediante desacoplamento ou inibição dos
fotossistemas pelo herbicida Diuron
73 – 88
Practical lesson of Photosynthesis: A demonstration of Hill reaction in chloroplasts with energy dissipation by
fluorescence upon photosystems uncoupling or inhibition by Diuron herbicide
Vadim Ravara Viviani
Apresentação de resultados de pesquisas científicas como estratégia para aumentar o
interesse dos alunos em fisiologia
89 – 98
Presentations of scientific research results as a strategy to increase the interest of students in physiology
Caroline Dalla Colletta Altermann, Alexandre Garcia, Pâmela Billig Mello-Carpes
Observación del efecto reductor de N-Acetilcisteína en el metabolismo de levaduras
121 – 129
Observing reducing effect of N-acetylcysteine in the metabolism of yeast
Sebastián Chapela, María Milagros Romo Manzini, Hilda Burgos, Manuel Alons, Carlos Alberto Stella
protVirt: simulação da dosagem de proteínas por espectrometria auxiliando as aulas
práticas de Bioquímica
130 - 141
protVirt: simulação da dosagem de proteínas por espectrometria auxiliando as aulas práticas de Bioquímica
Gabriel Gerber Hornink
REB na Escola – REB in the School
Fisio Card Game: um jogo didático para o ensino da fisiologia na educação básica
Fisio Card Game: um jogo didático para o ensino da fisiologia na educação básica
Tarcila de Araújo Alves, Lucas de Souza Falcão, Aline Tatiane Souza, Thaís Santiago do Amaral, Sheila Pereira de
Lima, Thaís Billalba Carvalho
99 – 120
V.14, N.1 / 2016
Work Team
Work Team 2016 (Jan-Jul)
1. Editorial Team
Chief-editors
 Bayardo Bapstista Torres, Instituto de Química (USP), Brasil
 Eduardo Galembeck, Depto. Bioquímica, Instituto de Biologia, Universidade de Campinas
(Unicamp), Brasil
Co-editors
 Gabriel Gerber Hornink, Depto. Bioquímica, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade Federal de Alfenas (Unifal-MG), Brasil
 Vera Maria Treis Trindade, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da
Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Brasil
Editorial Board
 Adriana Cassina, Department of Biochemistry, Facultad de Medicina, Universidad de la
República, Uruguay
 Angel Herráez, Departamento de Bioquímica y Biología molecular, Universidad de Alcalá de
Henares, Madrid, Spain
 André Amaral Gonçalves Bianco, Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), Brasil
 Denise Vaz de Macedo, Depto. Bioquímica, Instituto de Biologia, Universidade Estadual de
Campinas (Unicamp), Brasil
 Eneida de Paula, Depto. Bioquímica, Instituto de Biologia, Universidade Estadual de Campinas
(Unicamp), Brasil
 Jose Antonio Martinez Oyanedel, Universidad de Concepción, Chile
 Josep Maria Fernández Novell, Department of Molecular Biology & Biochemistry, Universitat
de Barcelona, Spain
 Leila Maria Beltramini, Instituto de Física de São Carlos, Universidade Estadual de São Paulo
(USP), Brasil
 Manuel João da Costa, Escola de Ciências da Saúde, Universidade do Minho, Portugal
 Maria Lucia Bianconi, Instituto de Bioquímica Médica, Universidade Federal do Rio de Janeiro
(UFRJ), Brasil
 María Noel Alvarez, Department of Biochemistry, Facultad de Medicina, Universidad de la
República, Uruguay
 Miguel Ángel Medina Torres, Department of Molecular Biology & Biochemistry Faculty of
Sciences University of Málaga, Spain
 Nelma Regina Segnini Bossolan, Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São
Paulo (USP), Brasil
 Paulo De Avila Junior, Centro de Ciências Naturais e Humanas (CCNH) Universidade Federal
do ABC (UFABC), Brasil
 Raul Herrera Faúndez, Instituto de Biología Vegetal y Biotecnologia, Universidad de Talca,
Chile
 Wagner Seixas da Silva, Instituto de Bioquímica Médica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro (UFRJ), Brasil
Work Team
2. Reviewers V14. N1, 2016
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Ana Lúcia Ana Lúcia Hoefel, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS),
Brasil
Andreza Costa Scatigno, Depto. Química, Universidade de Sorocaba UNISO), Brasil
Álvaro Reischack de Oliveira, Escola superior de Educação Física, Universidade Federal
do Rio Grande do Sul (UFRGS), Brasil
Bayardo Bapstista Torres, Instituto de Química - USP, Brasil
Carolina Nascimento Spiegel, Universidade Federal Fluminense, Brasil
Eduardo Galembeck, Depto. Bioquímica, Instituto de Biologia, UNICAMP, Brasil
Eduardo Fernandes Barbosa, Universidade Federal do Oeste da Bahia (UFOB), Brasil
Gabriel Gerber Hornink, Depto. Bioquímica, Instituto de Ciências Biomédicas,
Universidade Federal de Alfenas (Unifal-MG), Brasil
Maria Lucia Bianconi, Instituto de Bioquímica Médica Universidade Federal do Rio de
Janeiro (UFRJ), Brasil
Miguel Ángel Medina Torres, Department of Molecular Biology & Biochemistry Faculty of
Sciences University of Málaga, Spain
Pâmela Billig Mello-Carpes, Universidade Federal do Pampa (Unipampa), Brasil
Paulo Afonso Granjeiro, Universidade Federal de São João Del-Rei (UFSJ), Brasil
Vera Maria Treis Trindade, Depto. Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde,
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Brasil
3. Institutional support
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SBBq – Brasilian Society of Biochemistry and Molecular Biology:
http://www.sbbq.org.br
Jerson Lima da Silva (UFRJ) - Acting President
Glaucius Oliveira (IFSC - USP) - Elected President
José Roberto Meyer Fernandes (UFRJ) - Vice-President
Walter R. Terra (IQ-USP) - General Secretar
Eduardo Moraes Rego Reis (IQ-USP) - First Secretary
Maurício da Silva Baptista (IQ-USP) - General treasurer
Aline Maria da Silva (IQ-USP) - First treasurer
Anibal Eugenio Vercesi (UNICAMP) - National Policy Coordinator
Richard Garrat (IFSC-USP) - International Relations Coordinato
Cover and Journal Layout: Gabriel Gerber Hornink
http://dx.doi.org/10.16923/reb.v13i2.564
http://dx.doi.org/10.16923/
xx/xx/2016
4
n. / 201X
Enviado em:
Publicado em:
Educational Innovations
Editorial 2016 – 1
O primeiro número de 2016 traz diversos artigos, abordando desde a pesquisa em
ensino de Bioquímica, até práticas e métodos de ensino para o nível superior e médio,
distribuídos em três seções da revista.
Durante este semestre fomos inclusos no ERIH Plus “European Reference Index for the
Humanities and Social Sciences” (ERIH PLUS), criado e desenvolvido por pesquisadores do
Comitê Permanente para as Humanidades (SCH) da Fundação Europeia de Ciência (ESC).
Na seção “Pesquisa em ensino” há um artigo abordando as concepções vitalícias e
teleológica, dos participantes de uma reunião da SBBq, sobre os processos evolutivos. Os
outros dois abordam diretamente os processos de ensino-aprendizagem de Bioquímica, um
deles fazendo um diagnóstico das dificuldades no aprendizado de Bioquímica e o outro
avaliando o como o conceito de aminoácidos fora abordado em livros de Biologia do ensino
médio (aprovados no Plano Nacional do Livro Didático – 2012 e 2015).
A seção “Inovações Educacionais” se inicia com um artigo sobre uma interessante
prática abordando a fotossíntese, por meio da demonstração da reação de Hill em Cloroplasto.
Apresenta-se uma aula prática, da Argentina (em espanhol), sobre o efeito reduto da NAcetilcisteína no metabolismo de levedura. Além dessas práticas, apresenta-se um artigo sobre
um software educacional envolvendo a dosagem de proteínas, que pode ser utilizado adjunto
às atividades em laboratório. Vale conferir essas práticas e, quem sabe, fazer o teste com elas
em seu laboratório. Finalizando esta seção, apresenta-se a pesquisa sobre um método
diferenciado para o ensino de Fisiologia, o qual aborda a proposição de colóquios para
disseminação e discussão de novas descobertas científicas.
Na seção “REB na Escola”, temos outro material sobre Fisiologia, no qual se apresenta
o Fisio Card Game, um jogo lúdico de cartas envolvendo os conteúdos básicos da Fisiologia
que são abordados no ensino Médio. Não deixe de ler o artigo e baixar as cartas para jogar
com sua turma.
Atenciosamente
Gabriel G. Hornink Vera Maria T. Trindade Eduardo Galembeck
Unifal-MG
UFRGS
Unicamp
Bayardo B. Torres
USP
V.14, N.1 / 2016
Enviado em: 26/08/2016
Publicado em: 18/06/2016
Teaching Research
Identificação de concepções antropomórficas, teleológicas e vitalistas entre
participantes de uma reunião anual da SBBq
Identification of anthropomorphic, teleological and vitalist conceptions amongst participants of an annual
meeting of SBBq
Ariane Leites Larentis 1,2*, Lúcio Ayres Caldas 1,3, Manuel Gustavo Leito Ribeiro 1,4, Marcelo Hawrylak Herbst 1,5,
Tomás Coelho Garcia 1,6, Letícia Labati Terra 1, Rodrigo Volcan Almeida 1,7
Grupo Interinstitucional e Interdisciplinar de Estudos em Epistemologia (www.epistemologia.ufrj.br)
Centro de Estudos da Saúde do Trabalhador e Ecologia Humana, Escola Nacional de Saúde
Pública(ENSP/CESTEH), Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz), Rio de Janeiro, RJ, Brasil
3
Grupo de Pesquisa de microscopia Aplicada às Ciências da Vida, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e
Tecnologia (INMETRO), Duque de Caxias, Rio de Janeiro, Brasil
4
Departamento de Biologia Celular e Molecular, Instituto de Biologia (IB), Universidade Federal Fluminense (UFF),
Niterói, RJ, Brasil
5D
Instituto de Química, Instituto de Ciências Exatas (ICE), Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ),
Seropédica, RJ, Brasil
6
Instituto de Estudos Sociais e Políticos (IESP), Universidade Estadual do Rio de Janeiro (UERJ), Rio de Janeiro,
RJ, Brasil
7
Departamento de Bioquímica, Instituto de Química (IQ), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de
Janeiro, RJ, Brasil
1
2
*e-mail: [email protected]
Resumo
Neste trabalho, buscou-se identificar obstáculos epistemológicos entre os presentes na XXXIX Reunião Anual da
Sociedade Brasileira de Bioquímica e Biologia Molecular (SBBq). Um questionário com perguntas e excertos de
artigos científicos de revistas de alto fator de impacto foi respondido por 97 presentes (39 estudantes de iniciação
científica, 42 pós-graduandos e 16 professores e pesquisadores). A partir da noção de obstáculo epistemológico
proposta por Bachelard, foi possível identificar concepções vitalistas (animismo), concepções teleológicas dos
processos evolutivos, em afirmações como a existência de objetivos/finalidades na adaptação dos organismos,
assim como uma visão antropomórfica dos processos biológicos em avaliação, tanto nas respostas às perguntas
como na aceitação ou não identificação destes obstáculos nos excertos. Verificou-se a presença de figuras de
linguagem, metáforas e analogias (obstáculo verbal) na explicação da evolução e do sistema imune, também
presentes nos excertos dos artigos.
Palavras-chave: antropomorfismo; teleologia; vitalismo.
Abstract
The aim of this work was to identify epistemological obstacles amongst participants of XXXIX Annual Meeting of
Brazilian Society of Biochemistry and Molecular Biology. A questionnaire with selected excerpts of scientific papers
from high impact factor journals was answered by 97 participants of this annual meeting (39 under-graduates, 42
graduate students, and 16 professors and researchers). From Bachelard’s notion of teleological obstacle, it was
possible to identify vitalist conceptions (animism), teleological approaches of the evolution processes, expressed in
apologies of immanent purposes in organisms’ adaptation, and an anthropomorphic vision of the biological
processes under evaluation in the answers and also in the acceptance or not recognition of these obstacles in the
excerpts. The presence of figures of speech, metaphors and analogies (verbal obstacle) were verified in explaining
the evolution and the immune system, also present in the excerpts.
Keywords: anthropomorphism; teleology; vitalism.
Identification of anthropomorphic, teleological and vitalist conceptions amongst participants of
an annual meeting of SBBq
1 Introdução
A Bioquímica é uma importante área do conhecimento das ciências biológicas e
químicas, fazendo parte do currículo básico de vários cursos de saúde e de alguns cursos
de Engenharia nas universidades. Devido à grande complexidade das vias metabólicas, à
enorme terminologia de enzimas e moléculas reguladoras e ao grau de pensamento
abstrato exigido para sua compreensão, é recorrente que educadores utilizem o emprego
de recursos técnicos e uma linguagem que facilitem o aprendizado e atraiam a atenção
por parte dos estudantes.
O uso de argumentos finalistas, antropomórficos e vitalistas, além de linguagem
metafórica e analogias, é legitimado pela maioria dos educadores e reforçado por sua
presença em artigos científicos da área, publicados em revistas indexadas e de impacto
considerável. No entanto, é importante questionarmos quando essas ferramentas são
usadas apenas como apoio à compreensão deste campo científico e como figuras de
linguagem, ou se elas estão presentes entre estudantes, professores e pesquisadores na
forma de conceitos estabelecidos e evidenciando concepções errôneas acerca do
conhecimento científico, i. e., se elas estão atuando como obstáculos epistemológicos.
A partir de sua noção de Obstáculo Epistemológico, apresentada em 1938 em “A
Formação do Espírito Científico”, Gaston Bachelard discute que é em termos de
obstáculos no próprio ato de conhecer que o problema do conhecimento científico deve
ser colocado, como causas de estagnação e até de regressão das ciências. Bachelard
propõe que “o ato de conhecer dá-se contra um conhecimento anterior, destruindo
conhecimentos mal estabelecidos (...)” [1]. Um obstáculo epistemológico pode ser
compreendido como uma forma de conhecimento que resiste às mudanças devido ao seu
poder explicativo ou, em outras palavras, devido à sua posição conceitual num dado
sistema de conhecimentos [2]. Entre os obstáculos epistemológicos identificados por
Bachelard (1996) estão o animismo e o conhecimento unitário e pragmático.
Bachelard caracteriza o obstáculo animista ao analisar a interferência de noções
presentes no campo da Biologia ao entendimento de fenômenos da Física e da Química.
Para Bachelard, a intuição da vida impede um estudo objetivo dos fenômenos físicos: “A
Vida é uma palavra mágica”. O obstáculo animista trata a “vida como um dado claro e
geral” [1]. No campo da Física, o animismo funciona ao nível das imagens; porém o
mesmo não ocorre na Biologia. Michel Pêcheux, em “Sobre a História das Ciências” [3]
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discute que o animismo toma em Biologia o nome de vitalismo. Segundo Pêcheux, o
papel desempenhado pelo animismo nas ciências físicas não é o mesmo que o do
vitalismo na Biologia. Ao discutir o vitalismo no campo das ciências biológicas, Pêcheux
mostra que ele representa uma posição conceitual nesta ciência. Neste trabalho
adotaremos esta última concepção nas discussões sobre o obstáculo animista.
O obstáculo do conhecimento unitário e pragmático descrito por Bachelard alerta
sobre o perigo de se recorrer à unidade da natureza e utilidade dos fenômenos naturais
ao tentar explicá-los: “Em todos os fenômenos, procura-se a utilidade humana, não só
pela vantagem que pode oferecer, mas como princípio de explicação. Encontrar uma
utilidade é encontrar uma razão.” [1].
Na prática científica, este obstáculo revela a tendência a uma concepção finalista e,
portanto, teleológica dos fenômenos. A teleologia é considerada por Ernst Mayr como a
ideologia que mais influenciou a Biologia: “talvez nenhuma outra ideologia tenha
influenciado a biologia mais profundamente que o pensamento teleológico” [4].
Investigando as concepções de Bachelard e Mayr, propusemos a noção de obstáculo
teleológico [5]. O aspecto antropomórfico do obstáculo unitário e pragmático destacado
neste trabalho corresponde a um desenvolvimento teórico da concepção bachelardiana
de obstáculo epistemológico, objeto de estudos a que nosso grupo de pesquisas tem se
dedicado.
Alguns autores, não utilizando como referencial teórico a epistemologia de
Bachelard, têm pesquisado a importância do animismo, da teleologia e do
antropomorfismo no ensino de ciências [6-9]. Segundo Tamir e Zohar [7], a teleologia se
refere a casos nos quais os fins são usados como explicações para a forma como certas
estruturas são construídas, ou para a maneira como certas funções são exercidas. Estes
autores também argumentam que a explicação teleológica implica a atribuição de
consciência a seres não humanos, ou a diferentes órgãos, sendo desta forma, uma
maneira enganadora de se entender cientificamente o fenômeno. Por outro lado,
antropomorfismo é considerado como a atribuição de um racional humano a seres não
humanos, assim Tamir e Zohar [7] consideram que a teleologia pode ser considerada
como um caso especial de antropomorfismo.
Em um trabalho anterior [10], foi possível identificar concepções vitalistas e
teleológicas entre pós-graduandos da área de Bioquímica. Esses resultados provocaram
o questionamento se essas concepções eram características daquele grupo investigado
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ou poderiam estar presentes em um público mais abrangente. Pela importância destes
obstáculos ao desenvolvimento do conhecimento científico na área de Bioquímica e
ciências correlatas, neste trabalho buscou-se identificar as concepções vitalistas
(animismo), antropomórficas e teleológicas entre pesquisadores participantes da
XXXIX Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Bioquímica e Biologia Molecular
(SBBq), por ser o principal congresso brasileiro da área.
2 Materiais e Métodos
Este trabalho constitui um aprofundamento (prático e teórico) do estudo
apresentado de forma resumida no VIII Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em
Ciências – ENPEC [11]. Os questionários foram distribuídos aleatoriamente aos inscritos
na XXXIX Reunião Anual da SBBq (18 a 21 de maio de 2010, Foz do Iguaçu, Paraná) em
palestras, sessões de pôsteres, no credenciamento e recebimento de auxílio.
O questionário foi elaborado com o objetivo de identificar obstáculos
epistemológicos e verificar o nível de concordância/discordância com afirmativas e
excertos baseados em noções do senso comum ou extraídos de artigos científicos de
revistas de qualidade reconhecida e elevado fator de impacto (os títulos das revistas
foram omitidos nos questionários para evitar sugestionar as respostas).
Após cada um dos excertos (Quadro 1), os participantes deveriam assinalar o seu
nível de concordância com o texto, escolhendo uma das seguintes alternativas,
elaboradas com base na escala de Likert [12]: Discordo; Discordo parcialmente; Não sei;
Concordo parcialmente; Concordo. Além disso, o questionário estimulava os participantes
a justificar suas respostas perguntando “Por quê?” após a escala de alternativas. As
respostas dos questionários, transcritas sem correções, estão apresentadas em quadros
em documento suplementar.
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Quadro 1. Excertos baseados em noções do senso comum ou extraídos de artigos publicados em revistas
de qualidade reconhecida e elevado fator de impacto. Os excertos foram apresentados na forma de um
questionário e os participantes deveriam assinalar o grau de concordância com cada um deles. O excerto
(1) é de autoria de Ernst Mayr [4], definindo a evolução como um processo não teleológico e foi inserido no
questionário como forma de um controle sobre as demais respostas.
1) “A evolução (é) com freqüência considerada um processo teleológico porque levaria a “melhoramento”
ou “progresso”. (...) Decerto é a seleção natural um processo de otimização, mas não tem meta definida, e,
considerando o número de restrições e a freqüência de eventos aleatórios, seria por demais equivocado
chamá-la de teleológica. (...) A seleção natural lida com propriedades de indivíduos de determinada
geração; ela simplesmente carece de uma meta de longo alcance, embora assim pareça quando se olha
para trás, abrangendo uma longa série de gerações.” [Mayr, 2005]
2) Sobre a “hipótese de manipulação”: “É bem conhecido que a infecção com T. gondii pode afetar a
cognição e o comportamento de roedores. (...) Estudos mais recentes levaram os pesquisadores a
formular a hipótese de manipulação. Esta hipótese estabelece que o parasita pode alterar o
comportamento de seus hospedeiros para aumentar sua taxa de transmissão. (...) Em 1994, Webster et al.
publicaram estudos demonstrando que ratos infectados com T. gondii foram mais ativos e menos
neofóbicos à urina de gatos do que os controles; as respostas à urina de animais não predadores tais
como coelhos não foram alteradas pela infecção toxoplasmática. Estas alterações levariam o rato a ser
mais facilmente devorado pelo gato, assim completando o ciclo de vida do T. gondii e sendo um exemplo
da hipótese de manipulação.” [Yolken et al., 2009; tradução nossa] [13]
3) “O objetivo de todos os organismos é viver”.
4 ) Sobre a ideia de “corrida armamentista”: “Muitas bactérias patogênicas escondem-se e crescem em
compartimentos intracelulares ligados à membrana, chamados fagossomos, onde elas são protegidas do
sistema imune e ainda recebem nutrientes da célula infectada. Esta situação coloca um problema para o
hospedeiro. Desta forma a célula hospedeira toma medidas para destruir o patógeno, o qual, obviamente,
tenta se defender. Em uma clássica “corrida armamentista” evolucionária, ambos, patógeno e células
hospedeiras têm desenvolvido um arsenal de armas, e esta corrida certamente não está terminada ainda.”
[Kuijl e Neefdjes, 2009; tradução nossa] [14]
5) Sobre a ideia de “patógenos traiçoeiros”: “Parasitas intracelulares usam várias estratégias para invadir
as células e subverter as rotas de sinalização celular e, assim, ganhar uma posição contra as defesas do
hospedeiro. Entrada eficiente, habilidade para explorar nichos intracelulares, e persistência fazem destes
parasitas patógenos traiçoeiros.” [Sibley et al., 2004; tradução nossa] [15]
6) “Os microrganismos têm personalidade.”
Foram coletados 97 questionários respondidos: 39 por estudantes de iniciação
científica (ICs), 42 por pós-graduandos (PGs) e 16 por professores e pesquisadores (PPs)
com formação em Bioquímica e áreas correlatas de universidades e institutos de pesquisa
distribuídos pelo país (Fiocruz, Instituto Butantan, UEM, UEPG, UFABC, UFAL, UFBA,
UFC, UFES, UFMA, UFOP, UFPE, UFPR, UFRGS, UFRJ, UFRN, UFRRJ, UFS, UFSC,
UFSJ, UMC, UnB, UNESP, Unicamp, Unifesp, UNIRIO, UNIOESTE, UPE, UPMUniversidade Presbiteriana Mackenzie, USP). Os cursos de graduação identificados foram
Agronomia/Ciências Agrícolas, Biologia/Ciências Biológicas, Bioengenharia, Biomedicina,
Bioquímica, Biotecnologia, Educação Física, Engenharia Agronômica, Farmácia, Física,
Medicina, Medicina Veterinária, Microbiologia/Imunologia, Nutrição, Odontologia e
Química, incluindo bacharelado, licenciatura e cursos para tecnólogos. Dos participantes,
dois pós-graduandos eram da Universidad Nacional de Córdoba, Argentina.
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Este trabalho faz parte de uma linha de pesquisa do Grupo Interinstitucional e
Interdisciplinar de Estudos em Epistemologia (GI2E2 – www.epistemologia.ufrj.br),
integrado atualmente por docentes e pesquisadores de diferentes instituições do Estado
do Rio de Janeiro (Fiocruz, UFRJ, UFF, UFRRJ e UERJ) que foi avaliada pelo Comitê de
Ética em Pesquisa da ENSP/Fiocruz e aprovada sob o número CAAE
14095313.0.0000.5240.
Não foi empregado Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE), pois o
estudo foi conduzido de forma cega, não sendo possível aos pesquisadores terem acesso
aos dados pessoais e preservando a identidade de todos os participantes, com garantia
de anonimato e confidencialidade das respostas. Assim, os questionários foram anônimos
e os resultados foram analisados em conjunto e não individualmente ou focando alguma
instituição ou método de ensino específico. Esta abordagem foi escolhida porque o GI 2E2
não tem como objeto de pesquisa a implementação de estudos cognitivos individuais,
mas sim do processo de desenvolvimento das ciências e a investigação dos obstáculos
epistemológicos a elas relacionados, que ocorre de forma histórica e coletiva.
3 Resultados
Foram identificadas concepções antropomórficas, teleológicas e vitalistas nas
repostas ao questionário em todas as três categorias, independente da área de formação,
da universidade ou do tempo de atuação em Bioquímica.
3.1 Evolução segundo Ernst Mayr
Com relação a este excerto, o perfil de respostas entre as categorias foi diverso,
com significativo número de respostas “Não sei” entre estudantes de iniciação científica
(aproximadamente 36%) e pós-graduandos (12%). Entretanto nenhum PP afirmou não
saber opinar sobre a frase (Figura 1). Essa diversidade ocorreu possivelmente devido à
maior ou menor familiaridade com os termos e conceitos presentes no excerto.
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Figura 1. Respostas (%) ao excerto “A evolução (é) com frequência considerada um processo teleológico
porque levaria a “melhoramento” ou “progresso”. (...) Decerto é a seleção natural um processo de
otimização, mas não tem meta definida, e, considerando o número de restrições e a frequência de eventos
aleatórios, seria por demais equivocado chamá-la de teleológica. (...) A seleção natural lida com
propriedades de indivíduos de determinada geração; ela simplesmente carece de uma meta de longo
alcance, embora assim pareça quando se olha para trás, abrangendo uma longa série de gerações.” [4].
Algumas respostas discursivas dos ICs e PGs são explícitas: “Não entendi a
frase.”; “Não sei o que é teleológico!”; “Não sei. Série de terminologias abstratas (...)”.
Contudo, há um alto índice de concordância entre os ICs: 43,6% afirmaram concordar,
mesmo manifestando objeções quanto à frase (caso do item “concorda parcialmente”).
Conforme análise das demais respostas é possível que a autoridade de Mayr na área
tenha induzido ao maior nível de concordância neste excerto, como explicitado por um
estudante: “Mayr é mestre, e a evolução é fato”.
Das respostas que concordaram com o excerto de Mayr entre os estudantes de
iniciação científica, destacam-se: “Concordo. Eventos aleatórios são extremamente
comuns no tempo do universo (...)” e “Concordo parcialmente. A evolução natural não tem
como prevê (sic) o futuro das espécies, qual sobreviverá, porém, quando olhamos para
trás, vimos que muitas gerações foram extintas e as resistentes (que conseguiram
sobreviver) permaneceram.”.
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Entre os pós-graduandos destacamos os que concordam com a frase (31%):
“Concordo parcialmente. Para mim o nome evolução é equivocado para a teoria. A origem
da palavra evoluir significa melhorar. E a teoria não é essa...”; “Concordo. A evolução não
leva necessariamente a uma melhora ou objetiva um fim específico. É aleatória. E é a
seleção natural que faz com que determinadas características perdurem ou sejam
eliminadas.”.
O maior índice de discordância foi entre os PGs: 47,6% dos estudantes
discordaram. A análise das justificativas expostas por alguns PGs indica que, ao tentar
explicar suas discordâncias, os alunos demonstraram não ter compreendido corretamente
o excerto de Mayr. Como exemplo, podemos citar: “Discordo parcialmente. Não acho que
a seleção natural tenha uma meta de longo alcance, e sim uma meta evolutiva (...)”. No
excerto Mayr afirma que a seleção “carece de uma meta de longo alcance”, o que seria
incompatível com a discordância do aluno. Após analisar as justificativas, consideramos
que respostas deste tipo refletem o fato de que possam ter ocorrido erros de interpretação
do excerto. Dois outros exemplos de discordância são apresentados a seguir: “A idéia
(sic) de melhoramento é errada.
A seleção natural não tem uma meta.” e “A evolução não é um processo de
melhoramento, ou progresso. Se isso ocorrer é muito bom, porém a evolução é uma
mudança (sic) ela não é direcionada, ela apenas ocorre”. Essas opiniões demonstram a
dificuldade na compreensão/não familiaridade com os termos empregados no excerto.
Identificamos essa dificuldade ao perceber que algumas respostas na escala de Likert
concordam com o texto, mas ao justificar os alunos explicitam conceitos completamente
opostos: “Toda evolução tem como principal objetivo a melhora, em especial a
sobrevivência e para manutenção da espécie.”; “A evolução resulta de eventos aleatórios
que por seleção natural conferem um ‘objetivo’, se olharmos para trás (sic).” (grifos
nossos).
Apenas 25% dos PPs discordaram do trecho, mostrando uma identificação maior
com o autor e suas ideias. Os professores e pesquisadores que concordaram (75%)
enfatizaram o questionamento à teleologia comumente associada aos processos
evolutivos. Destacamos as respostas: “Os seres vivos constituem um produto
evolucionário à (sic) cada geração, sobrevivendo ou sucumbindo a adversidades.”;
“Mudanças só são observadas após um longo período, às vezes não são claras. Mas
após várias gerações são observadas.”. Entre os que discordaram (25%), estão algumas
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respostas que explicitam um pensamento teleológico e vitalista, como: “A evolução não é
retilínea, ela é regida por uma força que prima pela sobrevivência (...)” (grifo nosso). Do
ponto de vista científico, materialista, que força seria esta que prima pela sobrevivência?
Mayr (2005) discute que, para os vitalistas, as manifestações de vida em um organismo
são controladas por uma “força vital” (vis vitalis), o que, na terminologia bachelardiana
constitui-se como um obstáculo epistemológico [10].
Apesar da discordância formal com o excerto, outras respostas dos professores
questionaram a teleologia no processo de seleção natural, como: “Seleção natural, num
determinado ambiente um indivíduo pode se sobressair (sic), porém não necessariamente
o ‘melhor’, até (sic) porque o fator que causa a seleção não precisa ser permanente.
Assim o mais adaptado se mantém (sic), não o ‘melhor’.”; “A teleologia fundamenta-se em
um projeto transcendental ao jogo dos acasos fortuitos das mutações aleatórias. Portanto,
não há objetivos ou alvos a serem atingidos.”.
3.2 Hipótese de manipulação
Dos ICs participantes da pesquisa, 35,9% não soube opinar sobre a frase da
“hipótese da manipulação”, contra 23,8% dos PGs e 12,5% dos PPs. Contudo, a maior
parte das respostas a este excerto foi de concordância (ou concordância parcial), como
mostrado na Figura 2, sem questionamento das concepções vitalista e teleológica
implícitas na “hipótese de manipulação”, ou pelo menos, da presença de um obstáculo
verbal que deixa margem a uma interpretação de intencionalidade no processo descrito
pelos autores do artigo.
O grau de discordância total e parcial quanto à frase ficou em 23% para os ICs,
19% para os PGs e 25% para os PPs. Ao mesmo tempo a concordância foi alta para os
PPs: 62,5% dos professores-pesquisadores concordaram com essa assertiva, enquanto
apenas 35,8% dos ICs e 45,2% dos PGs opinaram a favor. Contudo, dos PGs que
concordaram parcialmente, alguns questionaram a intencionalidade do parasita, como
pode ser verificado no comentário: “Pois não acredito que o T. gondii tenha desenvolvido
esta ‘artimanha’ com o intuito específico que conhecemos, o acaso favoreceu esta
estratégia dele, e provavelmente muitas outras deixaram de ser usadas pois não
conferiam nenhuma vantagem, prevalecendo esta.”, discutindo a estratégia como tendo
sido favorecida pelo acaso por ser vantajosa para o T. gondii.
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Figura 2. Respostas (%) ao excerto “É bem conhecido que a infecção com T. gondii pode afetar a cognição
e o comportamento de roedores. (...) Estudos mais recentes levaram os pesquisadores a formular a
hipótese de manipulação. Esta hipótese estabelece que o parasita pode alterar o comportamento de seus
hospedeiros para aumentar sua taxa de transmissão. (...)” [13].
Em algumas respostas verificou-se a afirmação de que o excerto descreve o
processo de evolução destes organismos, em outras, observou-se o questionamento do
termo “manipulação” por implicar intencionalidade. Dentre os ICs que discordaram e
justificaram sua opinião, a maioria questionou o termo “manipulação”, como podemos
observar: “Não é manipulação, é seleção natural.”; “Não se trata de manipulação, o bicho
não pensa.” e “Não seria uma manipulação.”.
Nas opiniões discursivas dos PGs que concordaram com o excerto podemos
observar que a manipulação é justificada por eventos evolutivos, ou seja, a hipótese
estaria de acordo com a teoria da evolução: “O que ocorre hoje é consequência do
processo evolutivo que selecionou este comportamento em ratos, em sua interação com o
parasita.” e “Essa hipótese está de acordo com a teoria da evolução.”.
Apesar dos questionamentos, muitos concordaram, concordaram parcialmente ou
discordaram somente parcialmente. Essa postura pode ser explicada pelo possível
reconhecimento de que o excerto provém de um artigo científico publicado. Apesar de não
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ter sido exposto o periódico utilizado, nem de identificarmos o título do artigo, esse fato
poderia ser constatado através da presença do nome do autor e ano da publicação.
Assim, não foi possível evitar totalmente o sugestionamento das respostas, como
pretendido.
3.3 “O objetivo de todos os organismos é viver”
Em relação à frase “O objetivo de todos os organismos é viver”, 12,8% dos ICs não
souberam responder. De todas as frases e/ou excertos avaliados no estudo esse foi o
menor índice de “Não sei” indicado pelos estudantes de iniciação científica. A maior parte
das respostas foi de concordância entre estudantes de IC (56,4%), PGs (69%), PPs
(62,5%), com perfil de respostas similar entre todas as categorias (Figura 3). Ou seja,
pesquisados que questionaram outros excertos, concordaram com este. Algumas
respostas indicaram que o objetivo é a prevalência ou perpetuação dos genes em vez de
“O objetivo de todos os organismos é viver”. Respostas que indicam noções similares
(“Perpetuar seus genes.”; “Crescer e reproduzir-se (...)”; “Deixar descendentes.”; “(...) se
adaptar ao meio.”; “Ou sobreviver.”) apresentaram declarações tanto de “Concordo ou
Concordo parcialmente” quanto “Discordo ou Discordo parcialmente”, indicando que não
foi identificado o caráter teleológico implícito na ideia de “objetivo”.
Para os PPs, verificou-se um percentual similar que concordou com este excerto e
também com o excerto de Ernst Mayr [4], que afirma o oposto: a seleção natural “não tem
meta definida”, ou seja, a sobrevivência (ou extinção) de uma espécie não é um objetivo
no processo de seleção natural. Esta concepção científica é o oposto da noção
teleológica presente na resposta de um dos estudantes de graduação: “A evolução leva a
(sic) conservação da vida.”
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Figura 3. Respostas (%) à afirmação “O objetivo de todos os organismos é viver”.
A maior parte da discordância geral em relação à frase veio dos ICs: 25,6%
discordaram ou discordaram parcialmente. Logo em seguida 25% dos PPs discordam e
19% dos PGs. Entre os ICs, houve respostas em que a existência de objetivos foi
questionada. Como nas respostas: “Discordo. A afirmação apresenta 2 problemas.
Primeiro, o uso da palavra ‘objetivo’ supõe uma teleologia para a vida, o que não é correto
do ponto de vista científico (por não poder ser verificado ou sequer inferido de dados
concretos). Segundo, a palavra ‘viver’ não é muito precisa, pois é amplamente usada em
nossa língua em diferentes contextos, permitindo que a frase seja interpretada conforme a
vontade do leitor.”; “Concordo parcialmente. Acredito que a grande maioria dos
organismos vivos não tenham (sic) consciência que estão vivos, ou de qualquer outra
coisa, quanto mais um objetivo.”.
A resposta de um estudante de iniciação científica questionou a visão teleológica
na sentença, mas não notou que interpretações finalistas dos processos biológicos podem
ter relação com o campo religioso: “Concordo. É uma visão teleológica, mas bem melhor
que uma visão teológica ou religiosa.”
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Vale destacar a resposta na qual um doutorando identificou o problema principal na
sentença: “Discordo. Los organismos no tienen objetivo.”. As respostas, mesmo aquelas
que formalmente foram caracterizadas como discordâncias, apresentaram uma
concepção teleológica, na definição proposta por Mayr [4] e uma concepção pragmática e
unitária, segundo Bachelard [1]. É o caso das respostas dadas por professores/
pesquisadores apresentados no Quadro 3.
3.4 Corrida armamentista
O perfil de respostas ao excerto que descreve a ideia de “corrida armamentista” é
apresentado na Figura 4.
Figura 4. Respostas (%) ao excerto “Muitas bactérias patogênicas escondem-se e crescem em
compartimentos intracelulares ligados à membrana, chamados fagossomos, onde elas são protegidas do
sistema imune e ainda recebem nutrientes da célula infectada. Esta situação coloca um problema para o
hospedeiro. Desta forma a célula hospedeira toma medidas para destruir o patógeno, o qual, obviamente,
tenta se defender. Em uma clássica “corrida armamentista” evolucionária, ambos, patógeno e células
hospedeiras têm desenvolvido um arsenal de armas, e esta corrida certamente não está terminada ainda.”
[14].
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A maior parte concorda com o trecho: aproximadamente 64% dos ICs, 52,4% dos
PGs e 68,75% dos PPs. Entre os PPs, o maior percentual foi o de concordância parcial e
muitos não explicaram em quais pontos houve objeção. Muitas respostas reforçaram o
seu caráter teleológico, relacionando o processo ao fato dos organismos terem como
objetivo viver ou perpetuar seus genes.
Dos excertos avaliados nesse estudo, esse foi o com menor discordância total,
indicando que essa visão já é padrão em algumas explicações científicas. Apenas 10,2%
dos ICs, 16,7% dos PGs e 25% dos PPs discordaram dessa frase. Algumas respostas
questionaram o caráter teleológico do excerto, como aquelas que questionaram a
existência de um planejamento (“Parece que existe um ‘planejamento’ usando estes
termos e não existe planejamento.”), que as células tenham consciência (“Parasitas como
as bactérias intracelulares não tem (sic) consciência (sic) e apenas evoluíram (sic)
bioquimicamente para essa forma.”) ou que as células tomam decisões (“Porque se trata
de una situación fisiológica, las células no toman desiciones.”).
Os termos foram também questionados, mesmo em concordâncias: “(...) não
aplicaria estes termos p/ uma conceituação (sic) científica” e algumas respostas
identificaram seu caráter antropomórfico: “Corrida armamentista é um termo/fenômeno
completamente sociológico/antropológico. De forma nenhuma se aplica à situação em
questão.”e “(...) o homem tentando HUMANIZAR as relações naturais, os ciclos
biológicos, e etc...”. Outras respostas não identificaram os obstáculos antropomórfico,
teleológico, vitalista e verbal presentes na afirmação, até por ser um jargão comumente
usado na área, mas buscaram atribuir o texto aos mecanismos bioquímicos, fisiológicos
ou moleculares relacionados, a exemplo da resposta de um mestrando: “Por exemplo, as
interleucinas que possuem receptores de membrana inibidoras (sic) de alguns
‘invasores’.”.
3.5 Patógenos traiçoeiros
Com relação ao excerto que trata dos “patógenos traiçoeiros”, também houve um
maior percentual de concordâncias entre todas as categorias analisadas (Figura 5). Um
percentual de 56,4% dos ICs, 45,2% dos PGs e 56,2% dos PPs concordaram de forma
geral (concordaram e concordaram parcialmente).
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Figura 5. Respostas ao excerto (%) “Parasitas intracelulares usam várias estratégias para invadir as células
e subverter as rotas de sinalização celular e, assim, ganhar uma posição contra as defesas do hospedeiro.
Entrada eficiente, habilidade para explorar nichos intracelulares, e persistência fazem destes parasitas
patógenos traiçoeiros” [15].
Algumas respostas questionaram o termo empregado e alguns participantes
identificaram o obstáculo epistemológico presente no excerto, mesmo sem nomeá-lo em
termos bachelardianos (“ ‘Traiçoeiro’ é palavra usada para descrever comportamento
humano, e não deve ser usada para descrever a ação de um microorganismo (sic) sobre
o ambiente que habita (...)”; “Um ser que não possui consciência, não apresenta
características de personalidade.”; “Parasitas não pensam, seres unicelulares evolui (sic)
ao acaso.”; “Traiçoeiro para mim seria alguma ação indigna humana.”; “São os seres
humanos que ainda não descobriram uma melhor forma de trabalhar com ele.”; “Esta
seria uma atitude de um ser pensante.”; “Termos que caracterizam comportamentos
humanos (...)”; “Adjetivos com traiçoeiros só cabem a quem possui a faculdade
cognitiva.”; “A traição é um valor cultural e humano (...)”; “Patógenos (sic) não elaboram
estratégias!”). Como em outras respostas, mesmo concordando, o termo foi questionado
(“São traiçoeiros (sic) para o homem.”; “Discordo da palavra traiçoeiro (sic).”) ou explicado
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em termos bioquímicos/biológicos (“Co-evolução patógeno (sic) hospedeiro.”; “Subvertem
as rotas de sinalização.”; “Evolução.”; “A Leishmania e o tripanossoma, por exemplo,
apresentam moléculas de membrana que suprimem o sistema imune (...)”; “Alguns
patógenos passam a expressar genes de resistência à (sic) drogas por exemplo.”). Isso
indica que a forma de descrever um sistema biológico, empregando uma analogia, jargão,
que configura um obstáculo verbal segundo Bachelard, é aceito na área. Isto foi resumido
da seguinte forma por uma das respostas de um(a) mestrando(a): “(...) isso é apenas uma
analogia!”. Entretanto, muitas respostas não somente não questionaram seu caráter
antropomórfico como reforçaram uma concepção teleológica destes processos, como na
resposta: “Acredito que a evolução ensinou estes parasitas.”.
O índice de discordância foi maior entre os PPs: aproximadamente 31,3%. Esse
índice cai para 18% entre os ICs e 23,8% entre os PGs. Entre os que discordam, estão as
respostas: “(...) o termo traiçoeiro não pode ser aplicado a patógenos (sic)”; “A traição é
um valor cultural e humano (sic) portanto ñ pertence ao mundo do patógeno.”; e outras
que apresentam uma concepção teleológica apesar da discordância: “Não se trata de ser
‘traiçoeiro’ e sim uma estratégia de sobrevivência e perpetuação.”; “Apenas tentam se
manter vivos de uma forma que o sistema do invasor não o (sic) reconheça.”. Outras
respostas questionaram o excerto, mas não formalmente: “Concordo parcialmente.
Discordo da palavra traiçoeiro (sic).”; “Não sei. Isto é evolucionário (sic) na minha
opinião.”.
3.6 “Microrganismos têm personalidade”
Essa sentença que contém um obstáculo epistemológico explícito apresentou a
maior parcela da discordância entre ICs e PPs, 51,2% e 68,7% respectivamente. A
discordância geral entre os PGs foi relativamente menor, 19,5% (Figura 6).
Entre os ICs, a discordância se expressou em respostas como: “Se tivessem eles
teriam comunicação ou código reconhecível.”; “Eles não são irracionais?! Não possuem
sistema nervoso.”; “O uso da palavra ‘personalidade’ não é adequado, pois se refere a
uma característica (ou conjunto de características) tipicamente humana; portanto, não
pode ser usada para descrever uma característica de microorganismos (sic), que não têm
como apresentar ‘personalidade’ do modo como essa palavra é definida.”
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Figura 6. Respostas (%) à sentença “Os microrganismos têm personalidade”.
Dentre os grupos participantes, os PGs foram os que mais concordaram com
essa assertiva: 45,2%. Os ICs tiveram 28,2% de concordância e os PPs 18,7%. Entre as
concordâncias foram identificadas respostas com concepções antropomórficas e vitalistas
ao comparar personalidade ao fenótipo dos microrganismos, características
bioquímicas/genéticas ou pela expressão de seus genes: “Os microrganismos têm
fenótipos que podem ser interpretados como personalidade dependendo do envolvimento
que o pesquisador tem com seu objeto/ferramenta de pesquisa.”; “Se personalidade
envolver características bioquímicas/genéticas próprias.”; “A ‘personalidade’ é dada pela
expressão de genes que permitem a ele ter ou não personalidade.”.
Entre o menor percentual que concordou, estão respostas que reforçam uma
concepção (ou uma linguagem) antropomórfica e uma visão teleológica do processo de
adaptação ao meio: “Pode ser uma tomada de decisão que levará a uma adaptação mais
favorável ao organismo.”; “Conseguem perceber o ambiente e mudar suas atividades
gerais de acordo com a situação.”; “Certamente eles se aproveitam do meio e de outros
microrganismos para sobreviver com eficiência a situações inóspitas. Sofrem mutações,
agregam material genético e assim se tornam eficientes.”.
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Mesmo entre os participantes que afirmaram não saber opinar (20,5% ICs; 23,8%
PGs; 12,5% PPs) foram verificadas respostas que tendiam a questionar o termo
“personalidade”, como exemplo: “Nunca pensei sobre isso. Mas parece que personalidade
é algo muito humano e que tentamos por (sic) esta característica (sic) em todos e tudo.”.
Outras respostas tendiam a aceitá-lo: “Cada organismo, micro ou não, tem sua (sic)
peculiaridades, exigências e necessidades.”; “(...) se a ideia aqui for dizer que os
microrganismos têm (sic) características próprias só deles, então eu concordo!”.
4 Discussão
Foi possível identificar concepções antropomórficas e vitalistas nas respostas dos
estudantes de iniciação científica, pós-graduandos, professores e pesquisadores ao
questionário. Foi identificada uma visão teleológica/finalista do processo de evolução em
afirmações como a existência de objetivos/finalidades na adaptação dos organismos.
Tendencialmente, os professores e pesquisadores posicionaram-se em maior percentual
em todas as respostas (menor número de respostas: “Não sei” ou abstenções em relação
aos estudantes e pós-graduandos), com exceção daquelas atribuídas à frase “O objetivo
de todos os organismos é viver”. Entretanto, observou-se também a presença destas
concepções vitalistas e teleológicas, muitas vezes de forma muito similar às demais
categorias.
As afirmações teleológicas identificadas em muitas respostas corroboram os
argumentos de Mayr [4] e de Bachelard [1] de que se caracterizam como obstáculos ao
conhecimento científico. Segundo Bachelard [1], o obstáculo pragmático e unitário se
expressa na associação entre verdade e utilidade, segundo a qual não é possível
conceber um fenômeno que não seja “útil” na Natureza. Mayr [4] discute que não há
nenhum apoio para a teleologia na teoria de Darwin apresentada em “Origem das
Espécies” (ainda que em correspondências, particularmente em seus últimos anos, ele
tenha sido por vezes descuidado com sua linguagem). Depois que Darwin estabeleceu o
princípio da seleção natural, esse processo foi amplamente interpretado como teleológico
(tanto por adeptos quanto por opositores); a evolução era com frequência considerada um
processo teleológico porque levaria a um “melhoramento” ou “progresso”. Entretanto, esta
visão deixa de ser razoável quando se considera a natureza variacional da evolução
darwiniana, que não tem meta final e (re) começa a cada nova geração. A evolução leva
frequentemente a “becos sem saídas fatais” e resultam num “movimento irregular em
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zigue-zague na mudança evolutiva” (...) “É lamentável que alguns autores, mesmo na
literatura mais recente, pareçam dotar a evolução de uma capacidade teleológica” [4]. As
concepções teleológicas interferem na compreensão e na prática científica dos
estudantes, pós-graduandos e até mesmo dos professores e pesquisadores, como
mostrado nas respostas aos questionários. Considerando o conhecimento atual dos
processos evolutivos, as concepções teleológicas agem como obstáculos ao avanço
científico, não havendo motivos para a permanência do pensamento teleológico no
processo de ensino que pode ser o principal responsável por estas concepções presentes
entre cientistas e estudantes.
Temos discutido em nosso grupo de pesquisa que o campo religioso pode
influenciar na interpretação finalista dada aos processos evolutivos, ou seja, a crença de
que as modificações ocorrem sempre orientadas por uma força imaterial no sentido da
perfeição em níveis mais elevados. No entanto, creditar essa interpretação finalista
somente a uma elaboração equivocada ligada à religião é uma visão simplista demais. A
visão finalista dos processos evolutivos encontra eco dentro do próprio pensamento
biológico, conforme discutido anteriormente em Ribeiro e colaboradores [5]. No processo
de aprendizagem, de acordo com Sepulveda e El-Hani [16], conforme ocorre o ensino da
teoria darwinista da evolução, o conhecimento científico pode ser integrado às crenças
religiosas e, através da criação de um modelo explicativo próprio, os conteúdos vão sendo
elaborados e reorganizados pelos estudantes de forma a mantê-las. Segundo Porto e
Falcão [17], a evolução biológica, da mesma forma que a origem da vida, por serem
temas incorporados de forte influência cultural (particularmente religiosa) deveriam dispor
de mais tempo e maior número de atividades escolares para serem melhor
compreendidos.
Com relação às concepções antropomórficas discutidas na área, parece-nos mais
razoável considerar que o antropomorfismo é uma manifestação teleológica onde os
aspectos finalistas são direcionados às características humanizantes. Desta forma,
identificamos que o antropomorfismo se insere na teleologia, e não o contrário como
sugerido por Tamir e Zohar [7], pois existem explicações teleológicas que não são focadas
em características humanizantes. É neste sentido que, ao buscarmos o desenvolvimento
teórico do obstáculo do conhecimento unitário e pragmático proposto por Gaston
Bachelard, chegamos à conclusão de que este se relacionava em alguns aspectos com a
teleologia de Ernst Mayr, o que nos fez propor a noção do obstáculo teleológico [5]. Agora,
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tentando avançar mais na caracterização desta noção, nos parece que o aspecto do
conhecimento unitário identificado por Bachelard está mais intimamente relacionado à
influência de uma visão filosófica nas ciências, portanto mais diretamente ligado à
teleologia caracterizada por Mayr. Já o antropomorfismo tem uma ligação mais próxima
ao aspecto pragmático, do obstáculo caracterizado por Bachelard, por isso vamos
caracterizá-lo como obstáculo antropomórfico.
Problematizando a noção de obstáculos epistemológicos, autores [2, 5, 10, 18, 19]
discutem que o obstáculo epistemológico é um conhecimento, uma concepção e não uma
dificuldade ou falta de conhecimento. Esse conhecimento é capaz de produzir respostas
adaptadas a certos problemas, mas também produz respostas falsas em outros tipos de
problema. Ele é um tipo de conhecimento que resiste às contradições com as quais é
defrontado, bem como ao estabelecimento de um conhecimento melhor, isto é, apresenta
resistência a modificações, caracterizando-se por se manifestar de forma recorrente. A
rejeição desse conhecimento e a consequente superação do obstáculo levarão a um novo
saber (conhecimento).
Desta forma, assim como não se pode ter uma visão unilateral dos obstáculos
epistemológicos, é preciso perceber até que ponto as concepções representam um
progresso para o conhecimento dos processos ao permitir uma explicação dos mesmos.
É preciso identificar em qual estágio do desenvolvimento do conhecimento científico estas
concepções passam a obstaculizar o desenvolvimento de conceitos mais precisos, sendo
esta a preocupação principal de que trata a epistemologia de Bachelard, daí sua
importância [5].
Ao avaliar as respostas às questões colocadas, é possível perceber que os
obstáculos antropomórfico, teleológico e vitalista/animista estão presentes em conjunto
com o obstáculo verbal (verbalismo) definido por Bachelard [1]. Os termos presentes nos
excertos dos artigos científicos, como “hipótese de manipulação”, “corrida armamentista”
e “patógenos traiçoeiros” podem ser caracterizados como obstáculos verbais segundo
Bachelard, muitas vezes utilizados sem que os cientistas se deem conta dos seus efeitos.
O efeito deste obstáculo nas ciências é discutido por Marly Bulcão [20], divulgadora do
pensamento bachelardiano em nosso país:
“Admitindo o desenvolvimento da ciência como descontínuo, com ruptura entre
conhecimento passado e presente, a linguagem também deve ser retificada para se
adequar aos novos conhecimentos. O processo de retificação da linguagem é mais lento
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que o da ciência, surgindo muitas vezes palavras que em lugar de expressarem os
fenômenos são obstáculos à explicação científica. Metáforas são obstáculos que parecem
simplificar a explicação científica, sugerindo diversas propriedades de uma substância,
mas impedem construções mais precisas.” [20]
Parece-nos que estas figuras de linguagem estão profundamente arraigadas nas
concepções dos pesquisadores que responderam à pesquisa, fazendo com que não
questionassem o seu uso nos excertos. O que também se torna um obstáculo ao
desenvolvimento do conhecimento científico. Como discute Alice Casimiro Lopes [21], é
possível inicialmente utilizar imagens, analogias e metáforas, mas é necessária a ruptura
com estes obstáculos para avançar no processo de construção do conhecimento
científico.
5 Considerações finais
Em um trabalho anterior [10], foram identificadas concepções teleológicas e
vitalistas entre estudantes de pós-graduação em Bioquímica e foi enfatizada a
necessidade de se incluir discussões epistemológicas em disciplinas da graduação, de
forma a reduzir o impacto dessas concepções no desenvolvimento da pesquisa científica
(elaboração de conceitos, formulação de experimentos, interpretação e discussão de
resultados, etc...) por aqueles estudantes.
No entanto, o que se observa nos resultados obtidos e apresentados no presente
artigo, é que tais concepções estão presentes mesmo entre os professores, i.e., aqueles
que deveriam ser capazes de promover este necessário debate com os estudantes. Desta
forma, identificou-se que tais discussões epistemológicas não devem se restringir à sala
de aula, mas devem ser estimuladas na comunidade científica, através de palestras,
simpósios e grupos de estudo dentro das unidades de pesquisa.
Devem necessariamente conter um debate sobre as diferenças entre o
conhecimento comum e o processo de construção do conhecimento científico, além de
promover um resgate da história da constituição de determinada disciplina (no caso, a
Bioquímica) como uma disciplina científica, enfatizando-se como a produção de conceitos
e teorias se fez de modo a eliminar ou minimizar a influência de tais concepções.
Além disso, acredita-se que seja fundamental discutir com os estudantes,
professores e pesquisadores a importância da utilização de uma linguagem adequada
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para a boa compreensão dos processos bioquímicos/biológicos, percebendo-se os limites
e perigos do emprego de metáforas e analogias.
Entende-se que é essencial discutir, principalmente com os alunos, a importância
da leitura crítica independente do autor do texto. O ensino de Biologia, em particular de
evolução através de seleção natural, precisa ser debatido, a formação científica dos
professores melhorada, e sua didática otimizada com o objetivo de desenvolver
metodologias e instrumentos que minimizem ou contornem os obstáculos
epistemológicos.
Desta forma, esperamos com este trabalho contribuir para um debate necessário
relacionado à construção e desenvolvimento do conhecimento científico, em particular na
Bioquímica e áreas correlatas.
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Bachelard. Rio de Janeiro: Edições Antares; 1981.
[21] Lopes AC. Currículo e Epistemologia. Ijuí: Editora Unijuí; 2007.
Agradecimentos
À Sociedade Brasileira de Bioquímica e Biologia Molecular (SBBq), especialmente
à Cynthia Sayuri Bando, pelo auxílio na distribuição dos questionários entre os
participantes da XXXIX Reunião Anual, ocorrida de 18 a 21 de maio de 2010 em Foz do
Iguaçu, Paraná, Brasil. Este trabalho se beneficiou das discussões na disciplina Lógica e
Filosofia da Ciência do Instituto de Química da UFRJ. Os autores agradecem aos
estudantes Carolina Nicolau, Eduardo Trevisol, Karen Einsfeldt, Frederico Castro, Luciana
Facchinetti de Castro Girão, Rafael Alves de Andrade. Ao Professor Dr. Gilberto Barbosa
Domont, por viabilizar a pesquisa junto à SBBq.
18/06/2016
28
V.24 N.1 /2016
Publicado em: 23/05/2016
Teaching Research
Diagnósticos e intervenções no Ensino de Bioquímica
1
Andreza Costa Scatigno *, Bayardo Baptista Torres
1
2
2
Universidade de Sorocaba, UNISO
Instituto de Química, Universidade do Estado de São Paulo, USP
Resumo
A aprendizagem da Bioquímica tem sido um problema para muitos alunos de cursos de graduação, às
vezes resistentes aos esforços dos docentes. A falta de clareza sobre as bases do problema enfrentado
pelos participantes do processo dificulta a adoção de medidas para resolvê-lo. Este artigo relata a pesquisa
para diagnosticar as dificuldades dos alunos do curso Nutrição de uma Instituição de Ensino Superior da
rede particular de ensino com o aprendizado de Bioquímica. As dificuldades resultavam da pequena
proficiência nas diferentes linguagens empregadas na comunicação bioquímica: visual, verbal e simbólica.
Os dados obtidos foram usados para subsidiar o planejamento e a aplicação de intervenções corretivas dos
problemas detectados. Os resultados gerais da reformulação curricular mostraram um ganho considerável
no aprendizado e melhoria na motivação dos estudantes.
Palavras-chave: Ensino de Bioquímica, Literacia Visual, Intervenções didáticas
Abstract
Learning Biochemistry has been a problem for many undergraduate students and sometimes resists to the
efforts of teachers. The lack of clarity on the bases that produce the difficulties faced by students and
teachers hinders the adoption of measures to solve them. This article reports the research to diagnose the
reasons of the difficulties of Nutrition students in Biochemistry learning at a private Higher Education
Institution. The difficulties resulted from the small proficiency in different languages used in biochemical
communication: visual, verbal and symbolic. The data obtained from many tests were used to support the
planning and implementation of corrective interventions. The overall results of the curriculum reform showed
a considerable gain in learning and improvement in student motivation.
Keywords: Biochemistry teaching, Visual Literacy, Didactic interventions
1 Introdução
1.1 A aprendizagem significativa
Os estudantes de Bioquímica costumam definir esta disciplina como uma coleção
de estruturas químicas e reações, de difícil assimilação e desintegrada de sua prática
profissional [1]. Esta apreciação não surpreende, pois, na estrutura instrumental de
grande parte dos currículos do Ensino Superior, o reconhecimento da importância das
disciplinas básicas ocorre tardiamente, quando os conceitos que exploram são
necessários para o prosseguimento do curso ou para o exercício profissional. Por isso, os
benefícios que essas disciplinas poderiam trazer para a formação integrada dos
estudantes ficam muito comprometidos.
Para enfrentar a dificuldade descrita, um dos desafios dos professores no Ensino
Superior é obter dos alunos a participação ativa que contribuiria para facilitar e aprofundar
a aprendizagem, conferindo-lhe o sentido que a estrutura curricular não evidencia. De fato,
o empenho de alunos e professores na construção do conhecimento afasta atitudes que
não fazem parte de um processo de ensino construtivista: transmissão de conhecimentos,
passividade, omissão, desinteresse e reprodução. Em contrapartida, valoriza a pesquisa,
a análise, a produção, a criação, a leitura e o aprofundamento nas discussões propostas
[2].
Entretanto, na maioria dos casos, mesmo com domínio do conteúdo, falta aos
professores o ferramental metodológico para implementar estratégias ativas de
aprendizagem. A adoção destas estratégias prevê mudanças no papel dos professores,
por transferir o centro do processo educativo para os estudantes. Os docentes atuam
como agentes mediadores, propondo desafios aos seus alunos e ajudando-os a resolvêlos por meio de atividades em grupo, em que os alunos mais adiantados possam cooperar
com os que tiverem mais dificuldades [3].
Esses são procedimentos alicerçados nos princípios estabelecidos por Jean Piaget
[4] e Lev Vygotsky [5], que iniciaram os seus trabalhos na década de 1920. As ideias
construtivistas passaram a ser utilizadas com maior ênfase a partir da década de 1960,
quando David Ausubel propôs a Teoria da Aprendizagem Significativa, fazendo a
distinção entre aprendizagem significativa e aprendizagem mecânica [6].
A aprendizagem significativa ocorre quando, na interação com a estrutura cognitiva
pré-existente, um novo conteúdo adquire significado. Se não ocorrer a interação ou
acontecer um número pequeno de interações, a aprendizagem é mecânica e o novo
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conteúdo passa a ser armazenado na estrutura cognitiva isoladamente ou por meio de
associações arbitrárias. Para possibilitar a aprendizagem significativa, é necessário haver
na estrutura cognitiva do aprendiz um conjunto de conceitos relevantes que ancorem a
nova informação. Ao conjunto destes conceitos básicos é dado nome de subsunçores [7].
1.2 As representações externas
A aprendizagem de Bioquímica depende em grande parte da linguagem simbólica
e muitos bioquímicos concordam que as ferramentas de visualização dão suporte ao
entendimento e à pesquisa em biociências celulares e moleculares. Tais ferramentas,
denominadas representações externas (external representations – ERs) por psicólogos
cognitivos, retratam fenômenos do mundo externo contendo relações espaciais e podem
ser distinguidas de representações internas (modelos mentais), que são um protótipo da
mente [8].
As ERs permitem que professores e pesquisadores construam modelos
significativos de fenômenos, com o objetivo de facilitar a visualização, integração e
entendimento dos conceitos bioquímicos. No entanto, como têm sido diagnosticadas
dificuldades dos alunos no entendimento das ERs [9], é fundamental que o professor
esteja atento a melhor maneira de ensinar e interpretar as ERs referentes a cada tópico
abordado, sobretudo porque é virtualmente impossível conduzir qualquer unidade de
ensino/aprendizagem de Bioquímica sem recorrer às ERs. Adicionalmente, muitos
estudos [10] indicam que boa parte das dificuldades de aprendizado derivam da falta de
integração dos níveis representacionais dos fenômenos químicos e bioquímicos:
macroscópico, microscópico ou submicroscópico e simbólico, necessária para o
aprendizado significativo.
1.3 As literacias
Literacia foi originalmente definida como o domínio da habilidade de ler e escrever,
situando-se em plano cognitivamente mais elevado do que a mera alfabetização. Ao longo
de pouco tempo, o termo foi expandido para a habilidade de dominar, além da linguagem,
números, imagens e outros meios de entender e usar os sistemas principais de símbolos
de uma cultura [11]. Com esta abrangência, literacia é vista como um continuum de
habilidades que capacitam os indivíduos a alcançar seus objetivos no trabalho e na vida
[12]. A palavra literacia muitas vezes é substituída por letramento, com a mesma origem e
a mesma acepção. Por isso é comum encontrar a expressão letramento científico [13, 14].
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Neste artigo relatamos a investigação feita em uma disciplina de Bioquímica
dirigida aos alunos de Nutrição de uma Instituição de Ensino Superior da rede particular.
A pesquisa originou-se de um conjunto de observações assistemáticas que indicavam
aproveitamento muito baixo dos alunos, apesar da dedicação do docente e do
reconhecimento deste empenho pelos estudantes. Este quadro está longe de constituir
uma situação específica, mas repete o cenário encontrado em muitas disciplinas e em
muitas instituições particulares de ensino.
1.4 Perfil dos alunos pesquisados
Os alunos, cursando o período diurno ou noturno, compõem turmas com 37-50
participantes. Em uma das turmas pesquisadas, 76% dos alunos tinham idade entre 19 e
23 anos, 74% cursaram o ensino fundamental em escolas publicas e 83% trabalhavam.
Em outras turmas, repetiu-se o padrão, com pequenas variações. No total foram
coletados dados de sete turmas.
1.5 Perfil da Instituição de Ensino
Na instituição pesquisada, as disciplinas do curso de Nutrição são semestrais, e as
disciplinas de Bioquímica têm carga horária semanal de 2 horas/aula. O conteúdo de
Bioquímica é dividido em duas disciplinas: Bioquímica, oferecida no 1° semestre do curso
e Bioquímica Metabólica, no 2° semestre.
O professor deve seguir um programa que contém os tópicos a serem trabalhados.
A metodologia, o aprofundamento de cada tópico e a forma de avaliação são escolhas do
professor. Existe obrigatoriedade mínima de duas provas por semestre, inseridas no
período de provas do calendário da Instituição. Não há pré-requisitos para cursar a
disciplina de Bioquímica e o ingresso na Instituição é conseguido por exame vestibular,
com relação candidato/vaga menor que 1.
2 Justificativa
A necessidade do estudo em uma Instituição de Ensino Superior da rede particular
justifica-se pela contribuição quantitativa dessas escolas para a formação profissional,
mais significativa do que a das escolas públicas. Em 2015 existiam, no Brasil, 458
Instituições de Ensino Superior (IES) oferecendo o curso de Nutrição, sendo 391 (85,4%)
particulares e 67 (14,6%) públicas. No Estado de São Paulo, havia 117 IES, 111 (94,9%)
particulares e 6 (5,1%) públicas. E na cidade de São Paulo, 37 IES, 36 (97,3%)
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particulares e 1 (2,7%) pública [15].
A proporção de escolas particulares em relação às públicas tem aumentado
significativamente nos últimos anos. No Estado de São Paulo, o número de escolas
públicas que oferece o curso de Nutrição diminuiu de 10 para 6, enquanto que o das
particulares aumentou de 62 para 111, como apresenta-se na Figura 1.
IES Particulares
IES Públicas
Figura 1. Número de IES cadastradas no Ministério da Educação e ativas em janeiro de 2011 e setembro
de 2015 no Brasil, no Estado de São Paulo e na Cidade de São Paulo.
O estudo relatado neste artigo foi iniciado com uma coleta de dados para confirmar
a veracidade das observações impressionistas que originaram o projeto. Naturalmente, o
aprendizado de Bioquímica requer um nível mínimo de proficiência em matemática e
linguagem, além do domínio da linguagem simbólica (símbolos e nomenclatura químicos,
gráficos e tabelas) que permeia constantemente a comunicação bioquímica.
Para diagnosticar as causas que impediam ou dificultavam o aprendizado, foi
avaliado o grau de proficiência dos estudantes em diferentes tipos de literacia (verbal,
simbólica, gráfica, etc.). Tendo sido clarificadas algumas das razões do baixo rendimento
dos
estudantes,
foram
desenvolvidas
e
aplicadas
ferramentas
metodológicas
(intervenções) específicas, com estratégias ativas de aprendizagem [16], destinadas a
atenuar ou corrigir os problemas diagnosticados.
A condução da pesquisa alinha-se com a forma metodológica de estudo de caso
[17], com abordagem mista quantitativa e qualitativa [18], e está esquematizada no item
seguinte.
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3 Desenvolvimento e Métodos
As etapas do estudo estão apresentadas na Figura 2.
a
Traçar o perfil
dos alunos e
da Instituição
de Ensino.
Aplicar questionários, testes de
literacia visual, de interpretação
de texto e de gráficos.
Investigar a familiaridade dos
alunos com termos
específicos da Bioquímica.
Estudar as intervenções
necessárias e possíveis
para a carga horária da
Disciplina de Bioquímica e
de acordo com o Sistema
de Ensino da Instituição.
b
Aplicar as
intervenções.
Avaliar a eficiência das
intervenções por meio de
questionários e dos mesmos testes
aplicados antes das intervenções.
Comparar os resultados e os
depoimentos dos alunos antes e
depois das intervenções.
Figura 2. Algumas etapas desenvolvidas para (a) diagnosticar as dificuldades dos estudantes e planejar
as intervenções e (b) avaliar sua eficácia.
4 Diagnósticos: Instrumentos
4.1 Diagnósticos preliminares, anteriores às intervenções
Questionários respondidos por alunos de diferentes turmas (anos subsequentes,
cursos diurno e noturno) trouxeram informações muito semelhantes sobre as dificuldades
enfrentadas pelos alunos no aprendizado de Bioquímica.
Nestes questionários, os respondentes deveriam indicar seu grau de concordância
com diferentes afirmações em uma escala de Likert [19] com os níveis: Concordo
fortemente, Concordo, Indiferente/Indeciso, Discordo, Discordo fortemente. Havia também
nos questionários questões “abertas”.
84 a 96% dos respondentes (n=47 a 50 alunos, 100% dos matriculados),
dependendo da turma, concordaram ou concordaram fortemente que a Bioquímica é
importante para sua profissão. Este reconhecimento deveria trazer a motivação adequada
para o aprendizado que, entretanto, foi dificultado pela falta de base em Química: de 77 a
95% (também dependendo da turma) concordaram ou concordaram fortemente que foi
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esta a principal dificuldade encontrada. Alguns depoimentos são esclarecedores e
paradigmáticos:
“ ... não consegui imaginar sobre o que a professora estava
falando ...”; ...não consigo imaginar esses desenhos acontecendo ...”; “A
única [sic] dificuldade que encontrei foi em relação às reações químicas ...”;
“ ... a única [sic] dificuldade que encontro é em especificar as ligações
(desenhos) dos compostos estudados ...”
As declarações qualificam os resultados quantitativos, revelando a grande
dificuldade com conceitos químicos e com a interpretação das representações simbólicas
da Bioquímica (ERs), chamadas “desenhos”. Dificuldades análogas foram detectadas em
relação aos outros parâmetros investigados.
Nas próximas seções serão apresentados os resultados das intervenções,
coletados, na maioria pelas respostas aos questionários de avaliação, também
estruturados como descrito no início desta Seção. Quando pertinentes, são mostrados
dados comparativos, obtidos antes (A) e depois (D) das intervenções.
4.2 Literacia visual
Para o diagnóstico da competência dos estudantes relativa a essa habilidade,
aplicou-se a ferramenta para diagnóstico de literacia visual desenvolvida e validada por
santos et al [20].
As questões componentes do teste foram categorizadas em muito fácil, fácil, médias e
difíceis (Figura 3).
1
Muito fácil
2
Muito fácil
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35
3
Muito fácil
4
Muito fácil
5
Fácil
6
Fácil
Fácil 8
Fácil
7
9
Média
10
Média
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xx/xx/2016
36
11
Difícil
12
Difícil
Figura 3. Teste diagnóstico para Literacia Visual.
4.3 Literacia verbal/ Interpretação de texto
Um fragmento de aproximadamente uma página e meia de um livro texto de
Bioquímica [21] foi distribuído aos alunos para leitura e interpretação. Os alunos deveriam
responder questões (Figura 4) que tinham por objetivo avaliar a capacidade de
interpretação e de compreensão de palavras muito usadas nos livros de Bioquímica.
INTERPRETAÇÃO DE TEXTO E SIGNIFICADO DAS PALAVRAS
1. Sublinhe as palavras que não fazem sentido para você, ou seja, aquelas cujo significado você
não saberia explicar.
2. Segundo o texto, por que precisamos ingerir proteínas?
3. O que você entende da frase: “O pool de aminoácidos nunca é integralmente aproveitado para
a síntese, porque as proteínas sintetizadas em um dado instante não são as mesmas que estão
sendo degradadas”?
4. Explique com suas próprias palavras o que é equilíbrio nitrogenado. Se aumentarmos a
ingestão proteica, como nosso organismo reage quanto à eliminação de nitrogênio?
5. Para uma pessoa que precisa se alimentar com alto teor de proteína, qual refeição seria mais
adequada? Explique.
a) Carne bovina, arroz e feijão (100 g de cada componente).
b) Ovo, arroz e mandioca (100 g de cada componente).
c) Carne de porco, batata e milho (100 g de cada componente)
Figura 4: Questões para investigar a capacidade de interpretação de texto por parte dos alunos e o
reconhecimento de palavras
4.4 Literacia simbólica: Leitura, Interpretação e Construção de gráficos
Foi
testada
a
proficiência
dos
estudantes
na
linguagem
gráfica
que,
frequentemente, medeia a comunicação bioquímica. Havia dois níveis de verificação
pretendidos neste teste: a capacidade de (1) ler e de (2) interpretar gráficos (Figura 5).
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A. A leptina é um hormônio que age no nosso cérebro inibindo o apetite e estimulando o gasto
de energia. Analise os gráficos abaixo e responda:
1. Qual é a relação observada entre
a ingestão de alimentos e os níveis
de leptina plasmática entre os ratos?
2. Esboce um gráfico de tempo (dia)
x peso corporal (g), baseando-se
nos gráficos, admitindo que o peso
inicial é o mesmo e considerando
que os dois ratos têm atividades
físicas semelhantes.
3. Podemos dizer que um rato tem
maior tendência em ganhar peso
que o outro? Explique sua resposta.
B. A hemoglobina é uma proteína transportadora de O2 e a mioglobina é armazenadora de O2
nos músculos. Analise o gráfico abaixo e responda:
1. Qual é o porcentual de saturação com
oxigênio da mioglobina e da hemoglobina na
pressão venosa e na pressão arterial?
2. A mioglobina e a hemoglobina têm a mesma
saturação com O2 nas diferentes pressões
parciais de oxigênio?
3.Quais são as principais diferenças observadas
no gráfico entre a mioglobina e a hemoglobina?
Figura 5. Questões para investigar a capacidade de leitura e interpretação de gráficos.
5 Intervenções: Instrumentos e procedimentos
Os resultados obtidos pelos instrumentos de diagnósticos esclareceram, ao menos
parcialmente, as razões do baixo rendimento no aprendizado dos estudantes. De fato,
como será mostrado na Seção 6 (Resultados e Discussões), detectou-se, no universo de
estudantes pesquisados, grandes dificuldades com relação a todos os itens examinados.
Como os testes diagnósticos foram aplicados em estudantes que já haviam concluído a
disciplina de Bioquímica, ficou evidente que, sem desenvoltura para decodificação da
linguagem química simbólica, com baixo letramento e com dificuldade de leitura e
interpretação de gráficos e tabelas, o desempenho que poderiam apresentar na disciplina
de Bioquímica estava, de antemão, comprometido.
A etapa seguinte do projeto foi, por isso, planejar e aplicar uma série de
intervenções que pudessem preparar os estudantes para o aprendizado pretendido.
Essas intervenções foram aplicadas ao longo da disciplina ministrada.
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5.1 Exercícios iniciais
A partir do primeiro dia de aula, houve cuidado especial com o significado das
representações químicas (fórmulas, em particular), retomando conteúdos típicos de
ensino médio, mas que os diagnósticos haviam revelado serem deficientes.
A Figura 6 (6a, 6b e 6c) apresenta uma atividade típica deste período, composta
por um breve texto explicativo e exercícios relativos ao assunto.
FÓRMULAS QUÍMICAS
1. Fórmula molecular
É uma representação de um composto químico. Por exemplo, a fórmula química da água é
H2O. Nesta fórmula aparecem letras e número. As letras representam os elementos químicos que
se unem para formar a molécula de água. O número subscrito é chamado de índice e indica a
quantidade de átomos do elemento presente em cada molécula: a molécula de água, H2O, é
constituída por dois átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio. O número 1 é omitido.
2. Fórmula estrutural
Refere-se ao arranjo dos átomos para formar um composto. Como é necessário manter
uma mesma proporção no número de átomos para formar uma substância idêntica a outra, é
necessário que os átomos (mesmo sendo iguais) sejam arranjados numa forma específica no
espaço. Diferenças na disposição dos átomos de carbono são o que diferenciam, por exemplo, o
diamante da grafite, como mostram os esquemas seguintes. A fórmula estrutural de uma
substância é, portanto, a representação de como átomos se ligam.
Negro de fumo - fuligem
Nanotubos
Fulereno C60
Grafite
Diamante
Figura 6a. Texto para revisão de Fórmulas Químicas.
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1. Quantos átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio têm as moléculas abaixo?
a) C6H12O6
b) C12H24O12
c) HCOOH (ácido fórmico)
d) CH3COOH (ácido acético)
e) CH3CH2OH (etanol)
2. A partir da fórmula estrutural abaixo, escreva a respectiva fórmula molecular
a)
O=O
b)
H–O–H
H
c) H
H
HH
C
H H
C
C
C
C
H
HH
C
H H
d)
H
H
H
H
HO
H
H
e)
O
OH
H
OH
OH
f)
CH2 OH
Figura 6b. Exercícios para revisão de Fórmulas Químicas.
Agrupe os compostos abaixo de acordo com suas semelhanças e escreva a fórmula molecular.
OH
CH2
a)
H3C
O
CH3
b)
CH3
H3C
CH2
NH
c)
H3C
NH
CH3
CH3
CH3
CH2
d)
H3C
CH3
e)
O
CH
H3C
CH3
g)
CH
H2C
CH
H3C
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH2
CH3
CH2
CH2
CH3
CH2
h)
HC
H2C
f)
i)
CH2
H2C
CH2
CH3
CH
CH3
CH2
C
CH3
Figura 6c. Exercícios para revisão de Fórmulas Químicas.
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CH3
Antecedendo o estudo de uma via metabólica passou-se a explorar com atenção o
seu significado, ilustrando também algumas reações químicas, reversíveis e irreversíveis.
Pretendeu-se, assim, suprir as dificuldades diagnosticadas referentes à linguagem
simbólica. Cuidado especial foi observado com a compreensão das expressões
transportadores de elétrons, reações de óxido-redução, fosforilação, isomerização,
clivagem e outras equivalentes, que fazem parte do vocabulário rotineiro do professor
mas, como os testes revelaram, não tinham significado para os estudantes. Cada um
destes itens foi abordado imediatamente antes do assunto para o qual sua compreensão
era necessária.
Nas Figuras 7, de a à d, estão mostrados exercícios preparatórios para os estudos
da via glicolítica (Figuras 7a e 7b), do ciclo de Krebs (Figura 7c) e da regulação
metabólica (Figura 7d).
1. Quantas reações químicas reversíveis existem nas vias metabólicas hipotéticas abaixo?
2. Quais são os substratos e os produtos de cada reação?
A
B
C
Glicose
D
Glicose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
B
A
E
F
A
Frutose 1,6-bisfosfato
B
E
A
B
C
D
D
C
C
G
D
C
E
A
D
B
Figura 7a. Questões preparativas para o estudo da via glicolítica.
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41
Seguem-se as características de 4 tipos de reações químicas:
a) Óxido-redução: ocorre quando há transferência de elétrons juntamente com a transferência
de H+.
b) Fosforilação: ocorre quando há transferência do grupo fosfato.
c) Isomerização: é um rearranjo intramolecular.
d) Clivagem: ocorre quando uma molécula é “quebrada” em duas.
* Classifique as reações seguintes em um destes 4 tipos:
A
ATP
ADP
Glicose
B
Glicose 6-fosfato
NAD+
NADH
A
B
H
O
P
CH2
H
C
H
O H
H
P
O
O
CH2
H
HO
H
H
OH
H
CH2OH
OH
OH
OH
HO
O
D
H
C
HO
H
H C
OH
H C
H C
OH
H C O
P
HO
E
C
O
C
H
H
ATP
ADP
HO
O
C
O
C
H
OH
H C
OH
H C
OH
H C
OH
P
H
Frutose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
C
H C
H C O
P
H
H
H
OH
H
OH
Glicose 6-fosfato
H C
O
C
OH
Frutose 6-fosfato
H
OH
C
H C
H C O
Glicose 6-fosfato
C
H
H C OH
HO
OH
C
H C O
P
CH2
O
O
P
O
H
H OH
C
C
CH2
C
C
OH OH H
O
O
O
O
P
H
P
O
O
F
H
CH2
O
O
P
O
C
OH
H
OH
H2 C
C
O
O
Gliceraldeído 3-fosfato
C
O
CH2
O
O
P
O
O
Di-hidroxiacetona fosfato
Figura 7b. Questões preparativas para o estudo da via glicolítica.
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O esquema seguinte representa uma via metabólica
C2
C4
C6
CO2
CO2
a) O esquema representa reações cíclicas?
b) O que são reações cíclicas?
c) Se o ciclo der 5 voltas, quantas moléculas de C6 serão formadas?
d) Se o ciclo der 6 voltas, quantas moléculas de CO2 serão formadas?
e) Para o ciclo dar uma volta, quantas moléculas de C4 são necessárias?
f) Como o ciclo faz para, a partir de uma molécula com 4 carbonos receber 2 carbonos e
voltar a ter 4 carbonos ao final de uma volta?
Figura 7c. Questões preparativas para o estudo do ciclo de Krebs.
1. De acordo com o esquema seguinte. Responda:
ATP
ADP
quinase
(inativa)
Enz
OH
Enz
P (ativa)
fosfatase
Pi
H2O
a) é correto afirmar que a enzima ficará ativa quando ganhar um grupo fosfato do ATP?
b) o que é necessário para que a enzima fique inativa?
c) qual a importância desta regulação para o metabolismo em geral?
2. Sabendo que o sinal negativo indica inibição e o sinal positivo indica ativação,
qual produto final da via representada abaixo é aumentado de acordo com a
regulação?
A
B
C
D
F
G
H
E
Figura 7d. Questões preparativas para o estudo de regulação metabólica.
No decorrer da disciplina, frases conceituais eram lidas com os alunos, solicitando
seu entendimento, oferecendo assessoria para interpretação, quando necessário. Este
tipo de exercício foi adotado rotineiramente, descartando o princípio da autonomia do
texto. O procedimento era o seguinte. Era dado um texto, como, por exemplo, “O
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metabolismo abrange centenas de reações multienzimáticas, mas as vias metabólicas
centrais são em pequeno número e notavelmente similares em todas as formas de vida”.
Aos alunos era solicitado que redigissem o que haviam entendido sobre o texto e, a seguir,
suas interpretações eram discutidas pelo grupo. A intenção era tornar a participação
discente mais ativa e desenvolver a capacidade de interpretação, antes delegada
exclusivamente aos professores.
Com o objetivo de esclarecer a compreensão e/ou a acepção de termos usados
tecnicamente na explicação dos conceitos, passou-se a pedir aos estudantes que
perguntassem ou anotassem todas as palavras não compreendidas. Adicionalmente,
foram sugeridas palavras ou expressões particulares à Bioquímica ou que tivessem
acepções coloquiais diferentes das acepções técnicas, como via metabólica, substrato,
equilíbrio, síntese, biossíntese, degradação, oxidação, etc.
Para favorecer a compreensão de gráficos, foram aplicados exercícios em grupos,
como os exemplificados na Figura 8.
1. A enzima pepsina atua no estômago dos animais e a enzima glicose 6-fosfatase atua
dentro das células. a) Como estas informações podem ser comprovadas pelos dados dos
gráficos abaixo? b) Qual é o pH ótimo de cada enzima, aproximadamente? c) Em pH 6
qual enzima estará desnaturada? d) Em pH 2 qual enzima estará desnaturada?
Pepsina
Glicose 6-fosfatase
2. A leptina é um hormônio que age no nosso cérebro inibindo o apetite e estimulando o
gasto de energia. Analise os gráficos a seguir e responda:
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a) Qual é a relação observada entre a variação do peso corporal dos ratos e os níveis de
leptina plasmática nos 28 dias?
b) Esboce um gráfico de tempo (dia) x ingestão de alimentos (g), baseando-se nos gráficos
dados e sabendo que o rato 1 inicia se alimentando com 20 g e o rato 2, com 10 g de ração.
c) Podemos dizer que um rato tem maior tendência em ganhar peso que o outro? Explique
sua resposta.
Figura 8. Exercícios para desenvolver a capacidade de leitura e interpretação de gráficos.
5.5 Outras estratégias didáticas
5.5.1 Questões ao fim de cada aula
Ao fim de cada aula eram oferecidas aos alunos questões contemplando os
principais pontos abordados, constituindo, no seu conjunto, um resumo do assunto. Os
estudantes deveriam responder as questões e suas respostas eram discutidas na aula
seguinte. Os objetivos da estratégia eram: fazer emergir precocemente as dúvidas,
desenvolver a capacidade de escrita e manter o estudo regular de Bioquímica. Este
procedimento foi muito bem avaliado pelos alunos.
5.5.2 Provas em grupo
Ao final de cada tópico do programa eram aplicadas provas a serem respondidas
pelos estudantes reunidos em grupos de 3 a 5 componentes. Antes da aplicação da prova,
que ocupava, em média, 2/3 do tempo de aula, as dúvidas sobre o tópico em questão
eram esclarecidas. As provas tinham caráter estritamente instrucional e seu resultado não
era contabilizado para compor a média dos participantes.
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45
6 Resultados e discussões
6.1 Exercícios iniciais
Os exercícios constantes das Figuras 6b e 6c foram avaliados por meio do
questionário de avaliação da disciplina. 75% e 97% dos alunos das turmas da manhã e da
noite, respectivamente, declararam que os exercícios aplicados ajudaram no aprendizado.
63% e 91% dos alunos das turmas da manhã e da noite, respectivamente, acreditam
também que os exercícios ajudaram a compreender melhor os fluxogramas e as reações
químicas das vias metabólicas.
O teste de literacia visual (Figura 3) foi aplicado a uma turma antes das
intervenções (A) e a duas turmas depois (D). Os resultados estão mostrados na Tabela 1.
Tabela 1. Porcentagem de erros nas questões fáceis e muito fáceis.
Depois
Antes
(n= 50)
(n=28)
(n=35)
Questão 1
88
11
20
Questão 2
59
39
11
Questão 3
59
64
48
Questão 4
94
43
26
Questão 5
71
82
48
Questão 6
53
79
91
Questão 7
59
14
71
Questão 8
77
7
3
Como se depreende dos resultados, houve uma melhora na compreensão da
linguagem simbólica, embora ainda tenham persistido dificuldades muito importantes na
interpretação das representações simbólicas (ERs) (questões 3, 6 e 7). Uma apreciação
geral dos resultados pode ser obtida com a média aritmética em porcentagem de erros
por questão (incluindo todas as questões) ou apenas as fáceis e muito fáceis (Tabela 2).
Tabela 2. Comparação dos testes de literacia visual antes e depois das intervenções.
Antes
Porcentagem média de erros por
questão (todas as questões).
Porcentagem média de erros por
questão (fáceis e muito fáceis).
Depois
68
47
41
70
42
40
Os instrumentos de intervenção, para a literacia visual, apresentados na Figura 7,
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46
de a à d, por sua natureza, não podem ser avaliados individualmente. O resultado global
de sua aplicação incide sobre a compreensão melhor de todas as vias bioquímicas
estudadas, ou seja, na melhoria do aprendizado como um todo. A investigação sobre a
eficácia do procedimento foi feita por meio do questionário de avaliação geral da disciplina,
que continha a afirmação relativa ao que se pretendia averiguar (Tabela 3).
Tabela 3. Porcentagem de respostas de duas turmas ao item especificado. CF = Concordo fortemente, C =
Concordo, I = Indeciso/Indiferente. D = Discordo, DF = Discordo fortemente. N = 31 e 36 para as duas
turmas, 100% dos matriculados responderam o teste
Os exercícios ajudaram a compreender os fluxogramas
e as reações químicas das vias metabólicas.
CF
C
I
D
DF
78
19
3
-
-
81
19
-
-
-
No teste diagnóstico de interpretação de texto as palavras mais sublinhadas foram:
substratos, vias metabólicas, oxidativas, biossintéticas, pool, hidrólise, catalisada,
gliconeogênese, proteolíticas, creatinina, fosfocreatina, purina. Como o teste foi aplicado
no
início
da
disciplina
de
Bioquímica,
era
esperado
que
algumas
palavras
(gliconeogênese, creatinina, purina) fossem desconhecidas para os estudantes; por outro
lado, palavras como hidrólise, catalisada, oxidativas expressam conceitos habitualmente
aprendidos no ensino médio. Na ausência de significado para estas palavras, é possível
antecipar a dificuldade que os alunos enfrentam no aprendizado de Bioquímica.
As intervenções contínuas ao longo da disciplina permitiram esclarecer a maioria
das palavras importantes, como mostram os resultados da Tabela 4. Insistir com os
alunos para que perguntem sempre o significado das palavras e, à menor suspeita do
professor que uma palavra não faz parte do vocabulário dos alunos, escrever seu
significado no quadro e reforçá-lo a cada vez que a palavra voltar a aparecer foi uma
estratégia muito eficaz para familiarizar os estudantes com o vocabulário rotineiramente
usado na Bioquímica.
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47
Tabela 4. Palavras sublinhadas no texto pelos alunos de duas turmas e porcentagem de alunos que as
assinalaram antes e depois da intervenção.
Turma 1
(n=29)
Palavras do texto
assinaladas pelos
alunos
Substratos
Turma 2
(n=36)
Antes
Depois
Antes
Depois
52
4
25
6
Oxidados
21
4
8
0
Vias metabólicas
35
0
39
3
Oxidativas
45
0
67
3
Proteolíticas
55
25
58
6
Hidrólise
48
4
28
8
Catalisada
48
7
28
8
Biossintéticas
62
4
75
3
Precursores
Enzimas proteolíticas
14
0
3
0
10
4
78
8
O resultado geral dos testes de literacia verbal indicou o desconhecimento de
palavras importantes para a compreensão e o aprendizado de Bioquímica, dificuldade de
leitura e interpretação do texto que não foram atenuadas pelas intervenções. O resultado
das respostas às questões 2 e 3 da Figura 4 confirma a observação (Tabela 5). Parecem
exceções, mas não são, as respostas às questões 4 e 5 que podiam ser localizadas no
texto e por isto foram respondidas de forma correta pela maioria dos alunos.
Tabela 5. Porcentual de respostas incorretas dadas por alunos de duas turmas, antes e depois das
intervenções.
Turma 1
Turma 2
(n = 29)
(n = 36)
Antes
Depois
Antes
Depois
Questão 2
55
25
31
22
Questão 3
69
82
61
67
Questão 4
17
14
3
6
Questão 5
3
0
0
3
A interpretação de texto é, de fato, uma habilidade complexa que necessita uma
dedicação frequente à leitura e à escrita. Apesar dos resultados quantitativos
apresentados, incentivar a interpretar cada frase dos textos parece ter exercido certa
motivação nos alunos. Essa percepção é referendada pelas respostas dos alunos no
questionário de avaliação da disciplina: em duas turmas (com 31 e 36 alunos) o grau de
concordância à afirmação “As explicações sobre o significado das palavras ajudaram a
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48
compreender as explicações dadas nas aulas”, foi de 81% e 19% em uma turma e 83% e
17% em outra para Concordo fortemente e Concordo, respectivamente.
O teste mostrado na Figura 8 foi aplicado em duas turmas antes e duas turmas
depois das intervenções. Os resultados estão expressos na Tabela 6.
Tabela 6. Porcentagem de respostas incorretas aos testes da Figura 8.
Antes
Depois
Turma 1
Turma 2
Turma 3
Turma 4
(n=28)
(n=35)
(n=25)
(n=33)
Questão A1
39
34
12
15
Questão A2
57
52
32
24
Questão A3
50
29
12
30
Questão B1
36
29
36
27
Questão B2
29
29
8
9
Questão B3
43
29
16
12
Os resultados indicam nítido progresso obtido com as intervenções, tanto na leitura
quanto na interpretação de gráficos, excetuando-se as respostas à questão B1. A
interpretação destes resultados precisa ser cuidadosa, porque contém um pressuposto:
as turmas são comparáveis.
Turmas sucessivas, cursando o mesmo período, na mesma instituição, certamente
não são idênticas, mas, com pequenas diferenças, reagem de modo muito próximo,
porque têm nível de entrada equivalente. Essas ressalvas autorizam as conclusões.
6.5 Outras estratégias didáticas
6.5.1 Questões ao fim de cada aula
Nas avaliações qualitativas, os alunos de várias turmas destacaram que as
questões ao fim de cada aula ajudaram muito no estudo e entendimento da disciplina: “...
os questionários também ajudam bastante para exercitar o que foi aprendido”; “... algo
que ajudou a fixar os ensinamentos foram os questionários após cada aula”; “... além
disso os questionários ajudam muito”.
6.5.2 Provas em grupo
Os alunos apoiaram enfaticamente este procedimento (Tabela 7).
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49
Tabela 7. Porcentagem de respostas de duas turmas ao item especificado. CF = Concordo fortemente, C =
Concordo, I = Indeciso/Indiferente. D = Discordo, DF = Discordo fortemente. N = 31 e 36 para as duas
turmas. 100% dos matriculados responderam o teste.
As provas em grupo ajudaram a
compreender melhor as aulas.
CF
C
I
D
DF
84
16
-
-
-
94
6
-
-
-
Os dados quantitativos ratificam a observação do comportamento dos estudantes.
Era clara a grande participação dos alunos e a atividade colaborativa por eles
desempenhada. Esta atividade mostrou ser de grande valia para o aprendizado: houve
melhora significativa no desempenho da prova individual em comparação com turmas
anteriores que não haviam tido este tipo de experiência.
Reforça esta conclusão o fato de não haver nota atribuída à resolução da prova. Os
resultados do procedimento repetem os obtidos com sua aplicação em contexto muito
diferente [22].
7 Avaliações qualitativas e conclusão
Alguns depoimentos dados pelos alunos em respostas a questões discursivas
incluídas no questionário final de avaliação do curso são esclarecedores e triangulam
intimamente com os resultados da observação sistemática do seu comportamento durante
a disciplina e com os resultados quantitativos obtidos pelo próprio questionário. O
conjunto destas declarações sintetiza e avalia o produto deste projeto:
“... as atividades em grupo com aplicação de provas auxilia muito ...”; “... o método
de ensino é muito favorável, não tornando a aula cansativa ..."; “As dificuldades eram as
palavras diferentes, mas com as explicações dos significados, ajudou muito.”; “As aulas
dinâmicas, com questões no final da aula fez toda a diferença para o aprendizado, e
esclarecimento de palavras e textos.”; “ ... para melhorar acho que não preciso mais de
nada tudo está muito claro e objetivo, os trabalhos, as provinhas e as prova bimestrais.”;
“... o método de aplicar provas em grupos também fez com que melhorasse o
aprendizado, pois um ajuda o outro nas dúvidas.”; " ... métodos em que me estimulou a
aprender e querer ir atrás de livros para compreender mais.”; “Os métodos utilizados nas
aulas foram de extrema importância para assimilação da matéria, foram dinâmicos e não
tornaram a aula cansativa.”; “O que ajudou bastante foi as provas em grupo que ajudou a
ter maior esclarecimento.”; “ ... através das explicações, exercícios, interação professor e
aluno, pude armazenas além do que eu mesma esperava.”
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50
Referências
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Mestrado [Bioquímica]. São Paulo: Universidade de São Paulo 2012.
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51
V. 14, n.1 / 2016
Publicado em:18/05/2016
Teaching Research
Os Aminoácidos nos Livros Didáticos de Biologia do Ensino Médio e de
Bioquímica do Ensino Superior
Amino Acids in Textbooks of Biology for High School and of Biochemistry for Higher Education
Patrícia Santos de Oliveira1, Caroline Dutra Lacerda2, M. Lucia Bianconi 1,2 *
Mestrado em Formação Científica para Professores de Biologia, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Xerém, RJ
2
Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro
1
Agências de fomento: CAPES e CNPq
Resumo
O tema “aminoácidos” foi analisado em onze livros didáticos de Biologia do ensino médio aprovados no Plano
Nacional do Livro Didático de 2012 e de 2015 e em seis livros textos de Bioquímica utilizados no nível superior. O
tema foi escolhido por permitir a exemplificação do conceito de pKa e sistema tampão, importante no estudo de
estrutura e função de proteínas e enzimas, apesar de considerado árido pelos alunos de graduação da área da
Saúde. Em todos os livros de ensino médio foi identificado ao menos um problema que leva à formação de
concepções alternativas. Ao contrário, nos livros de ensino superior, o assunto é abordado de forma clara apesar
de terem sido identificados alguns vícios de linguagem na descrição da estrutura dos aminoácidos. Ao final,
apresentamos uma sugestão de abordagem colaborativa que tem sido bastante eficaz no ensino desse e de
assuntos correlatos.
Palavras-chave: aminoácidos; concepções alternativas; aprendizado colaborativo.
Abstract
The topic “amino acids” was analyzed in eleven textbooks of Biology for High School, approved in the National
Plan of Didactic Books of 2012 and 2015, and in six Biochemistry textbooks for higher education. This particular
topic allows the exemplification of pKa and Buffer systems, which is important to the understanding of structure and
function of proteins and enzymes although considered hard by undergraduate students of Health Science majors.
At least one problem that leads to misconceptions was identified in the Biology textbooks. On the contrary, the
subject is clearly presented in the Biochemistry textbooks, although a few vices of language in the definition of the
structure of amino acids”, para “in the definition of amino acids structure. A suggestion of collaborative approach
that is shown to be effective in this and in related subjects is presented.
Keywords: amino acids; misconceptions; collaborative learning.
Amino Acids in Textbooks of Biology for High School and Biochemistry for Higher Education
1 Introdução
Conceitos de Bioquímica são introduzidos durante o Ensino Médio (EM) na
disciplina Biologia. Porém, nos livros didáticos do EM, muitos desses conceitos são
apresentados de forma confusa e, até mesmo, incorreta, como observado por Oliveira [1]
no caso particular do tema “Estrutura e Função de Proteínas”, nos livros de Biologia
aprovados no pelo Plano Nacional do Livro Didático (PNLD) de 2012. Esses problemas
podem ser resultado da simplificação que muitos autores utilizam com o objetivo de
facilitar a compreensão de conteúdos considerados abstratos.
Esse problema se agrava ao levarmos em conta a necessidade de uma base
teórica de Química para a compreensão dos conceitos de Bioquímica. Geralmente, o
aluno que ingressa no EM tem uma base muito superficial de Química, proveniente do 9º
ano do Ensino Fundamental (EF). Mesmo assim, espera-se que o aluno seja capaz de
compreender o que são átomos e substâncias, o que são moléculas e algumas de suas
propriedades, além de algumas funções químicas, como ácidos, bases, sais e óxidos.
Porém, ao ingressarem no EM, os alunos apresentam uma grande dificuldade com
diversos conceitos de Biologia, mais precisamente de Bioquímica, porque não conseguem
relacionar os novos conceitos com aqueles aprendidos anteriormente.
Há cerca de três décadas, muitos autores têm se preocupado em estudar as
concepções alternativas do aluno de ensino básico (EF e EM) sobre diferentes temas de
Ciências [2-6]. Na década de 1980, as concepções alternativas eram chamadas de
concepções prévias, concepções errôneas ou mesmo erros conceituais [2]. Carrascosa
[3] considera concepções alternativas aquelas que levam ao erro conceitual e que se
repetem ao longo dos diferentes níveis educacionais, resistindo ao ensino dos conceitos
corretos. Segundo o autor, muitas dessas concepções, encontradas tanto em alunos
quanto em professores, têm sua origem no próprio livro didático [3].
Um exemplo de concepções alternativas que resistem ao ensino dos conceitos
corretos foi observada com alunos brasileiros de nível médio [4] e superior [5] que
consideram a glicose como única fonte de produção de ATP. Essa concepção perdura
mesmo após o ensino formal de que outros nutrientes, por exemplo, lipídios e
aminoácidos, podem ser fontes de ATP. Os autores correlacionam esse problema à forma
com que o metabolismo é inicialmente apresentado nos livros didáticos de EF e reforçado
nos livros de EM [4,5].
A origem das concepções alternativas nem sempre é relacionada ao EM ou ao livro
didático, já que as experiências pessoais e o aprendizado informal também são
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53
importantes na formação de conceitos [2,3,6]. Brum [6], por exemplo sugere que o
cotidiano e a mídia têm uma forte influência nas concepções alternativas de alunos de EF
sobre bactérias.
Neste artigo, com o objetivo de identificar possíveis problemas que possam levar à
formação de concepções alternativas por parte dos estudantes, foi realizada uma análise
do tópico “aminoácidos” em livros de Biologia (ensino médio) e Bioquímica (nível
superior).
O termo “aminoácido” foi cunhado em 1898, apesar de asparagina e glicina já
terem sido descobertos em 1806 e 1820, respectivamente [7]. Os α-aminoácidos são
compostos orgânicos que contêm um grupo amino ligado a um carbono alfa, ou seja, a
um carbono ligado a um grupo carboxila. São os blocos construtores das proteínas, os
quais apresentam uma estrutura mínima em comum que difere, apenas, na cadeia lateral.
Esta, confere propriedades importantes na manutenção da estrutura proteica.
Os aminoácidos são classificados como essenciais e não essenciais, de acordo
com a possibilidade do organismo humano realizar (ou não) sua síntese [8]. Alguns deles
são sintetizados a partir de aminoácidos essenciais, sendo considerados semi-essenciais.
Como os aminoácidos contêm dois grupos ionizáveis, são compostos interessantes
para explicar e/ou exemplificar os conceitos de pKa e sistema tampão, conceitos
essenciais para a compreensão de diferentes funções biológicas. A Figura 1 mostra a
fórmula geral dos aminoácidos em duas situações encontradas em livros didáticos: a
forma que ocorre em pH neutro (Figura 1A) e uma forma geralmente chamada de neutra,
impossível de ocorrer em qualquer pH (Figura 1B).
Figura 1. Fórmula geral dos aminoácidos. Representação da forma ionizada (A) dos aminoácidos, onde R
representa a cadeia lateral. Em (B), a chamada “forma neutra” dos aminoácidos encontrada em diferentes
livros didáticos.
Ao final do artigo, apresentamos uma sugestão de abordagem didática que tem
sido eficaz não só no ensino do tema, mas por mostrar a importância de o aluno participar
do próprio processo de ensino e aprendizagem.
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2 Metodologia
2.1 Livros Didáticos de Ensino Médio
As coleções de Biologia avaliadas neste artigo, listadas no Quadro 1, foram
aprovadas pelo Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) do Ministério da Educação e
Cultura (MEC), sendo oito coleções do PNLD 2012 e nove do PNLD 2015.
As coleções EM1 e EM7 foram aprovadas apenas no PNLD 2012, as coleções
EM9, EM10 e EM11 foram adicionadas ao PNLD 2015 e as demais, em ambos. As
coleções EM1 (2012) e EM9 (2015), dos mesmos autores, foram avaliadas como obras
independentes.
Quadro 1. Coleções de Livros Didáticos de Biologia Aprovadas no PNLD 2012 e no PNLD 2015.
Livro*
Nome da Coleção
Autores
Editora, Edição e Ano
de Publicação
EM1
Biologia
Amabis, J.M.; Martho, G.R.
Moderna
3a Edição, 2010
EM2
Novas Bases da Biologia
Bizzo, N.
Ática
1a Edição, 2010
2a Edição, 2013
EM3
Biologia
Silva Jr, C.; Sasson, S.; Caldini
Jr, N.
Saraiva
10a Edição, 2010
11ª Edição, 2013
EM4
Biologia Hoje
Linhares, S.; Gewandsnajder, F.
Ática
1ª Edição, 2010
2a Edição, 2013
EM5
Bio
Lopes, S.; Rosso, S.
Saraiva
1a Edição, 2010
2a Edição, 2013
EM6
Biologia
Mendonça, V.; Laurence, J.
Mendonça, V.
Nova geração
1a Edição, 2010
2a Edição, 2013
EM7
Biologia
Pezzi, A.; Gowdak, D. O.;
Mattos, N. S.
FTD
1ª Edição, 2010
EM8
Ser Protagonista Biologia
Santos, F. S.; Aguilar, J. B. V.;
Oliveira, M. M. A.
Osorio, T. C.
Edições SM
1a Edição, 2010
2a Edição, 2013
EM9
Biologia em Contexto
Amabis, J.M.; Martho, G.R.
Moderna
1a Edição, 2013
EM10
Biologia – Unidade e
Diversidade
Favaretto, J. A.
Saraiva
1a Edição 2013
EM11
Conexões com a Biologia
Brockelmann, R. H.
Moderna
1a Edição, 2013
*Livros com duas edições tiveram a primeira aprovada no PNLD 2012 e a segunda, no PNLD 2015
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Cada coleção é composta de três volumes e um Manual do Professor para cada
volume. O tópico “aminoácidos”, escolhido para a análise, apareceu sempre no primeiro
volume, destinado à primeira série do EM. As análises foram realizadas no livro do aluno
e no manual do professor, sendo este indicado com o código da coleção a que pertence.
Ou seja, o código EM1 se refere ao volume 1 da coleção 1 e ao manual do professor
desse mesmo volume.
Para a análise da abordagem teórica sobre aminoácidos, foi realizada uma leitura
criteriosa do texto principal e das leituras complementares presentes no livro do aluno, a
fim de verificar a forma com que esse conteúdo tem sido apresentado no EM. Foram
analisados: definição de aminoácidos, grau de ionização dos grupos amina e carboxila
nas figuras que representam os aminoácidos e a definição de aminoácidos essenciais e
não essenciais.
2.2 Livros Didáticos de Ensino Superior
Para a análise do tema “aminoácidos”, foram selecionados livros de Bioquímica
utilizados em cursos superiores da área biológica (Quadro 2). Procuramos analisar as
versões originais dos livros estrangeiros para evitar uma discussão sobre problemas
provenientes da tradução realizada pelas editoras. A análise foi semelhante à realizada
com livros do ensino médio (ver sec. 2.1), tendo esses livros recebido os marcadores
alfanuméricos de ES1 a ES6 (Quadro 2), sendo os primeiros, livros de autores brasileiros
(ES1 e ES2) e os demais, listados em ordem alfabética considerando o primeiro autor.
Quadro 2. Livros de Bioquímica utilizados no Ensino Superior.
Livro
Nome do Livro
Autores
Editora, Edição e
Ano de Publicação
Guanabara-Koogan
4a Edição, 2015
ES1
Bioquímica Básica
Marzzoco, A. e
Torres, B.B.
ES2
Bioquímica
Motta, V.T.
ES3
Biochemistry
ES4
Harper’s Illustrated
Biochemistry
Murray, R.K., Bender, D.A., Botham, K.M.,
Kennelly, P.J., Rodwell, V.W. e Weil, P.A.
McGraw-Hill Medical
29ª Edição, 2012
ES5
Lehninger Principles of
Biochemistry
Nelson, D.L. e Cox, M.M.
W. H. Freeman
5ª Edição, 2008
ES6
Biochemistry
Voet, D. e Voet, J.G
Wiley
4ª Edição, 2011
Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L.
18/05/2016
Medbook
2ª Edição, 2011
Palgrave MacMillan
7ª Edição, 2011
56
3 Resultados
3.1 Os aminoácidos nos livros didáticos do ensino médio
A análise do tema aminoácidos foi realizada nos livros dedicados à 1a série do EM,
de coleções aprovadas nos PNLDs de 2012 e 2015. De acordo com o Guia do PNLD
2015 [9], a escolha das coleções que fazem parte do PNLD é realizada após a análise,
por professores de ensino superior e médio de todo o país, de uma cópia
descaracterizada (sem autoria e editora) das coleções para garantir o anonimato durante
todo o processo. Mesmo assim, podemos observar que seis das oito coleções aprovadas
no PNLD 2012 foram, também, aprovadas no PNLD 2015, nas suas novas edições
(Quadro 1).
Uma das coleções, de autoria de Amabis e Martho (EM1), aprovada em 2012, não
aparece na lista das aprovadas em 2015, tendo sido substituída pela coleção EM9, dos
mesmos autores. Sendo coleções distintas, assim foram consideradas neste trabalho,
apesar de termos verificado uma grande semelhança nos textos do capítulo analisado,
indicando que os autores aproveitaram o texto da coleção antiga na nova coleção.
O Quadro 3 traz as definições de aminoácidos encontradas nos livros de Biologia
aprovados pelo PNLD de 2012 e 2015. Como pode ser observado, essa definição não foi
encontrada apenas no livro EM6.
Nas coleções EM2, EM3, EM4, EM5 e EM11 os autores citam que os aminoácidos
são assim denominados devido à presença dos grupos amina e carboxila na molécula.
As coleções EM1, EM2, EM7, EM9 e EM11 citam o “carbono alfa” sem, contudo,
explicar o que é. Nas duas edições do livro EM2, o autor diz que “o primeiro carbono de
sua cadeia” é o carbono alfa, uma informação que poderá levar a uma concepção
alternativa, já que a definição está parcialmente correta, pois deveria ser dito que é o
primeiro carbono ligado ao grupo funcional, no caso, a carboxila. Quando o autor diz
“primeiro carbono”, não fica claro a qual se refere, já que todos os aminoácidos contêm
um outro carbono do grupo carboxila.
A cadeia lateral dos aminoácidos é frequentemente indicada de forma incorreta,
como um “radical”, termo utilizado para descrever uma molécula que possui um elétron
desemparelhado, ou seja, é uma molécula reativa (instável)1. De acordo com Rodrigues
[10], o uso do termo “radical” no lugar de substituinte é um vício comum, mas entendemos
que esse erro leva à construção de uma concepção alternativa. Esse termo foi excluído
nas definições encontradas nas novas edições dos livros EM2 e EM4.
1
IUPAC Gold Book (http://goldbook.iupac.org/R05066.html)
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Com exceção do livro EM6, os livros analisados apresentam a fórmula geral dos
aminoácidos em uma figura. Porém, a fórmula geral correta, com os dois grupos ionizados
(Figura 1A), aparece apenas em dois livros: na primeira edição do EM2 e na segunda
edição do EM8. Na segunda edição do livro EM2, não há mais a figura da fórmula geral
dos aminoácidos. Na maioria dos livros, as fórmulas representam o grupo amina na forma
desprotonada (-NH2) e o grupo carboxila na forma protonada (-COOH), como ilustrado na
Figura 1B.
Considerando os valores médios de pKa dos grupos amina (pKa  10) e carboxila
(pKa  2), a estrutura esquematizada na Figura 1B só ocorreria em uma situação
impossível, na qual o pH deveria ser maior que 10 e menor que 2, ao mesmo tempo.
Como não há nenhuma observação nesse sentido, a representação leva à construção de
um conceito equivocado.
De fato, tem sido observado que, ao estudar a ionização de aminoácidos na
disciplina Bioquímica oferecida no ciclo básico de cursos da área da saúde da
Universidade Federal do Rio de Janeiro, por exemplo, os alunos têm muita dificuldade
para compreender que a forma representada na Figura 1B não existe, já que esta é a
forma apresentada nos livros de Biologia e mesmo em alguns livros usados no ensino
superior (ver sec. 3.2).
O mesmo é observado até em alguns livros de Química do EM, como é o caso de
um livro que mostra as formas de um aminoácido em pH ácido, neutro e básico mas que
apresenta uma ilustração da “forma neutra” da Figura 1B [11]. Nesse mesmo livro, o autor
apresenta três exemplos de aminoácidos (glicina, alanina e serina) com a fórmula
estrutural neutra [11].
Na segunda edição do livro EM8, a fórmula que aparecia incorreta (neutra) na
edição anterior, foi corrigida (zwiteriônica). Na primeira edição do livro EM2, apesar de a
fórmula geral do aminoácido estar representada corretamente, na página seguinte à da
figura, onde são mostradas as fórmulas dos vinte aminoácidos comuns, os grupos amina
e carboxila estão representados como –NH2 e –COOH, respectivamente.
Além disso, a representação das fórmulas nessa tabela é confusa, dificultando a
identificação da cadeia lateral. Nesse livro há uma observação no manual do professor
que explica que a forma com os grupos ionizados é a “considerada pelos químicos como
a correta”, e que a forma adotada em uma das tabelas do capítulo é a com ambos não
ionizados, não deixando claro para o professor o motivo de serem representados dessa
forma na tabela citada. Aqui vale comentar que essa forma não é apenas ‘considerada’
correta pelos químicos, já que é a forma correta.
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58
Quadro 3. Definições de aminoácido nos livros didáticos de Biologia aprovados no PNLD 2012 e 2015.
Livro
Definição de aminoácido
EM1 Apresentam um átomo de carbono denominado carbono-alfa, ao qual se ligam um grupo amina
(-NH2), um grupo carboxila (-COOH), um átomo de hidrogênio (-H) e um quarto grupo
genericamente denominado –R (de radical), que varia nos diferentes aminoácidos,
caracterizando-os.
EM2
Denominados alfa-aminoácidos, pois o primeiro carbono (o carbono alfa) de sua cadeia está
ligado de um lado a um grupo funcional amina (-NH2) e de outro a um grupo funcional ácido
carboxílico (-COOH). Além dessas duas ligações, o carbono alfa da molécula se liga a um átomo
de hidrogênio e a outros átomos que formam um radical orgânico. As diferenças entre os
aminoácidos são conferidas pelos diferentes radicais orgânicos. (1a Edição, 2010)
Eles são denominados alfa-aminoácidos, pois o primeiro carbono (o carbono alfa) de sua cadeia
está ligado de um lado a um grupo funcional amina (-NH2) e, de outro, a um grupo funcional
ácido carboxílico (-COOH). (2a Edição, 2013)
EM3
Qualquer molécula de aminoácido tem um grupo ácido carboxílico ou carboxila (-COOH) e um
grupo amina (-NH2) ligados a um átomo e carbono. A esse mesmo carbono ficam ligados ainda
um átomo de hidrogênio e um radical (R).
EM4
Em sua molécula, há um grupamento carboxila (COOH) – que caracteriza os ácidos orgânicos –
e um grupamento amina (NH2),vindo daí o nome aminoácido. Aparece um radical (R), que varia
de acordo com o tipo de aminoácido. (1a Edição, 2010)
Os aminoácidos são cadeias de carbono com hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e, as vezes,
enxofre. Em sua molécula, há um grupamento carboxila (COOH) – que caracteriza os ácidos
orgânicos – e um grupamento amina (NH2), vindo daí o nome aminoácido (uma função química
ou grupamento é um conjunto de substâncias com propriedades químicas semelhantes). (2a
Edição, 2013)
EM5
Em suas moléculas, todos eles apresentam um grupamento amina (NH2) e um grupamento
carboxila ou ácido carboxílico (COOH), de onde deriva o nome aminoácido. Esses grupamentos
estão ligados a um mesmo átomo de carbono, que, por sua vez, está ligado a um átomo de
hidrogênio e a um radical que varia de aminoácido para aminoácido.
EM6
Não definiu.
EM7
Caracterizam-se quimicamente pela presença de um átomo de carbono (denominado carbono
α), ao qual se ligam um grupo carboxílico (COOH), um grupo amina (NH 2), um radical e um
átomo de hidrogênio.
EM8
São compostos orgânicos formados por carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio (alguns ainda
apresentam enxofre). São caracterizados por apresentar um grupo carboxila (COOH), um grupo
amina (NH2) e um radical (R), todos eles unidos a um mesmo átomo de carbono.
EM9
São vinte os tipos de aminoácidos que formam as proteínas e todos apresentam um átomo de
carbono (C) central, denominado carbono alfa, ao qual se ligam: um átomo de hidrogênio (-H),
um grupo amina (-NH2), um grupo carboxila (-COOH) e um radical (-R) que varia entre os
diversos aminoácidos.
EM10
A molécula de um aminoácido é formada por um átomo de carbono central, ao qual se ligam um
grupo amina, um grupo carboxila, um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral (ou radical).
EM11
Todos os aminoácidos possuem a mesma estrutura básica: um átomo de carbono (chamado de
carbono-alfa), ligado simultaneamente a um átomo de hidrogênio (H), a uma cadeia lateral
chamada radical, a um grupo amina (NH2) e a um grupo carboxila (COOH). Estes dois últimos
grupamentos responsáveis pela denominação aminoácidos são sempre os mesmos; já o radical
varia de um aminoácido para outro, podendo ser um simples átomo de hidrogênio até uma
grande cadeia de carbonos interligados.
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Muitos autores afirmam que existem 20 “tipos” de aminoácidos codificados pelo
código genético, também descritos como aminoácidos comuns ou naturais. Alguns deles
indicam que os diferentes “tipos” se devem às diferenças nas cadeias laterais como, por
exemplo, no livro EM3, onde os autores comentam uma figura da alanina com a cadeia
lateral destacada, com o texto: “Essa parte em amarelo varia de acordo com o tipo de
aminoácido: pode ser um simples átomo de hidrogênio ou cadeia de carbonos”.
Porém, não existem 20 “tipos” de aminoácidos, ou seja, 20 completamente
distintos, pois variam apenas na cadeia lateral. Se considerarmos as propriedades das
cadeias laterais, importantes na manutenção da estrutura proteica, por exemplo, sabemos
que aminoácidos com cadeias laterais semelhantes apresentam propriedades
semelhantes. Ou seja, os aminoácidos podem ser agrupados em apenas dois grandes
grupos (ou tipos) de acordo com a polaridade da cadeia: polares e apolares.
Outra possibilidade seria agrupá-los de forma mais detalhada em cinco grupos (ou
tipos): apolares, aromáticos, polares sem carga, carregados positivamente e carregados
negativamente, semelhante ao apresentado em alguns livros de Bioquímica dedicados ao
ensino superior (ver sec. 3.2).
Apenas no livro EM2, a utilização do termo “tipo” foi considerada adequada, pois há
uma tabela com todos os aminoácidos onde os mesmos estão separados de acordo com
a cadeia lateral, sendo os aminoácidos alifáticos e aromáticos considerados “apolares”,
por exemplo. Apenas no livro EM8 os autores dizem que “alguns aminoácidos contêm
enxofre em sua fórmula”, sem especificar quais são.
Os livros EM2 e EM11 apresentam trechos que afirmam ou sugerem que há na
natureza outros aminoácidos além dos 20 comuns:
“[...] existem muitos tipos de aminoácidos, mas apenas vinte deles são utilizados
nas proteínas fabricadas pelos seres vivos” (EM2; ambas as edições)
“Cerca de 150 aminoácidos diferentes são conhecidos, porém somente vinte
fazem parte da composição de proteínas nos seres vivos.” (EM11)
Como observado no Quadro 4, a classificação dos aminoácidos em essenciais e
não essenciais foi encontrada na maioria dos livros analisados, com exceção do livro
EM6, no qual os aminoácidos não foram citados, e do livro EM9, dos mesmos autores do
livro EM1. Em quase todos os livros aprovados nas duas edições do PNLD, não houve
modificação no texto onde aparecem essas definições (Quadro 4).
Apenas o livro EM7 descreve que os aminoácidos não essenciais são “sintetizados”
pelo organismo, ou seja, utilizando, de forma correta, o processo de síntese. Em seis dos
livros analisados (EM1, EM5, EM8, EM10 e EM11) os autores usam a palavra “produzir” e
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em outros dois (EM2 e EM4), a palavra “fabricar”, para se referirem à síntese dos
aminoácidos pelo organismo. Seria interessante a utilização do termo correto para evitar
vícios de linguagem que se perpetuam no ensino superior. Alguns autores (EM1, EM5,
EM10 e EM11) se referem, de forma incorreta, aos aminoácidos não essenciais como
sendo os “naturais”.
Quadro 4. Definição de aminoácidos essenciais e não essenciais nos livros didáticos de Biologia aprovados
no PNLD*.
Livro
Definição
EM1
Aminoácidos que um organismo não consegue produzir são chamados de aminoácidos
essenciais e precisam fazer parte da dieta alimentar; aminoácidos que podem ser produzidos
a partir de outras substâncias celulares são chamados de aminoácidos não essenciais, ou
naturais.** (2012)
EM2
Um ser humano adulto consegue fabricar quase todos os aminoácidos de que precisa, com
exceção de oito deles, que são os chamados aminoácidos essenciais.** (2012)
Os aminoácidos que o ser humano não consegue fabricar são chamados aminoácidos
essenciais e devem obrigatoriamente fazer parte da dieta. (2015)
EM3
Chamamos naturais os aminoácidos que um organismo animal é capaz de produzir. Os
aminoácidos que devem ser por ele ingeridos são ditos essenciais, já que são necessários
para a síntese de suas proteínas e para a sua sobrevivência. (2012 e 2015)
EM4
Os animais podem fabricar um tipo de aminoácido a partir de outro que tenha obtido na
alimentação. No ser humano adulto, os aminoácidos essenciais não podem ser formados a
partir de outros em quantidade suficiente para suprir suas necessidades; por isso, devem estar
presentes obrigatoriamente na alimentação. (2012 e 2015)
EM5
Os aminoácidos produzidos por um organismo são chamados naturais, enquanto os que
necessitam ser ingeridos, por não serem sintetizados, são chamados essenciais. (2012 e
2015)
EM7
Para um animal, denomina-se aminoácido natural o que pode ser sintetizado por suas células
e aminoácido essencial o que não pode ser sintetizado. (2012)
EM8
Os aminoácidos que o corpo não produz, chamados aminoácidos essenciais. Os demais,
chamados não essenciais. (2012 e 2015)
EM10
Aminoácidos naturais ou não essenciais podem ser produzidos a partir de outros aminoácidos
ou de carboidratos. Aminoácidos essenciais são os que não sintetiza, e obtém por meio da
alimentação. (2015)
EM11
Alguns aminoácidos podem ser produzidos pelo organismo; são os chamados aminoácidos
naturais. Outros não são sintetizados pelo organismo e têm de ser obtidos pela alimentação.
(2015)
*O ano da aprovação no PNLD está indicado em parênteses.
**Leitura Complementar.
O assunto “aminoácidos essenciais” foi apresentado em uma leitura complementar
no livro EM2, onde o autor chama a atenção para o fato de que os mesmos podem ser
encontrados facilmente em alimentos de origem animal e ressalta o problema de dietas
vegetarianas que devem ser supervisionadas por especialistas para não comprometer a
síntese proteica. No livro EM5, os autores citam a combinação arroz com feijão, comum
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61
na dieta brasileira, “propicia a ingestão de todos os aminoácidos essenciais para o
organismo humano”. O conceito de complementação nutricional de dietas combinadas
(cereal/legume) como é o caso do arroz com feijão, tem sido aplicado a fim de aumentar a
qualidade proteica da alimentação humana. Porém, Kannan e colaboradores [12]
mostraram que uma dieta de arroz com feijão apresenta quantidades limitantes de
isoleucina e triptofano e quase limitantes em lisina e valina. Além disso, o escore químico
corrigido pela digestibilidade (PDCAAS)2 da dieta de arroz com feijão é de, apenas, 0,47
(valor de referência = 1,0). Quando a dieta inclui a ingestão de proteínas animais (leite,
ovos e/ou carne), mesmo em baixas quantidades, a complementação com arroz e feijão é
bem interessante, mas em dietas veganas, nas quais a ingestão de proteínas de origem
animal é banida (em muitos casos, a ingestão de soja e aveia também é proibida), é
necessário que a dieta seja equilibrada, principalmente na fase de crescimento.
O autor do livro EM2 comete um erro ao afirmar que são oito e não nove os
aminoácidos essenciais, pois não considerou a histidina, apesar de já ter sido
demonstrado em 1975 por Kopple e Swendseid [13], tanto para homens normais quanto
para portadores de uremia crônica, a necessidade da ingestão desse aminoácido.
Em nenhum dos livros de EM encontramos alguma citação sobre os aminoácidos
considerados semi-essenciais, aqueles sintetizados dos essenciais, como é o caso da
cisteína, sintetizada a partir de metionina, e da tirosina, a partir de fenilalanina, além de
arginina, que não é sintetizada em quantidades suficientes para a demanda nutricional do
organismo [8]. Os autores do livro EM5, indicam oito aminoácidos como essenciais mas
complementam a informação dizendo que “a histidina e a arginina têm sido consideradas
aminoácidos essenciais por alguns pesquisadores”.
Os autores do livro EM9, citam que os aminoácidos não essenciais podem ser
“produzidos a partir de outros aminoácidos ou de carboidratos”. Essa afirmação é
interessante, pois mostra a possibilidade de obtenção de aminoácidos não apenas das
proteínas. Porém, em seguida, sua definição é confusa, provavelmente devido a um erro
de impressão (“Aminoácidos essenciais são os que não sintetiza, e obtém por meio da
alimentação”).
Por fim, a definição mais equivocada de todos os livros analisados foi encontrada
no livro EM5, onde os aminoácidos são chamados “monopeptídeos”. Essa nomenclatura é
incorreta, pois um peptídeo é formado pela ligação peptídica que ocorre entre o
grupamento carboxila de um aminoácido com o grupo amina do aminoácido subsequente.
2
Calculado pela relação entre o conteúdo do aminoácido limitante (mg/g de proteína) e o conteúdo deste
em uma proteína de referência, multiplicado pela digestibilidade verdadeira.
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Após a formação da ligação peptídica (amida), temos apenas resíduos de aminoácidos.
Ou seja, o peptídeo mais simples é um dipeptídeo.
3.2 Os aminoácidos nos livros didáticos do ensino superior
Considerando que muitas concepções alternativas persistem no ensino superior
[4,5] e levando em conta nossa experiência no ensino de Bioquímica na Universidade
Federal do Rio de Janeiro, realizamos a mesma análise em livros didáticos comumente
indicados aos alunos de graduação. Foram avaliadas as edições mais novas disponíveis
em Março de 2016, sendo que as definições encontradas em livros estrangeiros foram
analisadas a partir das versões originais, em inglês, a fim de manter a fidelidade ao texto,
sem cometer equívocos de avaliação devidos à tradução.
O Quadro 5 mostra as definições de aminoácido encontradas nesses livros.
Nenhuma das definições foi considerada incorreta, apesar de uma delas ter sido muito
superficial (livro ES4). Com exceção do livro ES4, os autores definem uma estrutura geral
para os aminoácidos como sendo moléculas que possuem um grupo amino e grupo
carboxílico ligada a um carbono. Porém, apesar de não informar no corpo principal do
capítulo destinado ao tema, na tabela onde são apresentadas as estruturas dos 20
aminoácidos, mais comuns, essa parte da estrutura está sempre destacada e, portanto,
fica a cargo do leitor fazer essa associação. Além disso, no final do livro ES4, os autores
apresentam, em um dos tópicos do sumário, a seguinte frase:
Todos os aminoácidos possuem pelo menos dois grupos funcionais, ácidos fracos,
R-NH3+ e R-COOH. Muitos deles também contêm um grupo funcional ácido fraco
como -OH, -SH, guanidina, ou imidazol. (Tradução nossa)3
Essa citação traz alguns problemas conceituais, já que os grupos amina e
guanidina não são ácidos e, sim, bases orgânicas. Além disso, ao se indicar o grupo –OH,
não ficou claro se estão indicando o grupo hidroxila de tirosina e serina ou se seria de
carboxilas das cadeias laterais de aspartato e glutamato. No caso particular da tirosina e
da serina, deveria ser explicado que o grupo funcional se refere a um álcool que
apresenta um valor de pKa muito elevado, podendo atuar tanto como um ácido fraco
(ácido de Arrhenius) ou uma base fraca (base de Lewis).
Dois livros (ES2 e ES3) citam um “carbono central” e em quatro (ES1, ES2, ES3 e
ES5) citam um “carbono α”. Não consideramos essencial que se defina um carbono α em
livros de nível superior, mas nossa experiência tem mostrado que os alunos não sabem
3
Original: All amino acids possess at least two weakly acid functional groups, R-NH3+ and R-COOH. Many
also possess additional weakly acidic functional groups such as –OH, -SH, guanidino, or imidazole
group.
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essa definição, quando são questionados. Talvez seja interessante citar em uma nota de
rodapé ou em um quadro onde aparecem informações adicionais ou de apoio ao texto
principal. Alguns alunos confundem a nomenclatura “α” com a propriedade de quiralidade
da maioria dos aminoácidos ou com a posição do átomo de carbono na cadeia. Isso
ocorre devido à descrição ser, de certa forma, superficial. Os autores do livro ES4, por
exemplo, comentam que, com exceção da glicina, o carbono-α é quiral (Quadro 4). Nos
livros ES2 e ES3, o carbono-α é descrito como o carbono central da molécula, o que
também pode levar a uma formação inadequada do conceito de átomo central.
Quadro 5: Definições de aminoácido nos livros didáticos de Bioquímica utilizados em nível superior
Livro
ES1 Aminoácidos são compostos que apresentam, na sua molécula, um grupo amino (−NH2) e um
grupo carboxila (–COOH). Entre os aminoácidos que compõem as proteínas, a única exceção é a
prolina, que contém um grupo imino (–NH–) no lugar do grupo amino, sendo a rigor um
iminoácido. Em pH fisiológico, esses grupos estão na forma ionizada: –NH3+, –COO− e – NH2+. Os
aminoácidos têm uma fórmula básica comum, com os grupos amino e carboxila ligados ao
carbono α, ao qual também se liga um átomo de hidrogênio e um grupo variável chamado cadeia
lateral ou grupo R.
ES2
Os α-aminoácidos possuem um átomo de carbono central (α) onde estão ligados covalentemente
um grupo amino primário (−NH2), um grupo carboxílico (−COOH), um átomo de hidrogênio e uma
cadeia lateral (R) diferente para cada aminoácido. Existem duas exceções, a prolina e
hidroxiprolina, que são α-iminoácidos.
ES3
Aminoácidos são os blocos construtores das proteínas. Um α-aminoácido consiste de um átomo
de carbono central, chamado de carbono α, ligado a um grupo amino, um grupo carboxila, um
átomo de hidrogênio e um grupo R distinto. O grupo R é comumente descrito como cadeia
lateral.*
ES4
De mais de 300 aminoácidos que ocorrem naturalmente, 20 constituem as unidades
monoméricas predominantes das proteínas.[…] Com exceção da glicina, o carbono-α dos
aminoácidos é quiral.*
ES5
Todas as proteínas, […] são construídas do mesmo conjunto ubíquo de 20 aminoácidos, ligados
covalentemente em sequências lineares características. […] Todos os 20 aminoácidos comuns
são α-aminoácidos. Eles apresentam um grupo carboxila e um grupo amino ligado ao mesmo
carbono (o carbono α). Eles diferem entre si pelas cadeias laterais, ou grupos R. que variam em
estrutura, tamanho e carga elétrica, as quais influenciam a solubilidade dos aminoácidos em
água. Além desses 20 aminoácidos, existem muitos outros menos comuns.*
ES6
[...] todas as proteínas são compostas de 20 aminoácidos “padrão” […] Essas substâncias são
conhecidas como α-aminoácidos porque, com exceção da prolina, eles têm um grupo amina
primária e um grupo ácido carboxílico
*Tradução nossa. Textos originais no Apêndice A (Quadro 7).
Foi interessante notar que em nenhuma das definições a cadeia lateral é
apresentada como um radical, como nos livros de EM, mesmo apresentando-a como
“grupo R”. Porém, essa representação, associada à designação comum nos livros de EM
(radical) pode contribuir para perpetuação do conceito inadequado.
Todos os livros mostram as estruturas dos 20 aminoácidos comuns e indicam os
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valores de pKa do grupo carboxila (também citado como pK1) e amina (pK2), além do pKa
de cadeias laterais que apresentam um grupo ionizável (pKR). Porém, a fórmula estrutural
geral neutra dos aminoácidos, ainda é encontrada em alguns livros, mesmo nas edições
mais recentes. Esse é o caso do livro ES6, o qual apresenta uma figura intitulada “fórmula
estrutural geral dos aminoácidos” com a “forma neutra” dos aminoácidos da Figura 1B e,
pouco depois, comentam que em pH fisiológico ambos os grupos estão completamente
ionizados, ilustrando com a fórmula da Figura 1A.
Apesar de apresentarem a estrutura correta, ao ilustrar a forma neutra, sugerem
que esta possa existir. No livro ES4, os autores também apresentam as duas formas,
como exemplificamos na Figura 1, mas dizem que a fórmula neutra não pode ocorrer em
solução aquosa porque:
[...] em qualquer pH baixo o suficiente para protonar o grupo carboxila, o grupo
amina também estará protonado. De forma análoga, em qualquer pH
suficientemente alto para que a forma protonada do grupo amino seja
predominante, o grupo carboxila estará presente como COO-.(Tradução nossa)4
O Quadro 6 mostra as definições de aminoácidos essenciais e não essenciais
encontradas nos livros de bioquímica mais utilizados no nível superior, as quais são muito
semelhantes nos livros de EM avaliados. De forma geral, os autores definem como não
essenciais os aminoácidos que podem ser sintetizados pelo organismo humano e os
essenciais, aqueles que devem ser obtidos pela dieta. É interessante notar que essas
definições são encontradas em capítulos destinados ao metabolismo de aminoácidos.
Logo em seguida à definição, todos mostram uma tabela identificando quais
aminoácidos estão em cada grupo. A maioria dos autores considera como sendo nove os
aminoácidos essenciais, mas, nos livros ES2, ES4 e ES6 são indicados 10 deles. Os
autores dos livros ES4 e ES6 mencionam a arginina como essencial porque, embora o ser
humano seja capaz de sintetizá-lo, o faz em quantidades menores do que o necessário.
No livro ES2 há menção à histidina, considerando-a essencial até os doze anos de idade.
No livro ES5, apesar de os autores considerarem nove aminoácidos como essenciais,
indicam seis outros como semiessenciais, pois são requeridos em maior quantidade do
que a capacidade de síntese, em determinadas situações. No livro ES1, os autores citam
dois aminoácidos semiessenciais, sintetizados a partir de essenciais, mas os consideram
como não essenciais.
Os termos “essenciais” e “não essenciais” para a definição podem levar a um erro
4
Texto original: “[...] at any pH low enough to protonate the carboxyl group, the amino group would also be
protonated. Similarly, at any pH sufficiently high for an uncharged amino group to predominate, a carboxyl group will
be present as R-COO-.”
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65
conceitual, como observado pelos autores do livro ES4, pois ao se classificar um
aminoácido como “não essencial” aquele que pode ser sintetizado, podemos sugerir que
não é muito importante, quando todos são necessários à síntese proteica.
Quadro 6. Definições de aminoácidos essenciais e não essenciais nos livros didáticos de Bioquímica
utilizados em nível superior.
Livro
Definição de aminoácidos essenciais e não essenciais
ES1 [..]dos vinte aminoácidos encontrados nas proteínas, nove não podem ser sintetizados pelo ser
humano [...] e devem, portanto, ser obrigatoriamente obtidos pela dieta, chamando-se, por isto,
aminoácidos essenciais. Ainda mais, dois outros aminoácidos — cisteína e tirosina — são
sintetizados unicamente a partir de aminoácidos essenciais — metionina e fenilalanina — e,
quando ausentes da dieta, fazem aumentar a necessidade dos aminoácidos precursores. [...]
apenas nove aminoácidos que podem ser prontamente formados a partir de compostos
intermediários do metabolismo de carboidratos. Estes nove aminoácidos e os dois que são
sintetizados a partir de aminoácidos essenciais são chamados aminoácidos não essenciais.
ES2
Os aminoácidos sintetizados em quantidades suficientes por mamíferos a partir da amônia e de
esqueletos carbonados, são denominados não−essenciais; ou seja, eles estão disponíveis para
as células mesmo quando não incluídos na dieta. Por outro lado, os aminoácidos essenciais são
aqueles não sintetizados ou sintetizados em velocidade inadequada às necessidades
metabólicas do organismo e, portanto, devem ser ingeridos na dieta.
ES3
A maioria dos microorganismos, tais como E. coli, podem sintetizar todo o conjunto básico dos 20
aminoácidos, enquanto os seres humanos não pode fazer 9 deles. Os aminoácidos que precisam
ser supridos pela dieta são chamados aminoácidos essenciais, enquanto que os outros são
denominados aminoácidos não essenciais.
ES4
Humanos e outros animais superiores não tem a capacidade de sintetizar 10 dos 20 L-αaminoácidos comuns em quantidades adequadas para garantir o crescimento infantil ou manter a
saúde em adultos. Consequentemente, a dieta humana precisa conter quantidades adequadas
desses aminoácidos nutricionalmente essenciais. [...] Como empregado aos aminoácidos, os
termos “essencial” e “não essencial” são enganosos dado que todos os 20 aminoácidos são
essenciais para garantir a saúde. Dos 20 aminoácidos, 8 devem estar presentes na dieta humana
e, portanto, deveriam ser denominados “nutricionalmente essenciais”. Os outros 12 aminoácidos
são “nutricionalmente não essenciais” já que não há necessidade de estarem presentes na dieta.
ES5
Os organismos são muito variados em termos de sua habilidade de sintetizar os 20 aminoácidos.
Enquanto a maioria das bactérias e plantas sintetizam todos os 20, mamíferos podem sintetizar
apenas cerca da metade deles – geralmente aqueles de vias simples. Esses são os aminoácidos
não essenciais, não necessários na dieta [...]. O restante, os aminoácidos essenciais, devem ser
obtidos pela alimentação.
ES6
Os aminoácidos são classificados em dois grupos, essenciais e não essenciais. Os mamíferos
sintetizam os aminoácidos não essenciais a partir de precursores metabólicos, mas devem obter
os aminoácidos essenciais da dieta.
*Tradução nossa. Textos originais no Apêndice A (Quadro 8).
4 Sugestão de abordagem teórica
Apesar de ser um assunto pontual – aminoácidos – costumamos explorar o fato de
apresentarem dois grupos ionizáveis para fixar o conteúdo “pKa e sistema tampão” devido
à sua grande importância no sistema biológico. Ao longo da disciplina, os alunos são
apresentados a diferentes situações nas quais necessitam a compreensão do conceito de
pKa, como, por exemplo, na mudança de pKa da histidina que regula a afinidade da
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66
hemoglobina por oxigênio, na determinação de pKa de grupos ionizáveis que participam
no sítio catalítico de várias enzimas, ou mesmo na grande mudança de pKa que ocorre
com a cadeia lateral ionizável de alguns resíduos de aminoácidos em consequência do
enovelamento proteico. Um exemplo utilizado em sala de aula é o da ribonuclease T1
[14], na qual o pKa da cadeia lateral do resíduo Asp76 é igual a 0,6 enquanto que no
aminoácido livre, o pKa é 3,9. Os mesmos autores mostraram que o pKa do Asp76 pode
aumentar para 6,4 em um triplo-mutante da enzima [14].
Quando iniciamos a aula sobre aminoácidos, os alunos já estão familiarizados com
o equilíbrio ácido-base e a equação de Henderson-Hasselbalch. Porém, essas definições
foram apresentadas com ácidos fracos monopróticos e percebemos, ao longo dos anos,
que não é muito fácil a percepção das duas faixas tamponantes nos aminoácidos. Em
nossas aulas há uma participação ativa dos alunos, então, sugerimos uma atividade inicial
para trabalharem os equilíbrios ácido-base dos aminoácidos.
Em primeiro lugar, pedimos para descreverem a fórmula geral dos aminoácidos
que, com alguma ajuda (dependendo da turma), terminamos por ilustrar a forma neutra da
Figura 1B. Ou seja, essa é a fórmula que tem sentido inicial para eles.
Em seguida, descrevemos os dois equilíbrios possíveis, separadamente, indicando
o valor de pKa médio de cada um dos grupos ionizáveis (Figura 2):
Figura 2. Indicação de pKa médio em grupos ionizáveis.
Considerando os dois equilíbrios (que permanecem no quadro ou projetados),
pedimos para que desenhem todas as formas possíveis dos aminoácidos, trabalhando em
diferentes valores de pH. No final, os alunos nos apresentam 4 formas (Figura 3), as quais
são copiadas no quadro:
Figura 3. Diferentes formas de um aminoácido desenhadas por alunos.
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67
Dizemos aos alunos que uma das fórmulas não é possível de ocorrer e pedimos
que encontrem a “forma impossível”, nos explicando o porquê dela não existir. Dessa
maneira, os alunos encontram o erro conceitual que trazem do EM. A figura é
complementada com os equilíbrios e a forma incorreta é salientada (Figura 4):
Figura 4. Complementação das formas dos aminoácidos após intervenção.
Essa dinâmica, apesar de muito simples, tem garantido o aprendizado dos alunos,
pois observamos que a apresentação das formas corretas, por si só, não era eficaz. É
comum verificarmos nas avaliações institucionais da disciplina que os alunos comentam o
quanto é mais fácil entender quando participam do raciocínio envolvido no conceito.
5 Discussão
Neste artigo, apresentamos uma análise de um tema único – aminoácidos – devido
à importância que tem no aprendizado de conceitos mais complexos, relativos à estrutura
e função de proteínas, em Bioquímica, além de conceitos de outras disciplinas.
Cabe aqui uma reflexão sobre esse e outros assuntos apresentados aos alunos no
EM. Quando iniciamos o projeto de análise dos livros didáticos de Biologia do EM,
percebemos que os erros conceituais e as concepções alternativas observadas em alunos
de graduação são oriundos de uma simplificação que leva a uma superficialidade dos
conteúdos, bastante nociva ao ensino. Além disso, não se pratica a interdisciplinaridade.
A fragmentação do ensino é uma consequência da divisão de conteúdos em
disciplinas. Japiassu [15] afirma que a “estruturação da educação básica brasileira,
separada em séries e componentes curriculares, divide e distancia os saberes científicos”.
De fato, as disciplinas não “conversam” entre si, gerando um distanciamento que
dificilmente será superado enquanto não houver uma reforma importante no ensino básico
brasileiro. Gostaríamos de salientar que, ao analisarmos o volume de coleções de
Biologia dedicado à 1a série do EM, e estendendo a avaliação às outras séries,
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68
percebemos claramente a fragmentação do ensino na própria disciplina.
O conteúdo analisado neste artigo se refere a uma classe de compostos biológicos
de funções mistas. Porém, “aminoácidos” é um dos conteúdos iniciais da 1a série de
Biologia do EM e as funções orgânicas, incluindo as mistas, são ensinadas na 3a série,
em Química.
Da mesma forma, os conceitos de pH e de equilíbrio ácido-base com a definição de
pKa são introduzidos, em Química na 2a série do EM. Considerando a base muito frágil de
Química, introduzida no ensino fundamental, não se pode esperar que o aluno tenha uma
compreensão plena do que está sendo explicado.
Com isso, aumenta-se a frustração do professor, que não têm como fazer tal
introdução. Gerhard e Rocha Filho [16] mostraram que os docentes reconhecem a
necessidade de um trabalho interdisciplinar, mas atribuem à escola a tarefa de
proporcionar um diálogo entre as diferentes disciplinas, enquanto Wirzbicki e Zanon [17]
sugerem uma maior integração entre os professores de Biologia e Química.
De fato, é difícil para um professor de Biologia introduzir conteúdos de Química. Se
nosso ensino fosse melhor organizado, evitaríamos um ensino meramente propedêutico,
como tem sido observado no EM, em todo o país. As matrizes curriculares são extensas e
obrigam o professor, no tempo curto de suas aulas, a apenas transferir o conhecimento
que, nem sempre, é capaz de dominar. Wirzbicki e Zanon [17] mostraram, por meio de
entrevistas, a ansiedade de professores de Biologia do EM que não dominam conteúdos
de Química necessários para o bom entendimento de diversos conteúdos.
Seria essencial uma reforma na qual os responsáveis por cada disciplina
compreendessem que devemos ensinar nosso aluno a ser mais participativo, a raciocinar
e a desenvolver capacidades cognitivas que estão sendo tolhidas numa “escola” que
aposta na incoerência de fornecer uma quantidade enorme de informações sem
profundidade.
Consideramos que o conteúdo extenso e superficial de Biologia e Química nos
livros didáticos de EM pode dificultar uma educação plena dos jovens desse ciclo
educacional já que requer memorização sem permitir que sejam trabalhados outras
capacidades cognitivas como aquelas necessárias para execução de tarefas, ou seja,
raciocínio, lógica, tomada de decisão e resolução de problemas, essenciais para a
formação de um indivíduo atuante na sociedade contemporânea.
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6 Conclusão
Este trabalho descreve como um tema multi e interdisciplinar é apresentado em
livros de Biologia do ensino médio e de Bioquímica do ensino superior. Apesar de pontual,
permite a aplicação de conceitos de pKa e sistema tampão, apresentados no início de um
curso de graduação na disciplina Bioquímica, importante para a compreensão de outros
conceitos. Em alguns cursos, como Odontologia, Medicina e Farmácia, por exemplo, esse
tema será importante em outras disciplinas. Nossa experiência tem mostrado que a
abordagem didática adotada tem sido eficiente no aprendizado, já que os alunos retêm o
conceito, como observado em Farmacologia, por exemplo.
Como comentado acima, os conceitos adquiridos no ensino básico perpetuam no
ensino superior e uma mudança conceitual efetiva ocorre apenas quando o “novo
conceito” causa uma “revolução” no modo de pensar do estudante. Dessa forma, é
importante que sejam apontados os erros conceituais nos livros didáticos do ensino
médio, sejam eles provenientes de uma simplificação ou de uma apresentação incorreta,
a fim de amenizar as dificuldades de aprendizado de novos conceitos na graduação, em
qualquer disciplina.
Nosso trabalho mostrou a existência da simplificação do conceito e da
representação da fórmula geral dos aminoácidos nos livros de Biologia do EM que levam
a concepções alternativas. Os mesmos erros não foram observados nos livros de
Bioquímica do ensino superior.
Após essa análise, ficou clara a necessidade de uma maior integração entre as
disciplinas Biologia e Química para que haja uma interdisciplinaridade efetiva no processo
de ensino-aprendizagem de conceitos de Bioquímica.
Referências
[1] Oliveira, PS. Estrutura e função das proteínas nos livros didáticos de biologia aprovados no PNLD 2012.
Dissertação de Mestrado [Biologia Geral]. Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal
do Rio de Janeiro.
[2] Giordan A, De Vechi G. As origens do saber: das concepções dos aprendentes aos conceitos científicos.
2. ed. Porto Alegre: Artes Médicas; 1996.
[3] Carrascosa, J. El problema de lãs concepciones alternativas em La actualidad (parte II). El cambio de
concepciones alternativas. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de lãs Ciencias 2005; 2(3): 388402.
[4] Luz MRMP, Oliveira GA, Da Poian AT. Glucose as the sole metabolic fuel: Overcoming a misconception
using conceptual change to teach the energy-yielding metabolism to Brazilian high school students.
Biochemistry and Molecular Biology Education 2013; 41 224-231.
[5] Oliveira GA, Sousa CR, Da Poian AT, Luz MRMP. Students’ Misconception about Energy-Yielding
Metabolism: Glucose as the Sole Metabolic Fuel. Advances in Physiology Education 2003; 27(3): 97-101.
18/05/2016
70
[6] Brum WP. O tema bactéria no ensino fundamental: concepções alternativas dos estudantes sobre as
implicações na saúde humana. Revista de Educação, Ciências e Matemática 2014; 4(3): 1-12.
[7] Wu, G. Amino Acids: Biochemistry and Nutrition. 1. ed. New York: CRC Press; 2013
[8] Wu G, Wu ZL, Dai ZL, Yang WW, Liu C, Wang B, Wang JJ, Yin YL. Dietary requirements of “nutritionally
nonessential amino acids” by animals and humans. Amino Acids 2013; 44: 1107-1113.
[9] MEC. Guia de Livros Didáticos: PMLD 2015: Biologia: Ensino Médio. Brasília: 80p; 2014.
[10] Rodrigues JAR. Recomendações da IUPAC para a nomenclatura de moléculas orgânicas. Química
Nova na Escola 2001; 13: 22-28.
[11] Lisboa JCF. Ser protagonista. Química. 3º ano. 1. ed. São Paulo: Edições SM; 2010.
[12] Kannan, S, Nielsen, SS, Mason, AC. Protein digestibility-corrected amino acid scores for bean and
bean-rice infant weaning food products. J. Agric. Food Chem. 2001; 49: 5070−5074
[13] Kopple JD, Swendseid ME. Evidence that histidine is na essential amino acid in normal and chronically
uremic man. J Clin Invest 1975; 55(5): 881-891.
[14] Thurlkill RL, Grimsley GR, Scholtz JM, Pace CN. Hydrogen bonding markedly reduces the pK of buried
carboxyl groups in proteins 2006 J Mol Biol. 362: 594-604
[15] Japiassu H. Interdisciplinaridade e patologia do saber. 1. ed. Rio de Janeiro: IMAGO; 1976.
[16] Gerhard AC, Rocha Filho J B. A Fragmentação dos Saberes na Educação Científica Escolar na
Percepção de Professores de uma Escola de Ensino Médio. Investigações em Ensino de Ciências 2012
17(1): 125-145
[17] Wirzbicki SM, Zanon LB. Relações entre conhecimentos de biologia e de química na abordagem de
conteúdos de biologia no ensino médio. EREBIO‐SUL [anais na internet]. 2013. acesso em 10 de maio de
2016. Disponível em: http://santoangelo.uri.br/erebiosul2013/
Agradecimentos
Agradecemos à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
(Capes) pelo auxílio (bolsa de mestrado) para a autora PS Oliveira e ao Conselho
Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo auxílio (bolsa de
doutorado) para a autora CD Lacerda. Parte dos resultados aqui apresentados foram
obtidos durante a dissertação de mestrado de Patricia S Oliveira (Mestrado em Formação
Científica para Professores de Biologia, UFRJ, Brasil).
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Apêndice A. Quadros complementares ao trabalho.
Quadro 7. Textos originais das definições de aminoácido nos livros estrangeiros de Bioquímica utilizados
em nível superior
Livro
ES3 Amino acids are the building blocks of proteins. An α-amino acid consists of a central carbon
atom, called the α carbon, linked to an amino group, a carboxylic acid group, a hydrogen atom,
and a distinctive R group. The R group is often referred to as the side chain.
ES4
Of the over 300 naturally occurring amino acids, 20 constitute the predominant monomer units of
proteins. [...] With the sole exception of glycine, the α-carbon of every amino acid is chiral.
ES5
All proteins,[...] are constructed from the same ubiquitous set of 20 amino acids, covalently linked
in characteristic linear sequences. [...] All 20 of the common amino acids are α-amino acids. They
have a carboxyl group and an amino group bonded to the same carbon atom (the α carbon). They
differ from each other in their side chains, or R groups, which vary in structure, size, and electric
charge, and which influence the solubility of the amino acids in water. In addition to these 20
amino acids, there are many less common ones.
ES6
[...] all proteins are composed of the 20 “standard” amino acids […]These substances are known
as α-amino acids because, with the exception of proline, they have a primary amino group and a
carboxylic acid group substituent on the same carbon atom […] proline has a secondary amino
group.
Quadro 8. Textos originais das definições de aminoácidos essenciais e não essenciais nos livros didáticos
de Bioquímica utilizados em nível superior
Livro
Definição de aminoácidos essenciais e não essenciais
ES3 Most microorganisms, such as E. coli, can synthesize the entire basic set of 20 amino acids,
whereas human beings cannot make 9 of them. The amino acids that must be supplied in the
diet are called essential amino acids, whereas the others are termed nonessential amino acids.
ES4
Humans and other higher animals lack the capability to synthesize 10 of the 20 common L-αamino acids in amounts adequate to support infant growth or to maintain health in adults.
Consequently, the human diet must contain adequate quantities of these nutritionally essential
amino acids. […]As applied to amino acids, the terms "essential" and "nonessential" are
misleading since all 20 common amino acids are essential to ensure health. Of these 20 amino
acids, 8 must be present in the human diet, and thus are best termed "nutritionally essential."
The other 12 amino acids are "nutritionally nonessential" since they need not be present in the
diet.
ES5
Organisms vary greatly in their ability to synthesize the 20 common amino acids. Whereas most
bacteria and plants can synthesize all 20, mammals can synthesize only about half of them—
generally those with simple pathways. These are the nonessential amino acids, not needed in
the diet (see Table 18–1). The remainder, the essential amino acids, must be obtained from food.
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V.14, N.1 / 2016
Publicado em:18/05/2016
Aula prática de Fotossíntese: Demonstração da reação de Hill em
cloroplastos com dissipação de energia por fluorescência mediante
desacoplamento ou inibição dos fotossistemas pelo herbicida Diuron
Practical lesson of Photosynthesis: A demonstration of Hill reaction in chloroplasts with energy
dissipation by fluorescence upon photosystems uncoupling or inhibition by Diuron herbicide
Vadim R. Viviani1,2*
Departamento de Física, Química e Matemática, CCTS, Campus de Sorocaba, Universidade Federal de São
Carlos, Rod. João L. Santos, km 110, Itinga, Sorocaba, SP, Brasil
2
Programa de Pós-graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental, CCTS, Campus de Sorocaba,
Universidade Federal de São Carlos, Rod. João L. Santos, km 110, Itinga, Sorocaba, SP, Brasil
1
Resumo
Na fotossíntese, o processo fotoquímico de transferência de elétrons é facilmente demonstrado através da reação
de Hill, onde aceptores de elétrons artificiais são reduzidos por suspensões ativas de cloroplastos na presença de
luz. Entretanto, não é comum mostrar no ensino de graduação o destino da energia luminosa absorvida pela
clorofila quando os fotossistemas não estão funcionais. Apresentamos uma proposta de aula prática que consiste
em uma adaptação da reação de Hill usando cloroplastos intactos de espinafre, que inclui a visualização de
dissipação de energia por fluorescência e efeito dose/resposta em cloroplastos lisados ou inibidos pelo hebicida
DIURON. Esta aula prática, destinada às disciplinas de Bioquímica e Biofísica para cursos de graduação de
Química, Ciências Biológicas e Engenharias Florestal, Ambiental e Agronômica, tem como objetivos complementar
os princípios básicos de fotoquímica demonstrados através da reação clássica de Hill, com princípios de fotofísica
através da dissipação de energia por fluorescência da clorofila, melhorando a compreensão do processo da
fotossíntese, e introduzindo o conceito de fluorescência e sua aplicação como ferramenta bioanalítica moderna
para monitorar a fotossíntese em plantas e ecossistemas vegetais.
Palavras-chave: estados eletronicamente excitados; fluorescência; clorofila.
Abstract
During photosynthesis, the photochemical electron transfer process is easily demonstrated by the Hill reaction,
where artificial electron acceptors are reduced by active chloroplasts suspensions in the presence of light.
However, the destiny of luminous energy absorbed by chlorophyll molecules in uncoupled or damaged
photosystems is not usually demonstrated. Here we provide an adaptation of the classical Hill reaction using intact
spinach chloroplasts, which includes the visualization of energy dissipation by fluorescence in lysed chloroplasts,
and a dose/effect response in photosystems inhibited by the herbicide DCMU. This laboratory lesson, which is
aimed to biochemistry and biophysics for undergraduate courses of Chemistry, Biological, Environmental and
Agricultural Sciences, provides the basic photochemical principles using the classical Hill reaction, and
photophysical principles through the visualization of energy dissipation by chlorophyll fluorescence, improving the
understanding of the photosynthetic process, and introducing the concept of fluorescence and its applications as
bioanalytical tool to monitor photosynthesis in plants and vegetal ecosystems.
Keywords: electronically excited states; Fluorescence; chlorophyll.
Practical lesson of Photosynthesis: A demonstration of Hill reaction in chloroplasts with energy dissipation
by fluorescence upon photosystems uncoupling or inhibition by Diuron herbicide
Ficha da atividade desenvolvida
Título
Aula Prática de Fotossíntese: Uma demonstração da reação de Hill em suspensões de
cloroplastos e dissipação de energia por fluorescência mediante desacoplamento dos
fotossistemas ou inibição pelo herbicida Diuron.
Público alvo
Estudantes de graduação dos cursos de Ciências Biológicas, Química, Engenharia
Florestal, Engenharia Ambiental, Agronomia, Biotecnologia.
Disciplinas
relacionadas
Bioquímica, Biofísica.
Objetivos
educacionais
Providenciar aos estudantes de graduação de cursos de Ciências Biológicas, Química,
Engenharia Florestal e Ambiental os conceitos fotofísicos e fotoquímicos do processo de
fotossíntese e suas aplicações ambientais.
Justificativa de
uso
Os estudantes de Química, Ciências Biológicas, Engenharia Florestal e Ambiental são
tradicionalmente expostos unicamente aos conceitos químicos da Fotossíntese durante
as disciplinas de Bioquímica, sem entretanto terem um embasamento de fotofísica e
fotoquímica, tão importantes para compreensão de processos fotobiológicos como a
fotossíntese. Assim esta aula prática visa fornecer estes fundamentos através da
demonstração da interrupção da transferência de elétrons e concomitante dissipação de
energia por fluorescência em fotossistemas desacoplados ou inibidos pelo herbicida
Diuron, com a exposição dos estudantes a conceitos como estados eletronicamente
excitados, fluorescência e transferência de energia.
Conteúdos
trabalhados
Fotossíntese, transferência de elétrons, transferência de energia, estados
eletronicamente excitados em sistemas biológicos, fluorescência da clorofila.
Duração
estimada
2–3h
Materiais
utilizados
Espinafres frescos, tubos de ensaios, cadinhos de porcelana, funis de vidro, gaze, tubos
de centrífuga, papel-alumínio, capilares, ácido ascórbico, 2,6-diclorofenolindofenol,
fosfato de sódio monobásico e dibásico, Triton X-100, Sacarose, Diuron,
Transiluminador UV.
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1 Introdução
O evento primário da fotossíntese é a absorção de luz pelas moléculas de
clorofila, que se tornam eletronicamente excitadas [1,2]. Ao absorver um fóton de luz de
freqüência apropriada, o elétron de uma molécula faz uma transição de um orbital de
menor energia (estado fundamental) para um orbital de maior energia (estado excitado)
[1,2]. A molécula eletronicamente excitada é uma entidade altamente instável e efêmera,
podendo esta voltar ao estado fundamental em questão de nanosegundos (10-9 s)
liberando energia na forma de luz.
Uma molécula eletronicamente excitada adquire propriedades físico-químicas
como acidez, polaridade, e propriedades redutoras diferentes da mesma molécula no
estado fundamental, podendo perder sua energia nas seguintes formas: (I) por
transferência de energia por ressonância a outra molécula muito próxima com a
capacidade de absorver esta energia, voltando ao estado fundamental; (II) realização de
uma reação fotoquímica, como transferência de elétrons para um aceptor de maior
potencial de redução (redução); (III) emitindo um fóton de luz visível (fluorescência) e (IV)
por relaxamento térmico, em que as moléculas perdem energia na forma de vibrações
emitindo radiação infravermelha. A Figura 1 apresenta os destinos fotofísicos e
fotoquímicos dos estados eletronicamente excitados em sistemas biológicos.
Figura 1. Destinos dos estados eletronicamente excitados em sistemas biológicos: (I) Transferência de
energia por ressonância eletromagnética; (II) fotoquímica (oxido-redução); (III) desativação radiativa
(fluorescência) e (IV) desativação térmica. (S) molécula fotoreceptora; ([S]*) molécula fotoreceptora
eletronicamente excitada; (A) aceptor de elétrons ou de energia; (A*) aceptor de energia excitado; (A-)
aceptor de elétrons reduzido; (P+) produto oxidado. (Figura de V. Viviani)
Nos fotossistemas das plantas, as moléculas de clorofila estão organizadas
próximas umas das outras, com complexos protéicos na membrana dos sacos tilacoides
no interior dos cloroplastos, de modo que a energia de excitação é eficientemente
transferida de uma molécula antena para outra na forma de excitons (transferência de
energia por ressonância eletromagnética), até alcançar a clorofila do centro de reação
fotoquímica que funciona como aceptora final desta energia de excitação [3].
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75
A clorofila excitada do centro de fotoreação torna-se um forte redutor,
transferindo então um elétron para uma série de aceptores de maior potencial de redução
(oxidantes) até o aceptor final (o NADP+), num processo de óxido-redução (destino II).
Neste processo, a clorofila se torna oxidada e seu potencial de redução se torna muito
aumentado, suficientemente para remover elétrons de um doador fraco, que no caso da
fotossíntese oxigênica das plantas e algas é a água. Desta forma, durante a fotossíntese,
a absorção de luz pela clorofila serve como fonte de energia para impulsionar elétrons da
água pelos fotossistemas I e II até um aceptor final de elétrons que pode ser natural ou
artificial, com a liberação de oxigênio molecular.
No processo, grande parte da energia (30 a 40%) é estocada como energia
potencial de redução das ligações químicas do NADPH e na geração de um gradiente de
prótons cuja energia é ultimamente estocada nas ligações fosfato do ATP. Alguns
herbicidas como o DCMU [3-(3,4-diclorofenil)-1,1-dimetiuréia] encontrado comercialmente
com o nome de DIURON, atuam inibindo o transporte de elétrons em nível de citb6f, um
dos transportadores de elétrons do fotossistema II [3].
A transferência de elétrons impulsionada pela luz foi primeiramente
demonstrada por R. Hill na década de 1930 [1,2]. Trabalhando com suspensão de
cloroplastos ativos na presença de um aceptor de elétrons artificial, o 2,6diclorofenolindofenol (2,6-DCF) que tem forte coloração azulada, Hill verificou que
mediante iluminação o aceptor se tornava reduzido perdendo a coloração, de acordo com
a equação a seguir:
H2O + 2A + hλ
2AH + 1/2O2
Desde então, a reação de Hill tem sido utilizada para demonstrar a transferência
de elétrons na fotossíntese usando suspensões de cloroplastos em aulas de laboratório.
Entretanto, na reação de Hill não fica evidente qual o destino da energia da luz absorvida
pela clorofila, quando os fotossistemas são desacoplados, ou quando a transferência de
elétrons é inibida por algum agente como um herbicida.
Neste trabalho, introduzimos uma adaptação da reação de Hill que tem sido
aplicada com sucesso desde 2007 em aulas práticas das disciplinas de Bioquímica
proferidas aos cursos de Ciências Biológicas e Engenharia Florestal, onde demonstra-se,
além da transferência de elétrons em cloroplastos intactos, a dissipação de energia por
fluorescência mediante o desacoplamento dos fotossistemas dos cloroplastos por lise, e
mediante inibição da cadeia de transporte de elétrons pelo herbicida DIURON.
No decorrer da preparação deste artigo, um artigo sobre uma aula prática que usa
a fluorescência da clorofila para mostrar a dissipação de energia em cloroplastos lisados
também foi publicado [4].
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2 Procedimentos e recursos
2.1 Descrição geral e objetivos dos experimentos
O objetivo geral desta aula prática é demonstrar para estudantes do ensino
superior a reação fotoquímica clássica de transferência de elétrons, a reação de Hill, o
efeito do desacoplamento dos fotossistemas e da inibição da transferência de elétrons no
processo de transferência de energia.
Os objetivos específicos são: (1) Verificar a reação de Hill de transferência de
elétrons numa suspensão de cloroplastos intactos de espinafres, na presença e ausência
de luz, usando o aceptor artificial o 2,6-Diclorofenolindofenol (2,6-DCF); (2) verificar o
efeito do herbicida Diuron [3-(3,4-Diclorofenil)-1-1-dimetiluréia] na transferência de
elétrons da fotossíntese, e (3) verificar o efeito do desacoplamento dos centros de
fotorreação (fotossistemas) na transferência de elétrons e energia nos fotossistemas e (4)
verificar o efeito da inibição do transporte de elétrons pelo herbicida Diuron na dissipação
de energia por fluorescência.
2.2 Reagentes
Sacarose, fosfato de potássio, 2,6-diclorofenolindofenol, ácido ascórbico, Triton
X-100, Diuron [3-(3,4-Diclorofenil)-1-1-dimetiluréia] 50%; água destilada.
2.3 Equipamentos
Transiluminador UV Loccus Biotecnologia (Brasil), centrífuga, espectrofotômetro
Químis.
2.4 Experimento I. Preparação de suspensão ativa e lisado de cloroplastos
Neste experimento são preparadas a suspensão ativa e lisado de cloroplastos,
a partir de folhas de espinafre.
A suspensão é preparada por processo de maceração das folhas em solução
isotônica de sacarose, seguida de centrifugação em diferentes velocidades para precipitar
diferentes organelas, seguida de resuspensão da fração de cloroplastos em solução
tamponada isotônica.
O lisado é preparado usando o mesmo procedimento, mas com resuspensão
final da fração de cloroplastos na presença de um agente lítico, o detergente neutro Triton
X-100. A seguir a descrição detalhada do procedimento:
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1. Macerar 30 g de folhas de espinafre em cadinho de porcelana previamente gelado
com 30 mL de sacarose 0,35 M gelada.
2. Usando funil com gaze posicionado sobre um Becker acondicionado no gelo, filtrar
o macerado.
3. Dispensar o homogenato em 2 tubos de centrífuga tipo Falcon de 15 mL e centrifugar por 2 min a 200 g (1300 rpm). Se possível usar centrífuga refrigerada (dispensável).
4. Desprezar o precipitado, dispensar o sobrenadante (verde-escuro) dos dois tubos
em novos tubos de centrífuga tipo Falcon de 15 mL e centrifugar novamente, desta
vez por 7 min a 3000 rpm.
5. Após a 2ª centrifugação, descartar o sobrenadante dos dois tubos e utilizar o precipitado verde-escuro (fração rica em cloroplastos) para resuspensão e lise nos experimentos abaixo.
6. Apresenta-se a seguir e na Tabela 1 o tratamento utilizado para preparação da suspensão e lisado de cloroplastos:
Tubo I (Suspensão de cloroplastos). Resuspender completamente com agitação
suave o precipitado verde-escuro em 5 mL de tampão fosfato 50 mM pH 6.5/sacarose 0.35 M gelado. Esta fração constitui a suspensão de cloroplastos ativa.
Tubo II (Lisado de cloroplastos). Resuspender completamente o precipitado em
5 mL de tampão fosfato 50 mM pH 6.5/sacarose + Triton X-100 1% gelado. Esta
fração corresponde ao lisado de cloroplastos. Observar e anotar as diferenças
óticas das duas preparações (cor, opacidade).
Tabela 1. Tratamento doas frações de cloroplastos.
Tubo/Amostra
Volume Sacarose/Tampão
fosfato pH 6.5 (mL)
Suspensão de cloroplastos
5
Volume Sacarose/Tampão
fosfato pH 6.5 + Triton X-100
(mL)
-
Lisado de cloroplastos
-
5
2.5 Experimento II. Ensaio da reação de Hill
Neste experimento analisa-se a redução do reagente 2,6-DCF por suspensões
de cloroplastos ativas sob os efeitos de iluminação e ausência de iluminação, na presença
de ácido ascórbico, na presença do herbicida Diuron, e na presença de lisado de
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cloroplastos. A Tabela 2 apresenta a preparação do ensaio da reação de Hill com
suspensão ativa e lisado de cloroplastos. O experimento consiste nas seguintes etapas:

Preparar 5 tubos de ensaio e dispensar as seguintes quantidades, conforme a tabela 2. As suspensões e lisado de cloroplastos devem ser adicionados por último. O tubo 3 deve ser previamente envolto em papel-alumínio.

Observar e anotar a cor dos tubos antes da adição da suspensão ou lisado, Imediatamente após a adição da suspensão ou lisado de cloroplastos.

Expor os tubos 1, 2, 4 e 5 diretamente à luz solar (ou luz fluorescente branca de 15 W) durante 10 min. O tubo 3 deve permanecer totalmente protegido da luz com papel-alumínio.

Após 10 min, remover os tubos da fonte de luz, remover o papel-alumínio
do tubo 3, e IMEDIATAMENTE anotar a cor de todos os tubos. Desconsiderar a ligeira coloração esverdeada comum a todos os tubos causada pela
presença de clorofila.
Questões sugeridas:
A) Desenhe detalhadamente a estrutura do esquema Z com todos os componentes
da cadeia de transporte de elétrons, pontos de geração de ATP, NADPH.
B) Em quais tubos ocorre transferência de elétrons induzida pela luz? Explique.
C) Indicar em que ponto do esquema Z o 2,6-DCF atua, e qual o mecanismo?
D) Qual a função do ácido ascórbico?
E) Qual o efeito bioquímico do DIURON e onde ele atua na fotossíntese?
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2.6 Experimento III. Desacoplamento dos fotossistemas e dissipação de energia
Neste experimento utilizam-se capilares para retirar suspensão de cloroplastos
e lisado previamente estocados em gelo, para analisar o destino da energia de excitação
da clorofila na forma de fluorescência em ambas as preparações.
1. Com dois tubos capilares, puxar por capilaridade até ca de 2/3 do comprimento do
tubo com: (1) a suspensão de cloroplastos e (2) o lisado;
2. Selar a ponta dos tubos com chama do bico de Bunsen, tomando muito cuidado
para não aquecer as amostras líquidas;
3. Observar e anotar as propriedades ópticas (cor, opacidade) da suspensão e lisado
contra a luz branca;
4. Levar os capilares para o transiluminador de luz ultravioleta (360 nm) num local escuro, ligar a fonte de luz e observar o que acontece com a suspensão e o lisado.

O que é fluorescência?

Qual tubo capilar exibiu fluorescência? Por quê?

O que a fluorescência diz sobre a integridade dos fotossistemas? Explique?

Qual a relação entre o experimento I da reação de Hill usando o lisado de cloroplastos e este experimento da fluorescência?
2.7 Experimento IV. Efeito do herbicida Diuron na dissipação de energia por
fluorescência
Em seguida analisou-se o efeito do herbicida DIURON no processo de
transferência de energia nos fotossistemas intactos pela análise de fluorescência. Para
isto, utilizando micropipeta semi-automática, mistura-se em 4 microtubos de centrífuga
(1,5 mL) 90 µl de suspensão de cloroplastos e 10 µl de soluções aquosas com
concentrações crescentes (2-50 % massa/vol) do herbicida DIURON e incuba-se os tubos
a temperatura ambiente (22-25°C) por 10 min.
Em seguida retira-se com os capilares as suspensões controle e aquelas
tratadas com diferentes concentrações de DIURON, sela-se os tubos na chama do bico
de Bunsen, e leva-se os tubos para o transiluminador UV. Observar a intensidade da
fluorescência destes tubos e anotar as diferenças.
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a) Quais tubos exibem fluorescência?
b) Qual a diferença na fluorescência dos tubos?
c) Explique que relação existe entre a intensidade de fluorescência com a concentração do DIURON. Explique o mecanismo.
d) Qual a relação deste experimento com o experimento I de inibição de transferência de elétrons em cloroplastos intactos na presença de DIURON?
e) Que aplicações analíticas você prevê para a fluorescência da clorofila na análise da fotossíntese? Pesquisar na literatura o emprego da fluorescência da clorofila.
Manuseio de soluções contendo DIURON e descartes. O DIURON é um agente tóxico,
principalmente herbicida, que tem de ser manuseado com cuidado, usando luvas de
acrílico, e não pode ser descartado no meio ambiente. Os conteúdos líquidos dos tubos
de ensaio contendo DIURON, dada sua toxicidade, tem de ser descartados em
recipientes plásticos ou de vidro adequadamente rotulados com o nome do reagente,
volume e concentração aproximada.
3 Resultados esperados
Apresenta-se na Tabela 2 a preparação do ensaio da reação de Hill com
cloroplastos intactos e lisados e os resultados esperados.
Tabela 2.
Preparação do ensaio da reação de Hill com suspensão ativa e lisado de cloroplastos, sob
efeitos de iluminação e ausência de luz, e na presença do herbicida Diuron.
Tubo
1
Tampão
fosfato
(mL)
4,3
DCMU
50%
(mL)
2
4,3
0,5
0,1 (Suspensão)
Azul escuro
Incolor
(ligeiramente
esverdeado)
Azul escuro
3
4,3
0,5
Azul escuro
Azul escuro
4
5
4,1
4,3
0,1 (Suspensão)
(papel-alumínio)
0,1 (Suspensão)
0,1 (Lisado)
Incolor
(ligeiramente
esverdeado)
Incolor
(ligeiramente
esverdeado)
Azul escuro
Azul escuro
Azul escuro
Azul escuro
Azul escuro
Azul escuro
Azul escuro
0,2
2,6DCF
(mL)
0,5
Suspensão/lisado
cloroplastos (mL)
Cor inicial
Cor +
Extrato
Cor
10 min
0,1 (Suspensão) +
ácido ascórbico
Transparente
0,5
0,5
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3.1 Reação de Hill
Apresenta-se na Figura 2 e Tabela 2 os resultados esperados do primeiro
experimento, onde analisou-se a ocorrência da reação de Hill na presença de cloroplastos
intactos, e sua interrupção na ausência de luz, na presença de cloroplastos lisados e na
presença do herbicida Diuron.
No tubo 1, na presença de ácido ascórbico, observa-se que a intensa cor azul do
2,6-DCF prontamente desaparece, independentemente da presença de suspensão de
cloroplastos. No tubo 2, a cor é inicialmente azul escura, mas após exposição a luz
branca por 10 min a cor azul desaparece, com a solução tornando-se incolor. No tubo 3,
que ficou blindado da luz, a coloração após 10 min permanece azul escura. Nos tubos 4
(com Diuron) e 5 (com lisado) a cor também permanece azul escura. Nota-se que em
todos os tubos permanece uma suave coloração esverdeada, devido à presença de
clorofila tanto da suspensão quanto do lisado de cloroplastos, mas esta não deve ser
considerada, pois é comum a todos os tubos.
A presença de coloração esverdeada serve como confirmação da presença de
clorofila nas suspensões intactas e nos lisados, e que portanto as diferenças nos
experimentos não devem ser atribuídas a ausência de clorofila.
a
c
b
Figura 2. Reação de Hill: (a) coloração dos tubos
mediante adição do 2,6-DCF; (b) coloração após adição
da suspensão de cloroplastos ou lisado; (c); coloração
dos tubos após 10 min de exposição a luz.
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3.2 Dissipação de energia por fluorescência
Neste experimento, analisou-se o que acontece com o fluxo de energia
luminosa absorvida com cloroplastos intactos e com cloroplastos lisados, através da
fluorescência. Apresenta-se na Figura 3 a dissipação de energia por fluorescência em
cloroplastos lisados e sua ausência em cloroplastos intactos. Observa-se que o capilar I
com a suspensão intacta permanece escuro mediante irradiação de luz ultravioleta,
enquanto que o tubo II com lisado de cloroplastos emite intensa fluorescência
avermelhada. Eventualmente o tubo I pode apresentar ligeira fluorescência, o que indica
degradação dos cloroplastos resultante da preparação ou manuseio incorretos da
suspensão de cloroplastos.
Figura 3. Dissipação de energia por fluorescência de cloroplastos intactos e lisados: (A) suspensão de
cloroplastos e (B) lisado.
3.3 Efeito do herbicida Diuron na dissipação de energia.
Na Figura 4 apresenta-se o efeito de concentrações crescentes (10-50%) do
herbicida Diuron, na dissipação de energia por fluorescência em cloroplastos intactos.
Observa-se ausência de fluorescência no tubo capilar controle (Fig. 4A), e intensidades
crescentes de fluorescência conforme aumenta a concentração de Diuron (Fig.4 B-D).
Figura 4. Efeito de concentrações crescentes (massa/volume) do herbicida Diuron na fluorescência da
clorofila em suspensões de cloroplastos: (A) controle sem Diuron; (B) 1,0%; (C) 2,5% e (D) 5,0%. (Imagem
V.Viviani).
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4 Discussão
A presente aula prática tem sido aplicada com sucesso na disciplina de
Bioquímica para os cursos de Ciências Biológicas e Engenharia Florestal desde 2007. A
prática permite demonstrar o evento fotoquímico primário da fotossíntese, a transferência
de elétrons mediada pela luz, através da reação clássica de Hill, usando suspensões
ativas de cloroplastos, e a dissipação de energia de excitação das moléculas de clorofila
mediante desacoplamento ou inibição da transferência de elétrons através da
fluorescência. A reação de Hill já é bem conhecida e rotineiramente utilizada em aulas
práticas de fotossíntese [2].
A fotossíntese nas plantas resulta da eficiente conversão de energia luminosa em
energia química durante a fase clara, mediada por unidades funcionais chamadas de
fotossistemas I e II. Estes fotossistemas e o esquema Z da fotossíntese de transferência
de elétrons pelos fotossistemas pode ser visualizado no livro de Bioquímica de Nelson e
Cox [3]).
As moléculas de clorofila antena nas membranas dos tilacoides dos cloroplastos
absorvem luz UV/visível tornando-se eletronicamente excitadas e transferindo sua energia
por ressonância eletromagnética para outras moléculas de clorofila antena próximas [1-3].
A energia é transmitida por ressonância eletromagnética até a clorofila do centro de
fotoreação. Neste ponto a energia da clorofila excitada é transferida, desta vez na forma
de elétrons, para aceptores com maior potencial de redução da cadeia de transporte de
elétrons do esquema Z, até chegar ao citocromo b6F, via plastoquinona.
No primeiro experimento demonstrou-se a reação clássica de redução do reagente
de Hill usando 2,6-Diclorofenolindofenol como aceptor artificial de elétrons. Verificou-se
que a reação de redução do 2,6-DCF ocorre sem necessidade de luz no tubo 1 com ácido
ascórbico, um redutor natural; no tubo 2 a redução ocorre mediante iluminação; e nos
tubos 3 que foi blindado da luz, 4 em que foi adicionado o herbicida Diuron, e 5 em que
utilizou-se um lisado de cloroplastos em vez de cloroplastos ativos, não ocorre redução do
aceptor de elétrons. No tubo 1 o ácido ascórbico atua como redutor do 2,6-DCF.
No tubo 4, o Diuron atua como inibidor competitivo do complexo citocromo b6F em
relação a plastoquinona, interrompendo o fluxo de elétrons. A Figura 6 mostra a
semelhança estrutural da plastoquinona e do herbicida Diuron. Assim, este primeiro
experimento mostra as condições necessárias para que haja transferência fotoquímica de
elétrons para o reagente de Hill: energia luminosa, clorofila, uma cadeia de transporte de
elétrons intacta e funcional (fotossistemas acoplados) capaz de reduzir o 2,6-DCF. Na
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ausência de um destes requisitos (luz no tubo-3; aceptores de elétrons funcionais no tubo4; fotossistemas intactos tubo-5), a reação de redução do 2,6-DCF é interrompida.
Figura 6. Estrutura da plastoquinona e do herbicida Diuron (extraído de Nealson e Cox [3]).
No experimento II, demonstra-se a destino da energia absorvida pelas clorofilas
quando os cloroplastos estão intactos e quando são lisados. Nos cloroplastos intactos,
verifica-se que a energia luminosa é absorvida (a suspensão permanece escura na
presença de luz violeta/ultravioleta demonstrando a absorção quase integral de luz).
A partir da comparação do tubo 2 e 3 do experimento I com este experimento II,
conclui-se que a energia da absorção de luz na suspensão de cloroplastos intactos é
canalizada para impulsionar elétrons para o aceptor 2,6-DCF que se torna reduzido
(incolor). Entretanto, no lisado de cloroplastos, embora a luz ainda seja absorvida pelas
moléculas de clorofila, esta energia é dissipada novamente na forma de luz
(fluorescência) na ausência de aceptores de elétrons próximos.
O processo de fluorescência não deve ser confundido com reflexão da luz, no
qual a luz é refletida no mesmo comprimento de onda da luz absorvida (a mesma
frequência), ou com a cor que é o resultado da absorção diferencial de luz de diferentes
comprimentos de onda.
Na fluorescência a energia luminosa é absorvida pela molécula, que se torna
eletronicamente excitada, e é novamente liberada na forma de luz, mas de energia menor
(frequência menor ou comprimento de onda maior), devido a perda de parte desta energia
na forma de vibração molecular ou calor.
Nos cloroplastos lisados, a clorofila ainda está presente, como pode ser
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atestado pela coloração verde-escura da solução. Entretanto a clorofila não está mais
associada em complexos protéicos transportadores de elétrons na membrana do tilacóide,
mas solubilizada.
Para que haja transferência de energia de excitação por ressonância de uma
molécula de clorofila antena para outra, as moléculas de clorofila devem estar a não mais
de um raio de 15 Å de distância, para que os orbitais eletrônicos das duas moléculas
doadora e aceptora de energia se sobreponham.
Além disto, para que haja a transferência efetiva de elétrons da molécula de
clorofila excitada do centro de fotorreação para o primeiro aceptor de elétrons da cadeia
de transporte do esquema Z, estas moléculas também têm de estar muito próximas e
intimamente acopladas.
Assim, na ausência de moléculas de clorofila próximas para transferir a energia
por ressonância, e na ausência de acoplamento com aceptores de elétrons próximos, as
moléculas de clorofila apesar de ainda absorverem a energia luminosa, tornando-se
excitadas, perdem sua energia de excitação novamente na forma de luz e calor.
Dessa forma, no experimento I e II verifica-se que durante a absorção de luz em
cloroplastos intactos a energia luminosa é eficientemente canalizada para a geração de
um fluxo de elétrons para o aceptor artificial 2,6-DCF por um caminho escuro
(fotoquímica), como evidenciado na Fig.3, enquanto que no desacoplamento dos
fotossistemas, ou na presença de um inibidor da cadeia de transporte de elétrons, a
energia não pode ser mais canalizada para geração de um fluxo de elétrons, sendo
dissipada novamente na forma de luz (fluorescência avermelhada) e calor (evidenciado
pela diferença de energia da luz absorvida na região do ultravioleta/azul e da energia da
luz visível emitida como fluorescência avermelhada), evidenciando os destinos III e IV.
Finalmente, no experimento III, verifica-se que na presença do herbicida Diuron,
também não ocorre transferência de elétrons, e a energia de excitação neste caso
também é liberada na forma de luz. Neste caso as clorofilas entram num ciclo de
excitação/ desexcitação (fluorescência) contínuo, sem transferência efetiva de elétrons,
resultando na fluorescência observada.
Verifica-se ainda uma aplicação prática da fluorescência da clorofila:
aumentando a concentração de Diuron nas suspensões de cloroplastos aumenta a
intensidade da fluorescência emitida, demonstrando um efeito dose/resposta. Este
aumento de fluorescência dependente da concentração de Diuron, evidencia uma
utilidade prática da intensidade de fluorescência como parâmetro analítico para monitorar
o bom funcionamento dos fotossistemas em organismos vegetais [5].
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No conjunto, estes três experimentos mostram quatro destinos fotofísicos e
fotoquímicos possíveis das moléculas de clorofila eletronicamente excitadas pela luz na
fotossíntese: (I) transferência de energia entre as moléculas de clorofila. Nos cloroplastos
intactos, nem todas as moléculas de clorofila que absorveram a luz transferem elétrons,
assim as moléculas de clorofila antena devem passar a energia de excitação umas para
as outras; (II) fotoquímica, por meio da reação clássica de Hill de transferência de elétrons
para o 2,6-DCF, atestada nos tubos 2 e 3 do experimento I; (III) a dissipação de energia
na forma de fluorescência quando a clorofila encontra-se desacoplada dos fotossistemas
e quando a transferência de elétrons é inibida pelo herbicida DIURON nos fotossistemas e
(IV) dissipação de energia na forma de calor, atestada pela frequência ou comprimento de
onda da luz emitida na fluorescência (avermelhada) que é de menor energia da luz
absorvida (UV/azul). Esta diferença de energia entre a frequência de luz absorvida e
emitida é perdida na forma decaimento térmico através de vibrações moleculares.
Resumindo, esta aula demonstra os princípios fotofísicos e fotoquímicos
subjacentes a fotossíntese e a outros processos fotobiológicos. Além disto, a aula introduz
a propriedade da intensidade de fluorescência como um importante parâmetro analítico
para monitorar o bom funcionamento dos fotossistemas em cloroplastos e organismos
fotossintéticos.
A fluorescência da clorofila de fato vem sendo utilizada para monitorar o
funcionamento de organismos, comunidades e ecossistemas fotossintéticos. Um bom
exemplo disto é a atual análise de produção de biomassa por plâncton marinho através de
análise de fluorescência via satélite ou a análise de fluorescência em campo por
fluorímetros portáteis [5].
5 Impacto no ensino-aprendizado
Nesta aula prática os estudantes são expostos a princípios fotofísicos e
fotoquímicos subjacentes ao processo de fotossíntese. A reação clássica de Hill já é
corriqueiramente utilizada para demonstrar o evento fotoquímico da fotossíntese, a
transferência de elétrons mediada pela luz em cloroplastos intactos.
Nesta aula prática, além da reação clássica de Hill, o estudante tem a
oportunidade de visualizar outros eventos fotofísicos importantes para o processo da
fotossíntese, especialmente a dissipação de energia por fluorescência da clorofila quando
a transferência de elétrons é interrompida por desacoplamento dos fotossistemas ou pela
inibição pelo herbicida Diuron.
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Assim, o aluno adquire uma compreensão básica sobre os destinos
fotoquímicos e fotofísicos da energia nos fotossistemas, sendo exposto aos conceitos de:
(1) estados eletronicamente excitados; (2) transferência fotoquímica de elétrons; (3)
transferência de energia por ressonânica eletromagnética e (4) fluorescência, tão
importantes para explicar a fotossíntese e outros processos fotobiológicos. Além disto, o
estudante é introduzido ao uso do parâmetro “intensidade de fluorescência” como
ferramenta bioanalítica para monitorar a eficiência do processo fotossintético em plantas e
comunidades vegetais.
A presente aula demonstra os princípios fotofísicos e fotoquímicos da fotossíntese
através da reação de Hill usando cloroplastos intactos, e a dissipação de energia por
fluorescência mediante o desacoplamento dos fotossistemas, ou inibição dos mesmos por
herbicidas como Diuron, introduzindo a fluorescência como parâmetro analítico para
monitorar o funcionamento de fotossistemas em plantas e comunidades fotossintéticas.
A aula pode ser aplicada em cursos superiores de ciências básicas como física,
química e ciências biológicas, bem como em cursos aplicados como engenharia florestal,
engenharia agronômica e ambiental.
Referências
[1] Brennan T. Basic Photossynthesis. Photobiology 2008. [acesso em: 01 ago 2015]. Disponível em:
http://www.photobiology.info/Brennan.htm
[2] Fork, DC. Photosynthesis. In: Smith KC. (editor) The Science of Photobiology. Ney York: Plenum
Publishing; 1977. p. 329-369.
[3] Nelson DL, Cox M. Princípios de Bioquímica de Lenhinger. 5o ed. Porto Alegre: Sarvier-Artmed; 2009.
[4] Loreto ELS, Sepell. LMN. Fluorescência da Clorofila, Orbitais e Fotossíntese: atividades práticas
integrando conceitos de Química, Física e Biologia. REB [periódicos na internet]. 2013 [acesso em: acesso
em: 01 ago 2015];11(1):25-36. Disponível em:
http://bioquimica.org.br/revista/ojs/index.php/REB/article/view/254.
[5] Minagawa J. Recent Progress of Bio/Chemiluminescence and Fluorescence analysis in photosynthesis.
Kerala: Research Signpost; 2007. p. 150-174.
Agradecimentos
A Gabriela Oliveira, Mariele Carvalho e Vanessa Bevilaqua (UFSCar) pela
assistência técnica durante a implementação desta aula, à Rogilene Prado (UFSCar) pela
revisão do texto, e à Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
e CNPq pelo suporte financeiro.
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V.14, N.1 / 2016
Submitted in: 19/09/2015
Published in: 20/06/2016
Apresentação de resultados de pesquisa científica como estratégia para
aumentar o interesse dos alunos em fisiologia
Presentations of scientific research results as a strategy to increase the interest of students in physiology
Caroline Dalla Colletta Altermann1, Alexandre Garcia1, Pâmela Mello-Carpes1*
1
Physiology Research Group, Federal University of Pampa, Uruguaiana, Rio Grande do Sul, Brazil
Support: Brazilian Physiological Society (Sociedade Brasileira de Fisiologia – SBFis)
Abstract
In the search for strategies to arouse the interest of undergraduate students in science, it was proposed the project
"Colloquiums in Physiology" in order to disseminate and discuss scientific discoveries and improve the students’ interest in Physiology. This work aimed to verify the perception of participants about the impact of this activity. The
activity included lectures throughout the semester and at the end of each lecture, a questionnaire was applied to
listeners. Among the 171 students who answered the questionnaire, 81% (n=139) considers that this proposal increased their interest in physiology, 96% (n=164) believes that it is an important activity and achieved its goal of
promote science disclosure, and 83% (n=142) stated that the project promotes interaction between research,
teaching and outreach activities. Thus, it highlights the importance of this type of event for the academic formation.
Keywords: Human Physiology; education; lectures.
Resumo
Na busca por estratégias que despertem o interesse de acadêmicos pela ciência, foi proposto o projeto “Colóquios
em Fisiologia” com o intuito de disseminar e discutir novas descobertas científicas e melhorar o interesse dos estudantes pela fisiologia. Este trabalho objetivou verificar a percepção dos participantes acerca do impacto desta atividade. A atividade contou com palestras ao longo do semestre e ao final de cada uma foi aplicado um questionário
aos ouvintes. Dentre os 171 alunos que responderam ao questionário, 81% (n=139) considera que esta proposta
aumentou o seu interesse em fisiologia, 96% (n=164) acredita que esta é uma atividade importante e atingiu seu
objetivo de promover a divulgação da ciência, e 83% (n= 142) afirmou que o projeto promove a interação entre
pesquisa, ensino e extensão. Assim, destacamos a importância da realização deste tipo de evento para a formação acadêmica.
Palavras-chave: Fisiologia Humana; educação; palestras.
Educational Innovation: Presentations of scientific research results as a strategy to increase the interest of
students in physiology
Ficha da atividade desenvolvida
Título
Colóquios em Fisiologia
Público alvo
Acadêmicos dos cursos da área saúde e biológicas
Disciplinas
relacionadas
Fisiologia Humana, Bioquímica, Anatomia Humana, Fisiologia do Exercício,
Biomecânica, Biologia Geral, entre outras.
Objetivos
educacionais
Despertar nos discentes o interesse por diferentes assuntos relacionados à
Fisiologia Humana por meio da apresentação de novidades científicas
resultantes de pesquisas científicas; proporcionar aos acadêmicos uma
atividade extraclasse que colabore para sua formação.
Justificativa
de uso
Trata-se de uma estratégia de ensino por meio da realização de palestras
educacionais como forma de garantir mais oportunidades aos acadêmicos
considerando que o processo de formação profissional deve ser contínuo e
acompanhar as inovações científicas.
Conteúdos
trabalhados
Fisiologia da memória, doenças neurodegenerativas e novas descobertas
científicas na área de fisiologia.
Duração
estimada
1h e 30min.
20/06/2016
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1 Introdução
Atualmente se faz necessário encontrar estratégias para motivar os alunos, mostrar
a eles que a aprendizagem é um processo contínuo e que a curiosidade é a ferramenta
para buscar novas informações que vão além do plano curricular [1]. A aprendizagem
ativa sugere a necessidade de o aluno construir sua própria compreensão e tem se
mostrado como um modelo que garante e capacita o aluno para o domínio dos conteúdos
curriculares, além de melhorar sua capacidade de resolver problemas [2].
Neste contexto devem-se considerar as transformações da sociedade
contemporânea, transformações estas que têm colocado em questão os aspectos
relativos à formação profissional e à busca por informações; assim, se fazem necessárias
novas formas de construir o conhecimento.
Neste sentido, a análise sobre a aprendizagem das ciências tem contribuído para
obtenção de melhores práticas educativas e há uma constante busca por métodos
inovadores que possam ser usados como auxiliares para a educação atual [3, 4], e,
assim, promover a utilização de ferramentas diferentes, visando estimular novas formas
de pensar e aprender. Além das aulas teóricas expositivas, algumas disciplinas, como a
fisiologia incluem aulas práticas em seu currículo acadêmico. Estas aulas contribuem para
o desenvolvido da aprendizagem e trazem a possibilidade de melhorar a compreensão
dos conteúdos por meio da experimentação e verificação de fenômenos e processos. No
entanto, novas legislações e questões éticas e filosóficas têm levado a uma gradativa
diminuição de práticas que utilizam experimentação animal em sala de aula. Com isso os
educadores enfrentam o desafio de procurar métodos alternativos para garantir a
qualidade do ensino.
A Fisiologia Humana estuda as funções biológicas dos diferentes órgãos e
sistemas corporais, ou seja, como funciona o nosso organismo, sendo a introdução para
disciplinas profissionalizantes [5] e pode ser considerada uma disciplina complexa e em
constante transformação [4]. Ela está inserida no plano curricular de todos os cursos das
áreas da saúde e ciências biológicas e estuda os mecanismos fisiológicos fundamentais
para manutenção da homeostasia, sendo relacionada a outras disciplinas básicas do
currículo, tais como bioquímica, farmacologia, genética, entre outras, o que permite que
os alunos, futuros profissionais, estejam aptos a entender, interpretar e enfrentar
diferentes situações clínicas na sua trajetória profissional.
Considerando a importância do estudo da fisiologia e a dificuldade de compreensão
e desinteresse muitas vezes observados nos estudantes, os docentes acabam por buscar
20/06/2016
91
estratégias para motivar e melhorar o ensino. Nos últimos anos, têm-se buscado novas
estratégias de informação a serem aliadas às práticas de ensino tradicional, de forma a
colaborar com o desenvolvimento do pensamento crítico e reflexivo dos discentes [2, 6].
Para isso, têm sido utilizadas aulas práticas, que possibilitam a experimentação e
interação entre os alunos [4], além de outras ferramentas, como as tecnologias de
informação e comunicação (TICs). Um exemplo é a fisiomídia, um tutorial hipermídia
desenvolvido para auxílio do ensino da disciplina de Fisiologia [7], modelos
computacionais de ensino e/ou jogos [8], entre outras estratégias que contribuem para
facilitar o aprendizado e compreensão da fisiologia [9, 10].
Um dos aspectos importantes a se considerar na busca por melhorias no ensino de
fisiologia é que esta ciência, assim como a maioria das ciências experimentais, está em
constante transformação, mudando à medida que novas pesquisas são realizadas e
divulgadas e, desta forma, agregando novos conhecimentos. Neste contexto, a pesquisa
aliada ao estudo teórico torna-se um facilitador do aprendizado [11], e discutir a pesquisa
científica na área da fisiologia, relacionando-a aos conhecimentos já consolidados nos
livros didáticos de fisiologia, permite que os estudantes percebam que ainda há muito que
entender e compreender, e que não existem verdades incontestáveis.
Diante desta busca por estratégias de ensino diferenciadas e motivadoras, é
importante considerar, também, que os alunos que ingressam na graduação,
especialmente naqueles cursos pertencentes à área da saúde, devem ser instigados a
questionar, a pesquisar e a aprofundar seus conhecimentos [12]. Assim, a tríade ensinopesquisa-extensão ganha destaque no contexto universitário, visto que eventos científicos
envolvendo os acadêmicos são uma oportunidade para disseminar e discutir novidades
da ciência e podem ser considerados como uma ferramenta extraclasse importante para
despertar o interesse dos estudantes. Para contemplar essa demanda, propomos uma
atividade com o objetivo de estimular o interesse dos estudantes de fisiologia em
conhecer pesquisas na área e entender sua relação com o conteúdo presente nos livros
didáticos e abordado nas aulas.
O projeto, intitulado “Colóquios em Fisiologia”, contou com palestras públicas para
divulgação, popularização e discussão de temáticas relacionadas à fisiologia e suas
subáreas, divulgando resultados de pesquisas científicas e sua aplicabilidade no
cotidiano. O presente artigo tem por objetivo relatar esta ação e verificar a percepção dos
estudantes participantes sobre o impacto dos Colóquios em Fisiologia no seu interesse
pela fisiologia e conhecimento na área e temas correlatos.
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2 Procedimentos e recursos
O projeto de extensão “Colóquios em Fisiologia” é realizado semestralmente, com
uma média de duas edições/semestre. O formato do evento permite que sejam realizadas
palestras expositivas dialogadas de aproximadamente 1 h e 30 min seguidas de um momento de discussão sobre o tema abordado, proporcionando a atualização e debate de
assuntos relacionados à fisiologia. Este modelo visa à apresentação do assunto com a
contextualização do tema considerando o conhecimento prévio dos acadêmicos, incluindo
novidades científicas no que refere a pesquisas realizadas pelo pesquisador/palestrante
convidado e por outros cientistas da área. Questionamentos e discussão do assunto junto
aos estudantes podem ocorrer durante a palestra ou ao final da mesma, sendo mediada
pelo palestrante.
Desde o início de 2014 foram realizadas 8 edições dos Colóquios, todas com convidados externos à universidade, abordando diferentes temas de discussão como descrito
no Quadro 1.
Quadro 1. Temas abordados nos Colóquios em Fisiologia desde 2014.
Título do Colóquio
Número de participantes
Estresse pré-natal e repercussões sobre o desenvolvimento do Sistema Nervoso
67 participantes
Participação do Sistema Histaminérgico na consolidação e na reconsolidação da
37 participantes
memória espacial em ratos
Experimental treatment to prevent neurocognitive impairment in AD mice/Tratamento 61 participantes
experimental para prevenir o déficit neurocognitivo em camundongos com doença
de Alzheimer (convidado internacional)
Farmacologia da memória
35 participantes
The brain: A few of its triks / O cérebro: um pouco sobre seus truques (convidado
42 participantes.
internacional)
Hemorragia Intracerebral: Mecanismos e terapias
26 participantes.
Estresse Oxidativo induzido por metais: Efeitos no sistema cardiovascular e
38 participantes
reprodutor
Como puede la ciencia avanzar a traves de la gastronomia / Como a ciência pode 40 participantes
progredir através da gastronomia (convidado internacional)
Total de participantes
346
Média de participantes por edição
44
O público-alvo são acadêmicos dos diferentes cursos de graduação da instituição
(Fisioterapia, Enfermagem, Educação Física, entre outros) e alunos de pós-graduação
(mestrado e doutorado), no entanto a participação é aberta a toda comunidade. Cada colóquio é amplamente divulgado na Universidade por meio de cartazes e mídia eletrônica
utilizando redes sociais que os alunos têm acesso e o site da Universidade. Todas as edições são gratuitas e após a realização um certificado é enviado aos participantes.
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Ao final das palestras foi aplicado um questionário anônimo incluindo questões fechadas/objetivas e abertas para obter a opinião dos participantes acerca do projeto. A participação na avaliação foi voluntária e um total 171 alunos (22,91 ± 5,44 anos) respondeu
ao questionário. Os resultados foram analisados e os resultados são apresentados na forma de porcentagem. As respostas abertas mais representativas da opinião geral dos participantes também são apresentadas e discutidas na próxima sessão.
3 Resultados e Discussões
As edições dos Colóquios em Fisiologia contaram com a participação de acadêmicos de graduação e pós-graduação de diferentes cursos da instituição. Verificou-se que
81% (n=139; Figura 1A) dos participantes que responderam ao questionário considera
que esta proposta aumentou o seu interesse em fisiologia.
Despertar o interesse dos alunos é um desafio para qualquer disciplina; atividades
como a proposta podem representar uma oportunidade para um maior engajamento no
ambiente acadêmico e, assim, promover nos alunos a curiosidade científica e o interesse
por diferentes assuntos por meio da troca de ideias. O estudo da fisiologia não é exceção,
e, às vezes, surgem dificuldades de aprendizado em determinados assuntos e precisamos recorrer a diferentes estratégias de ensino-aprendizagem para favorecer o estudo e
aprendizado dos alunos, logo, atividades extracurriculares são ferramentas que podem
melhorar a motivação dos acadêmicos e auxiliam o estabelecimento de conexões com a
prática profissional.
Estudos prévios utilizando estratégias semelhantes a aqui proposta, na forma de
oferta de seminários e/ou palestras extra-classe, também encontraram resultados positivos. Em dois destes estudos palestras com profissionais da saúde buscaram contextualizar a presença da fisiologia no cotidiano profissional, e, com isso, promoveram maior interesse dos alunos na fisiologia, facilitando seu aprendizado. Outro estudo promoveu ciclos
de apresentação e discussão de artigos científicos na área de neurofisiologia, articulando,
assim, a integração entre ensino, pesquisa e extensão.
Verificou-se também que 96% (n=164; Figura 1B) dos participantes acredita que o
projeto é uma atividade importante e atingiu seu objetivo de promover a divulgação e
popularização da ciência. Este é um aspecto relevante do projeto, já que a trajetória
acadêmica não deve estar limitada as atividades curriculares, o que implica que os
estudantes busquem uma educação superior mais abrangente e não somente um
caminho unidirecional. A divulgação científica, além de importante para uma formação
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acadêmica completa, também é uma forma interessante de promover o interesse dos
estudantes pelos conteúdos relacionados à ciência. Estudos prévios demonstram que
envolver estudantes de graduação em atividades de divulgação e popularização da
ciência contribui para seu aprendizado e desenvolvimento acadêmico.
Figura 1. Resultados da avaliação das atividades pelos participantes.
Quando questionados se este formato de evento consegue promover a interação
entre pesquisa, ensino e extensão, a maioria dos participantes, 83% (n= 142) afirmou que
sim (Fig 1C). Esta interface é importante para proporcionar aos acadêmicos uma oportunidade de ampliar seus conhecimentos, e, assim, tornar-se mais crítico e perceber as diferentes oportunidades e atuações que o profissional pode exercer. A universidade prevê a
atuação docente e discente na tríade ensino-pesquisa-extensão, mas ainda é preciso in-
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centivar os alunos a vivenciar a inter-relação entre estes aspectos, e estratégias envolvendo seminários e palestras com apresentação de dados e artigos científicos mostraramse efetivas neste trabalho e em trabalhos prévios. Corroborando com Santos, que considera fundamental para a formação dos acadêmicos a participação em atividades fora da
sala de aula: projetos de iniciação científica, atividades de monitoria e eventos científicos,
o formato dos Colóquios aqui proposta pode ser considerado uma opção viável e interessante para contemplar esta tríade, contribuindo para a formação profissional e cidadã,
despertando o senso indagativo e possibilitando maior interação entre palestrantes convidados e a comunidade acadêmica participante.
Quando solicitados a comentar sobre o aproveitamento das palestras, os estudantes participantes consideraram:
“Muito interessante (a palestra) e tema muito bem abordado. Gostei e vou participar
das próximas edições.”
“Muito interessante, principalmente para o acadêmico que pretende seguir carreira
de pesquisador.”
“Com a palestra foi possível ter um bom aproveitamento do tema, com certeza
colaborou para minha formação acadêmica.”
“O Colóquio é muito importante para o melhor entendimento de estruturas do
Sistema Nervoso Central.”
“Palestra muito boa, com exemplos práticos e de forma simples.”
“Excelente. Proporcionou a construção de novos conhecimentos utilizando
linguagem clara, proporcionando a reflexão dos assuntos abordados.”
“Ótima palestra, explicações que interligaram o conteúdo já estudado em sala de
aula com pesquisas científicas e o cotidiano profissional.”
“Ótima oportunidade de interação com pesquisador de outra instituição.”
“Uma oportunidade para ampliar o conhecimento, trocar ideias e assim melhor
nossa formação.”
Por fim, foi solicitado que os participantes atribuíssem uma nota para cada edição.
A nota média obtida foi 8,83 ± 1,04, o que demonstra um bom aproveitamento e aceitação
deste formato de evento. Ao final de cada palestra ocorreram discussões pertinentes sobre o tema, técnicas e novas perspectivas de pesquisa, o que vai ao encontro do objetivo
da proposta.
Observou-se que a partir desta interação entre palestrante e ouvintes surgiram possíveis redes de colaboração entre pesquisadores e estudantes visando o desenvolvimento
de futuros projetos em parceria ou aperfeiçoamento de alunos de iniciação científica e
pós-graduação em outros laboratórios ou departamentos. Estas possibilidades são uma
importante conexão para a implantação de novas técnicas e o desenvolvimento de novas
pesquisas científicas.
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Os resultados observados permitem concluir que a presente proposta atingiu o
objetivo inicial, aumentando o interesse dos estudantes em fisiologia e temas correlatos.
Acreditamos que esta estratégia pode ser usada em diferentes contextos e torna-se uma
forma de agregar conhecimento, sendo uma estratégia acessível, de simples execução e
que contribui para facilitar o processo ensino-aprendizagem.
Neste contexto, os eventos científicos são um facilitador para se estabelecer relações entre pesquisadores, onde é possível ocorrer contatos específicos e úteis para o
aperfeiçoamento, sendo, também, um meio eficiente para conexão e articulação de novas
descobertas, além de, ser uma estratégia para melhorar o ensino e oportunizar aos acadêmicos novos conhecimentos.
Referências
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tradicionais – aspectos adicionais. Revista da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, 2014. 47(3): p.
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mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014.
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problemas no ensino de logística e transportes. Ensino em Tansportes, 2012. 20(3): p. 79-88.
[4] Rezende-Filho, F.M., et al., A student-centered approach for developing active learning: the construction
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alunos e as suas concepções de ciência e cientista. Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias,
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Computer Science, 2004. 3(2): p. 1-7.
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[9] Lara, M.V., et al., Objetos De Aprendizagem Como Coadjuvantes Do Processo De Ensino-Aprendizagem
De Fisiologia Humana. Revista de Ensino em Bioquímica, 2014. 12(1): p. 34-47.
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Experiência. Revista Brasileira de Educação Médica, 2012. 36(1): p. 137-142.
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sobre o tema Biologia Celular. Revista de Ensino em Bioquímica, 2015. 13(1): p. 27-44.
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Ensino E A Pesquisa Na Educação Superior. Revista Conexão UEPG, 2012. 8(2): p. 154-163.
Agradecimentos
Os autores agradecem a todos os acadêmicos pela participação nas palestras, bem como à
Sociedade Brasileira de Fisiologia (SBFis) pelos recursos concedidos por meio do Programa de Auxilio a
Organização de Eventos.
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V.14, N.1 / 2016
Published in:21/06/2016
REB in the School
Fisio card game: um jogo didático para o ensino da fisiologia na educação
básica
Fisio card game: an educational game for physiology teaching in basic education
Tarcila de Araújo Alves1, Lucas de Souza Falcão1, Aline Tatiane Souza1, Thaís Santiago do Amaral1, Sheila Pereira
de Lima1, Thaís Billalba Carvalho2*
Universidade Federal do Amazonas – Curso de Ciências Biológicas
Universidade Federal do Amazonas – Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Ciências Fisiológicas,
Laboratório de Fisiologia Animal
1
2
Resumo
O ensino de fisiologia apresenta dificuldades em dois pontos importantes: 1. a fragmentação do estudo dos
sistemas biológicos, que dificulta a visão da integração sistêmica e do funcionamento do organismo; e 2. a
dificuldade que os estudantes apresentam para memorizar as estruturas anatômicas e suas funções. Esses dois
aspectos afastam o interesse dos alunos em aprender os conteúdos de fisiologia e, neste contexto, apresentamos
o Fisio card game. Este jogo consiste na formação de grupos de cartas com relação fisiológica que objetiva
aumentar a visão integrada entre os sistemas biológicos e auxiliar na memorização de termos encontrados neste
conteúdo. Após a elaboração, o referido jogo didático foi aplicado para estudantes do terceiro ano do ensino médio
e foram respondidos questionários que indicam que o jogo pode auxiliar nos dois pontos já citados e, portanto,
pode ser usado como um facilitador no processo de ensino/aprendizado por despertar interesse nos alunos.
Palavras-chave: Morfofisiologia; Jogo Lúdico; Integração Sistêmica.
Abstract
The physiology teaching struggles in two major points: 1. the study of biological systems in fragmented pieces,
making harder to build an integrated systemic and functioning view of the organism; and 2. the difficulty presented
by students in memorizing anatomic structures and to match them with their functions. These two aspects
decrease students’ interest in learning physiology subjects, and in this context we present the Fisio card game.
This game consist in grouping cards showing physiological relationship, aiming to enhance the integrated view
among biological systems, and to assist the memorization definitions related to this content. Fisio card game was
field tested with senior high school students’ who answered a survey about how the game can help these two
points already mentioned, being a facilitator in the teaching/learning process to engage students.
Keywords: Morphophysiology; Playfulness game; Systemic integration.
Ficha da atividade
Título
Fisio card game: um jogo didático para o ensino da fisiologia na educação
básica.
Público alvo
Alunos do terceiro ano do ensino médio.
Disciplinas
relacionadas
Ciências, Biologia e Educação Física.
Objetivos
educacionais
Estimular o discente a relacionar de forma integrada a estrutura e o
funcionamento dos sistemas do corpo humano ajudando-o na fixação de nomes
necessários para o entendimento do conteúdo e para ter uma visão integradora
sobre os sistemas fisiológicos.
Justificativa
de uso
Em geral, os alunos do ensino médio apresentam dificuldades para visualizar os
processos fisiológicos de modo integrado. Diante do exposto, elaboramos um
jogo didático que tem por objetivo estimular os discentes a pensar em sistemas
fisiológicos e integração por meio da competitividade.
Conteúdos
trabalhados
Sistema Endócrino, Sistema Sensorial, Sistema Nervoso, Sistema Reprodutor,
Sistema Renal, Sistema Respiratório, Sistema Digestório e Sistema Circulatório.
Estimativa de
duração
25 minutos
Materiais
utilizados
Folhas de papel A4 para impressão das cartas, tinta para impressão colorida,
papel casca-de-ovo/cartão para base das cartas, cola branca e tesoura.
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1 Introdução
O ensino de fisiologia na educação básica costuma ser dividido em sistemas
biológicos com o objetivo de facilitar sua aprendizagem, contudo, tal escolha pode ter o
efeito contrário, pois essa abordagem distorce a integração do organismo levando o aluno
a pensar nos processos funcionais de maneira fragmentada, o que gera dificuldades para
a sua compreensão [1]. Além disso, a dificuldade na memorização de estruturas
anatômicas afeta diretamente o ensino da fisiologia, pois, sem este conhecimento, o aluno
não consegue compreender o funcionamento dos sistemas.
De fato, o ensino de Ciências tem por objetivo estimular a construção de um
aprendizado significativo que supere apenas a memorização de nomes, regras e leis,
porém, para que isso ocorra é fundamental que o estudante identifique no mínimo a
nomenclatura utilizada na disciplina [2]. Além disso, devem ser desenvolvidas
competências e habilidades definidas pelo MEC, tais como: Compreender interações
entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana,
relacionando conhecimentos científicos, aspectos culturais e características individuais;
Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção
do equilíbrio interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros; e
Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em
qualquer nível de organização dos sistemas biológicos [3].
Barbão e Oliveira [4] mostraram que alunos de ensino médio de escolas públicas
apresentam dificuldade de conceituação e/ou compreensão dos termos da Biologia. No
entanto, para que se compreenda a fisiologia é de suma importância o conhecimento
sobre o nome e localização de estruturas e órgãos relacionados, o que permitirá a visão
integrada do funcionamento do organismo.
A motivação do aluno também tem um papel fundamental na aprendizagem
significativa, pois esta requer que o agente se interesse pelo assunto. A motivação pode
ser entendida como o que inicia e move as ações de um indivíduo [5, 6]. Atualmente,
existem muitas inovações tecnológicas como animações, jogos digitais, cartas ou de
perguntas e respostas além de técnicas como a dramatização ou outras dinâmicas de
grupo que visam estimular a aprendizagem dos alunos. Os recursos didáticos
motivadores, como os jogos didáticos, são ferramentas fundamentais para a aquisição de
conhecimento e a adoção de tais inovações na prática docente deve ser considerada
quando se tem por objetivo a apropriação de conhecimento por parte do discente [7, 8].
Os jogos didáticos se mostram uma estratégia com grande potencial para a
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facilitação do processo ensino/aprendizagem, uma vez que podem estimular o interesse
dos alunos [9, 10]. Cunha [11] afirma que jogos didáticos são produzidos para
determinadas aprendizagens e diferenciam-se de outros materiais pedagógicos por
envolverem o aspecto lúdico, sendo utilizados como alternativa para a aprendizagem de
conteúdos de difícil compreensão [12].
Vários objetivos podem ser considerados durante a utilização dos jogos didáticos,
tais como: o desenvolvimento da inteligência e da personalidade, que são fundamentais
para a construção de conhecimentos; o desenvolvimento da sensibilidade, que atua no
sentido de estreitar laços de amizade e afetividade; a socialização; o envolvimento da
ação e do desafio e a mobilização da curiosidade e a criatividade [13]. Além disso, as
atividades lúdicas permitem trabalhar a ansiedade, testar os próprios limites, aumentar a
segurança e a autoestima, o desenvolvimento da autonomia, o aprimoramento da
coordenação motora, o aumento da concentração e da atenção e estimular a ampliação
do raciocínio lógico, de estratégias e da criatividade [13, 14].
Diante do exposto, os jogos lúdicos instigam o aluno a aprender de forma interativa
e dinâmica, favorecendo a construção do processo de aprendizagem a partir da
associação de conhecimentos prévios com o cotidiano. Neste contexto, o professor
apresenta papel fundamental como condutor, estimulador e avaliador da aprendizagem
[15, 16]. De acordo com Campos e colaboradores [12], o jogo lúdico possibilita a
aproximação dos alunos ao conhecimento científico, pois os leva a uma vivência, ainda
que virtual, de problemas ou conceitos abstratos ou de difícil associação com a realidade
dos estudantes.
Considerando que os conceitos sobre os sistemas e suas funções são abordados
de maneira dissociada durante o ensino médio, o uso de jogos para a compreensão e
fixação de conteúdos de fisiologia se mostra uma alternativa válida e de fácil execução.
Assim, elaboramos um jogo didático que tem por objetivo esclarecer e tornar mais
evidente os conceitos estruturais básicos de forma a proporcionar ao aluno uma visão
integrada da fisiologia.
2 Material e Métodos
2.1 Elaboração do jogo
O Fisio card game foi elaborado durante a disciplina Prática como Componente
Curricular em Fisiologia Humana ministrada para o curso de Licenciatura em Ciências
Biológicas da Universidade Federal do Amazonas. Durante a elaboração do referido jogo
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foi possível verificar as diferenças entre os assuntos abordados na educação básica e os
conteúdos ministrados na graduação. Assim, o exercício de avaliar os livros didáticos de
ensino médio e a experiência prática na conversão do conteúdo de fisiologia para um jogo
lúdico foi muito proveitosa, pois evidenciou a relação direta e a importância da
participação do aluno e do professor no processo de ensino e aprendizagem. Além disso,
todo o processo de teorização do jogo até a confecção das cartas, sua aplicação em sala
de aula e análise de resultados demonstraram a necessidade de buscar alternativas
metodológicas que estimulem a problematização e a contextualização para o ensino de
conceitos básicos e que contribuam para a construção do conhecimento.
2.2 Confecção e recursos utilizados
O jogo Fisio card game é constituído por 56 cartas divididas em oito categorias:
sistema nervoso, sensorial, respiratório, circulatório, endócrino, digestório, renal e
reprodutor, tendo ainda oito cartas adicionais de hormônios e três cartas coringas. Cada
sistema possui seis cartas com estruturas e termos relacionados ao mesmo (Apêndice A),
apresenta-se na Tabela 1 as cartas pertencentes aos seus respectivos sistemas.
Tabela 1. Identificação das cartas que representam cada sistema.
Sistema
Nervoso
Sensorial
Respiratório
Circulatório
Endócrino
Digestório
Renal
Reprodutor
Hormônios
Coringas
Cartas
encéfalo, impulso nervoso, reflexo e neurônio
visão, boca, receptores sensoriais, narinas, audição e tato
oxigênio, pulmões, alvéolos, faringe, laringe e músculos respiratórios
veias, capilares, sangue, linfa, pressão sanguínea e coração
hipotálamo, tireóide, suprarrenais, paratireóides e hipófise
pâncreas, intestino, absorção, fígado, esôfago e dentes
rins, água, uréia, bexiga, glomérulo e filtração
ovário, útero, testículos, ovulação, puberdade e amamentação
hormônio antidiurético, insulina, glucagon, ocitocina, adrenalina, gonadotropinas,
prolactina e calcitonina
equilíbrio, entropia e regulação
O baralho foi elaborado a partir da impressão colorida das cartas em papel A4, no
tamanho de 4,5 cm X 7,0 cm e apresenta uma imagem com o nome da estrutura ou uma
imagem representativa ao termo fisiológico que a nomeia e o título da carta em destaque.
As cartas foram cortadas e coladas em papel casca de ovo, para maior resistência e, em
seguida, plastificadas. Uma alternativa é utilizar o papel cartão colorido como base para
as cartas. No total foram confeccionados seis baralhos para aplicação do jogo em sala de
aula para 33 alunos do terceiro ano do ensino médio.
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2.3 Modo de Jogar e Regras
O objetivo do jogo é formar uma trinca de cartas relacionadas entre si, isto é, são
consideradas trincas válidas as que são formadas por componentes de um mesmo
sistema fisiológico (ex. sistema nervoso: encéfalo, impulso nervoso e neurônio). Outra
opção é a formação de trincas de integração direta entre os sistemas, chamadas de
trincas integradoras. Neste caso, o aluno deve explicar por que as cartas formam uma
integração direta – ex. sangue, adrenalina e O2 formam uma integração em um processo
fisiológico, uma vez que quando liberada no sangue a adrenalina aumenta a frequência
respiratória e a disponibilidade de O2 para o metabolismo celular. Para isso, os jogadores
podem formar trincas a) com a carta trunfo; b) com a carta guia; e c) com as cartas
presentes em suas mãos.
Podem jogar de três a cinco pessoas. Os participantes deverão sentar-se em forma
de círculo e as cartas que compõem o jogo deverão ser embaralhadas. Cada jogador
receberá cinco cartas viradas com a face que contém a informação voltada para baixo, de
modo que os demais participantes não leiam seus conteúdos. O restante do baralho deve
ser empilhado, com as cartas viradas para baixo, e disposto no centro do círculo,
formando um monte de compra que esteja ao alcance de todos os jogadores quando
estes precisarem. As cartas descartadas deverão ser dispostas viradas para cima na
mesa, ao lado do monte de compra, para que sejam compradas pelos outros jogadores.
O primeiro participante a jogar será aquele que embaralhou e distribuiu as cartas e
o jogo seguirá em sentido horário. Ele deverá virar a primeira carta do monte de compras
– essa é a carta trunfo, que não poderá ser alterada e poderá ser utilizada por todos os
jogadores para formar trincas, caso tenham duas cartas que sejam relacionadas com a
carta trunfo.
O mesmo jogador escolherá dentre as cinco cartas da sua mão a carta guia, e
deverá colocá-la virada para cima na mesa. A carta guia permanecerá na mesa até algum
jogador formar uma trinca com ela. O jogador que pegar a carta guia para formar uma
trinca, deverá escolher outra carta guia dentre as cartas da sua mão. O participante
encerrará sua jogada quando comprar uma carta do monte de compras. Os jogadores
poderão ter no mínimo três e no máximo cinco cartas na sua mão, devendo descartar as
cartas excedentes no monte de descarte. As cartas referentes aos conceitos de
‘Equilíbrio, ‘Regulação’ e ‘Entropia’ são chamadas de coringas visto que podem ser
utilizadas para completar qualquer trinca.
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A carta de cima do monte de descarte poderá ser comprada somente pelo jogador
à esquerda daquele que realizou o descarte e assim em diante. O jogador que escolher
fazer isso poderá continuar sua jogada, ou seja, poderá colocar trincas na mesa, caso
seja possível. Sua jogada se encerrará no momento em que comprar uma carta do monte
de compras.
O jogo finaliza após cinco rodadas. O jogador que tiver colocado mais trincas na
mesa vence o jogo. No caso de empate, ganhará aquele que tiver feito trincas que sejam
constituídas por cartas de mais de um sistema, ou seja, trincas integradoras.
2.4 Aplicação do jogo
Com o objetivo de avaliar a importância da aplicação de novas estratégias de
ensino para Ciências e Biologia na educação básica e de tornar o conhecimento científico
mais concreto para o discente, o jogo Fisio card game foi aplicado para 33 alunos do
terceiro ano do ensino médio (Figura 1). De acordo com os Parâmetros Curriculares
Nacionais para o Ensino Médio – Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias
[16], a diversificação dos processos vitais e as diferentes estratégias fisiológicas utilizadas
para resolver as necessidades básicas dos seres vivos são conteúdos abordados no
segundo ano do ensino médio, portanto, os alunos avaliados deveriam ter conhecimento
prévio do assunto aplicado.
Figura 1. Aplicação do jogo didático para alunos do terceiro ano do ensino médio.
Para verificar os conhecimentos prévios dos discentes foi aplicado um questionário
preliminar com cinco questões objetivas e de fácil compreensão, abordando conceitos
gerais sobre os sistemas fisiológicos (Apêndice B). Após a aplicação do questionário
preliminar, os alunos foram divididos em grupos para testar o jogo Fisio card game.
Antes das partidas, as regras foram explicadas e os grupos foram monitorados
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para o auxílio e esclarecimento de possíveis dúvidas. Em seguida, foi aplicado um
questionário de compreensão composto por cinco questões objetivas e que teve como
objetivo avaliar se o jogo auxiliou na revisão dos conteúdos de fisiologia e se houve maior
compreensão da associação existente entre os sistemas biológicos (Apêndice C).
3 Resultados e Discussão
O foco do jogo proposto é a revisão e a associação dos conceitos relativos aos
sistemas fisiológicos, pois trabalha diretamente com os componentes do corpo humano e
suas respectivas funções. Além disso, o Fisio card game objetiva uma perspectiva
integrativa do funcionamento do organismo, por meio da formação de relações entre as
cartas que representam componentes de um mesmo sistema fisiológico (trincas válidas)
e/ou pela formação de trincas de integração direta entre os sistemas (trincas
integradoras).
O questionário preliminar revelou a dificuldade dos alunos para rememorar
assuntos do corpo humano abordados no segundo ano do ensino médio. Isso pode ser
evidenciado, pois a maioria das respostas informadas pelos alunos foi incorreta, o que
indica falta de conhecimento prévio e provável dificuldade durante a participação no jogo
(Figura 2).
Figura 2. Porcentagem de erros e acertos das respostas apresentadas pelos alunos nos questionários
preliminar e de compreensão.
No início do jogo os alunos ficaram confusos devido a quantidade de regras,
contudo conforme jogavam, as regras ficaram mais claras com a prática, o que incentivou
a continuidade do desenvolvimento das atividades. Todos os grupos conseguiram
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terminar pelo menos uma rodada do jogo, que corresponde à formação de no mínimo
uma trinca válida. Os aplicadores atuaram como mediadores durante a realização das
partidas e, neste momento, os conhecimentos dos alunos foram testados para
estabelecer as associações de cartas com os sistemas as quais estão relacionadas.
Após o término das partidas, os alunos responderam ao questionário de
compreensão que apresentou maior nível de dificuldade em relação ao questionário
preliminar. Foi observado um bom desempenho dos alunos, considerando a maior
porcentagem de acertos nas questões conceituais (Figura 2). Assim, esses resultados
indicam que o jogo auxiliou na compreensão e fixação dos conteúdos de fisiologia. Isto
também está claramente relacionado com a intervenção dos aplicadores ao explicar os
componentes nas cartas, pois o conhecimento da anatomia humana é essencial para o
entendimento da fisiologia em geral. O uso das cartas se mostrou uma boa alternativa
para ilustrar a integração entre as estruturas o que é fundamental para desconstruir a
perspectiva fragmentada do funcionamento do organismo.
Comparando o desempenho nos dois questionários (Figura 2), observamos que os
alunos obtiveram uma melhora nas respostas com a execução do jogo, colaborando com
a compreensão da integração fisiológica dos sistemas e com a recordação de assuntos
abordados anteriormente. Percebemos a falta de motivação que os alunos apresentam
para responder as questões de modo mais elaborado e completo, o que torna evidente a
necessidade de contextualizar os conteúdos abordados e, consequentemente, estimular o
envolvimento dos alunos. De fato, Orlando e colaboradores [17] relatam que o rendimento
dos estudantes vai além das expectativas quando se trabalha com a turma de forma
interativa e participativa, contextualizando sempre que possível.
Além das questões sobre conhecimentos de fisiologia, foram feitas perguntas sobre
a opinião dos alunos em relação ao Fisio card game. Na Figura 3 é possível verificar a
opinião dos alunos sobre o aspecto lúdico proporcionado pelo jogo. Além disso, 43% dos
alunos informou que o jogo contribuiu para a maior compreensão da fisiologia humana,
pois ajudou a lembrar os conceitos que já sabiam e/ou esclareceu dúvidas.
Os principais aspectos positivos foram a dinâmica apresentada pelo jogo, que
estimulou a competitividade dos alunos e os divertiu, além do próprio aprendizado em si.
Esses resultados estão de acordo com outros estudos que evidenciam o uso de
modelos tridimensionais, ilustrações e jogos como responsáveis pela melhora na
capacidade de adquirir e guardar informações em comparação com métodos de ensino
tradicionais [18, 19].
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Além disso, jogos didáticos permitem a desconstrução de concepções prévias e a
compreensão do tema em foco, atuando como um facilitador do processo de ensino
aprendizagem [9, 14, 20]. Os aspectos negativos ressaltados foram a grande quantidade
de regras, a falta de conhecimento e de experiência dos alunos em relação ao jogo.
Figura 3. Porcentagem de repostas dos alunos em relação ao aspecto lúdico do jogo.
Como um resultado adicional, podemos refletir sobre os métodos de ensino
utilizados na educação que são restritos a um modelo onde os alunos apenas decoram os
conteúdos sem ter a percepção total do contexto. No caso dos processos fisiológicos é
necessário que sejam adotados métodos que os tornem mais concretos para a
compreensão dos educandos.
Vasconcellos [21] discute a importância da construção, pelo educador, de outra
concepção de educação, ressaltando a necessidade de se ter clareza sobre os limites e
problemas de metodologias expositivas, como o baixo nível de interação sujeito-objeto, de
conhecimento e a contribuição na formação de um sujeito passivo e não crítico.
Assim, considera-se que além de construir o conhecimento é necessário mobilizar
o sujeito para o conhecimento e estimular a sua elaboração e síntese [21]. Moratori [22]
também afirma que o processo de criação está diretamente relacionado à imaginação e a
estrutura da atividade com jogos permite o surgimento de situações imaginárias,
encaixando-se perfeitamente na situação descrita neste trabalho.
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Este é um jogo elaborado com materiais de baixo custo e de fácil acesso para os
professores. Suas regras são baseadas em jogos de baralho comuns como pif paf e
poker, o que desperta o interesse dos alunos. Durante a execução do jogo em sala de
aula, observamos seu uso como uma estratégia motivadora e como instrumento de
rememoração e fixação de conteúdo, ou ainda de construção de conhecimentos
baseados nas experiências prévias apresentadas pelos alunos.
Além de despertar a competitividade sadia, os princípios da independência e a
associação de conhecimento e o raciocínio rápido que são necessários para que o
discente possa formar uma trinca ou fazer uma jogada rápida.
Os resultados obtidos mostraram que é necessária a criação de um roteiro ou
normas impressas para melhor compreensão das regras. Apesar da dificuldade inicial
com alguns nomes de estrutura, o jogo os ajudou a relembrar o conteúdo de fisiologia e
fazer associações entre os componentes de diferentes sistemas, mostrando que
conseguiram relacionar pelo menos de forma superficial a integração entre os diferentes
sistemas em um organismo.
Espera-se que o Fisio card game contribua para a revisão de conceitos
morfofisiológicos básicos que, por sua vez, podem auxiliar na visão de um organismo
integrado e não fragmentado em sistemas não relacionados.
De modo geral, o referido jogo apresentou resultados positivos sobre sua
aplicação, mostrando que seus objetivos foram cumpridos de modo satisfatório e que
pode ser utilizado como material didático de apoio para a disciplina de Biologia
. Desse modo, o jogo ainda pode ser ajustado de acordo com as habilidades
cognitivas dos alunos com o qual for trabalhado e conforme as necessidades e
experiências dos educadores.
Referências
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alunos do nível médio. Arq Mudi 2007; 11(3): 12-9.
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Acessado em 25/05/2016
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- Universidade Federal do Rio de Janeiro. 2003. 1997.
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Agradecimentos
Aos funcionários da Escola Estadual Ângelo Ramazzotti que foram muito
receptivos durante nossa estádia na escola. A todos os alunos que participaram da
aplicação e contribuíram com suas opiniões sobre o jogo e que responderam aos
questionários. Ao Henrique de Souza Oliveira que nos auxiliou na criação do jogo durante
a disciplina de Prática de Componente Curricular em Fisiologia. À Magda Rabelo de
Souza e ao Emerson Luis Carneiro Merkel que nos ajudaram durante o aperfeiçoamento
das regras do jogo. Também agradecemos as estudantes Vêronica Yasmin da Rocha
Alecrim, Victória da Silva Mesquita e Wendell Marcelo.
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Apêndice A. Cartas do Fisio card game.
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OXIGÊNIO
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HORMÔNIO
ANTIDIURÉTICO
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Apêndice B. Questionário Preliminar – Fisiologia
Para que este estudo seja válido, é importante que você responda cada questão
de maneira cuidadosa e sincera. Todas as suas respostas serão CONFIDENCIAIS,
sendo o preenchimento deste questionário ANÔNIMO. Lembramos que sua participação
é de extrema importância para a realização deste estudo.
1) Quais são os sistemas que possuem função regulatória:
(a) Sistema Nervoso e Sistema Renal
(b) Sistema Nervoso e Sistema Circulatório
(c) Sistema Endócrino e Sistema Nervoso
(d) Sistema Respiratório e Sistema Nervoso.
2) Qual a unidade funcional do sistema respiratório?
(a) Alvéolos
(b) Dentes
(c) Néfrons
(d) Neurônios
3) A linfa é componente de qual sistema do corpo humano:
(a) Sistema Renal
(b) Sistema Circulatório
(c) Sistema Endócrino
(d) Sistema Respiratório
4) A integração entre todos os sistemas proporciona a __________ que permite a vida nos seres humanos.
(a) Frequência Cardíaca
(b) Entropia
(c) Homeostase
(d) Pressão
5) Qual sistema é responsável pelo transporte de nutrientes e outras substâncias pelo organismo.
(a) Sistema Renal
(b) Sistema Circulatório
(d) Sistema Respiratório
(c) Sistema Endócrino
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Apêndice C. Questionários de compreensão – Fisiologia.
Para que este estudo seja válido, é importante que você responda cada questão
de maneira cuidadosa e sincera. Todas as suas respostas serão CONFIDENCIAIS,
sendo o preenchimento deste questionário ANÔNIMO. Lembramos que sua participação
é de extrema importância para a realização deste estudo.
1)- Complete as sentenças com a alternativa correta:
(a) O ___________ é um orgão muito importante para o sistema ___________, pois controla todos os
outros sistemas, o ____________ é a célula responsável pela transmissão do ________________.
(__) cérebro, nervoso, neurônio, impulso nervoso.
(__) coração, nervoso, complexo de Golgi, estimulo cardíaco.
(__) pulmão, endócrino, hepatócito, impulso nervoso.
(__) coração, endócrino, hormônio, estimulo hormonal.
(b) A digestão inicia com a digestão mecânica através dos ________ para passar pelo ________ que é um
órgão tubular por onde o alimento passa e dá acesso a órgãos como o estômago e o ________ onde
ocorre a ________ com a ajuda de substâncias produzidas por órgãos como _________ e __________.
(__) alvéolos, esôfago, estômago, intestino e reto.
(__) dentes, estômago, intestino, circulação, pâncreas, pulmão.
(__) dentes, esôfago, intestino, absorção, pâncreas, fígado.
(__) alvéolos, estômago, esôfago, fígado e rins.
(c) O _____ é um dos componentes mais essenciais para a vida na Terra, os humanos o conseguem por
meio da contração de um________ que tem o papel de “puxar” o ar para dentro dos ________ através da
________, tudo isso para que o ar chegue a unidade funcional do sistema respiratório, os ________ onde
este será absorvido pelos capilares.
(__) O2, músculo, pulmões, traquéia e néfrons
(__) CO2, músculo, pulmões, traquéia e alvéolos
(__)O2, músculo, pulmões, traquéia e alvéolos
(__) CO2, músculos, alvéolos, traquéia e pulmões
(d) O sistema circulatório tem a função de transporte de_______ que é bombeado pelo _________ e
conduzido por meio de vasos como, por exemplo, as _______ que retornam o sangue para o coração e
os _________ que levam sangue ate nossos tecidos, a velocidade com que esse sangue é
transportado irá depender da ________, no entanto não é apenas sangue que o sistema circulatório
leva, ele também é encarregado de fazer o transporte da __________ que é o líquido que sobra do
sangue depois que o corpo o utilizou.
(__) sangue, coração, veias, capilares, pressão e linfa
(__) sangue, pressão, linfa, coração, veias e capilares
(__) sangue, coração, veias, capilares, pressão e H2O
(__) H20, coração, veias, capilares, pressão e sangue
(e) Durante a ___________ nosso corpo sofre mudanças, em conseqüência da ação de hormônios, que
são produzidos por órgão como _________ e ___________ (onde ocorre a maturação dos óvulos,
conhecida por __________). Nos homens, essas mudanças ocorrem pela produção de testosterona
nos ___________.
(__) puberdade, ovário, útero, ovulação, testículos
(__) puberdade, ovulação, ovário, útero, testículos
(__) puberdade, testículos, útero, ovário, ovulação
(__) ovulação, ovário, útero, testículos, puberdade
2)- Em sua opinião o jogo foi divertido?
3)- De que maneira o jogo auxiliou a compreender um pouco mais sobre a fisiologia humana?
4)- Quais os pontos positivos e negativos do jogo?
5)- Você gostaria de ter jogado após as aulas de fisiologia?
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V. 14, N.1 / 2016
Published in: 30/06/2016
Observación del efecto reductor de N-Acetilcisteína en el metabolismo de
levaduras
Observing reducing effect of N-acetylcysteine in the metabolism of yeast
Sebastián Chapela1,2, María Milagros Romo Manzini2, Hilda Burgos2, Manuel Alonso2,3 y Carlos Stella2.
1
3
Hospital Británico Buenos Aires, 2Instituto de Investigaciones Biomédicas (INBIOMED) Facultad de Medicina,
Ciclo Básico Común, Universidad de Buenos Aires. Argentina.
Resumen
La investigación se centra en el diseño de didácticas experimentales utilizando materiales de fácil adquisición y
métodos sencillos de poner en práctica. Se plantea como modelo de estudio el uso de la levadura de panadería
Saccharomyces cerevisiae, ya que presenta muchas de las vías metabólicas estudiadas en células superiores. En
este trabajo se propuso desarrollar un ensayo que permita observar macroscópicamente la capacidad de la NAcetilcisteína (NAC) de estimular el poder reductor de la levadura utilizando el cambio de coloración del indicador
Azul de Metileno (AM).
Palavras-chave: Estrés oxidativo; levaduras N-acetilcisteína; educación médica.
Abstract
The research focuses on the design of experimental teaching using readily available materials and simple methods
to implement. It arises as an example for learning, using baker's yeast Saccharomyces cerevisiae, because it has
many of the metabolic pathways existing in mammalian cells. In this paper it was developed an essay that allow
students to observe macroscopically the capacity of N- Acetyl cysteine (NAC) to stimulate the reducing power of
yeast using indicator Methylene Blue (MB) color change.
Keywords: Yeast; oxidative stress; N-Acetyl cysteine; medical education.
Ficha de la actividad
Título
Objetivo
educacional
Alumnos de las carreras de Ciencias Médicas y Biológicas
Disciplinas
relacionadas
Bioquímica, Biología.
Objetivos
educacionales
Capacidad de relacionar el metabolismo con la observación macroscópica de una
célula.
Entender el cambio de color del indicador Azul de metileno como consecuencia del
estado oxido reducción de coenzimas.
Justificación de El sistema modelo de levaduras es inofensivo, práctico y accesible para el manejo
uso
estudiantil.
Contenidos
trabajados
Estrés oxidativo y especies reactivas de oxígeno (ROS)
Duración
estimada
7-10 días
Materiales
utilizados
Levadura de panadería, glucosa, extracto de levadura, suplemento de aminoácidos y
vitaminas, olla a presión, azul de metileno, esferas de vidrio, placas de Petri, filtro para
esterilización, tubos de centrífuga clínica, tubos de ensayo y pipetas automáticas.
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1 Introducción
El estrés oxidativo en un hecho común en el mundo biológico en general y lleva a
efectos tóxicos dentro de la célula. En la práctica médica hay muchas enfermedades que
progresan acompañadas de este estrés; tal es el caso de shock severo y séptico [1],
embarazos patológicos [2] y daños por isquemia reperfusión [3,4].
Esta situación se produce por un desbalance entre la producción de especies
reactivas de oxígeno (ROS) y la capacidad celular de lidiar con estas especies.
Diversos mecanismos bioquímicos, moléculas y drogas son responsables de proteger a la
célula frente al estrés oxidativo. Entre los mecanismo más comunes tenemos las
reacciones de detoxificación de la superóxido dismutasa (SOD), Glutatión peroxidasa
(GSH-peroxidasa) y catalasa [5]. Para las drogas, entre otras, se han considerado el uso
de beta-caroteno y Vitamina E [6].
En general, estos temas son enseñados a nivel teórico en cursos universitarios de
Biología Celular o Bioquímica. Sin embargo, consideramos que sería provechoso para los
estudiantes abordar en forma experimental el aprendizaje de este tema utilizando el
sistema modelo levadura [7,8].
Nos planteamos, por tanto, el desarrollo de un ensayo que se pueda realizar
fácilmente en una clase de trabajos prácticos o a modo de mostración. El ensayo permite
observar macroscópicamente [9] las propiedades de una molécula antioxidante como la
N-Acetilcisteína [10,11] para establecer un medio intracelular reductor, usando como
indicador la coloración del Azul de Metileno [12] (AM).
2 Materiales y métodos
2.1 Células
En todos los ensayos se utilizaron levaduras de panadería (Levex®). Estos
microorganismos son inocuos y pueden manipularse por alumnos inexpertos. Se extrajo
una pequeña porción del paquete, se colocó en 10 ml de agua destilada estéril y se
sembró en medio sólido para aislar colonias. Estas colonias son la fuente de inoculo de
todos los experimentos, ya que aseguran la ausencia de contaminación [13,14] .
2.2 Medio de Cultivo
Se utilizó medio YPD, (Extracto de Levadura 1 %, Peptona 1 %, Glucosa 2 % p/v)
y agar 2 % p/v. Todos los componentes de este medio son de Difco pero pueden ser
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reemplazados por otros de menor costo como azúcar de mesa, 2% p/v; caldo de carne
filtrado 10 % p/v, levadura de cerveza en polvo, suplementos nutricionales de
aminoácidos, etc [13,14]. El agar puede ser reemplazado por el ofrecido en comercios de
productos dietéticos utilizando la misma concentración.
2.3 Reactivos
La N-Acetilcisteína (NAC) de uso humano se obtuvo de los comprimidos Acemuk
600 del laboratorio IVESTI. Los comprimidos son de uso oral con acción mucolítica de las
vías respiratorias. La solución madre se obtuvo disolviendo un comprimido conteniendo
600 mg de NAC en 40 ml de agua destilada.
La solución se esterilizó por filtración. 450 µl o 900 µl de esta solución se usaron
para suplementar 13 ml de top agar conteniendo 200 µl de una solución 0,1 % de Azul de
Metileno (AM)
2.4 Top agar
Se preparó con agar (Difco) al 1 % en agua, se esterilizó y antes de verter sobre el
cultivo se dejó entibiar.
2.5 Inoculación de placas
Placas de medio sólido YPD se inocularon con células de levadura con la técnica
de inoculación con esfera de vidrio [13]. Básicamente se agrega a la placa una alícuota de
100-200 µl de una suspensión diluida de levaduras y la siembra se completa haciendo
recorrer la esfera por la superficie de la placa.
Las colonias se cubren con Top agar con/sin el suplemento de AM. Al cabo de 7-10
días a 30 ºC o temperatura ambiente puede observarse la diferente coloración de las
colonias.
2.6 Esterilización
El medio de cultivo y todos los elementos utilizados para manipular las células
fueron esterilizados por calor húmedo en una olla a presión durante 30 min.
2.7 Procedimientos didácticos
La clase está organizada en dos partes. En la primera parte el docente explica
el fundamento del trabajo y se procede a sembrar las placas. Puede ser individual o en
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grupos, dependiendo del número de alumnos. El docente puede disponer de tubos
adicionales con top agar para que los alumnos practiquen la cobertura que sigue a la
siembra. Puede aprovecharse el momento para que los alumnos deliberen sobre temas
como esterilidad, nutrientes, dilución de células y difusión del oxígeno.
Sería interesante que cada alumno redactara en su cuaderno cuáles son sus
expectativas respecto del resultado a obtener luego de incubar las placas.
En la segunda parte el docente recapitula el ensayo y los alumnos recibirán las
placas sembradas y con crecimiento celular. Se discutirá sobre la base de relacionar la
observación macroscópica con el metabolismo de la célula.
El docente debe aclarar que se ha usado un sistema modelo en particular, pero
que pueden
usarse otros sistemas. No es un “trabajo práctico de levaduras” sino de
metabolismo y estrés oxidativo.
3 Resultados y discusión
Nuestro abordaje experimental, utilizando y estudiando procesos biológicos en
células vivas, complementa las formas tradicionales de enseñanza que, en muchos casos,
resultan demasiado abstractas y por tanto, de difícil comprensión.
El ensayo permite que los alumnos predigan y comprueben fácilmente los
resultados de un experimento dentro de un contexto de enseñanza particular. De esta
forma, se consigue una mayor aproximación a la relación entre la teoría y el concepto
biológico que se pretende enseñar.
Este instrumento didáctico les muestra a los estudiantes evidencias macroscópicas
de aspectos microscópicos de los temas propuestos.
Alumnos del tercer año de la carrera de Ciencias Médicas inocularon placas con
una suspensión de células y la dispersaron con una esfera de vidrio estéril. Debido a que
el top agar contiene 1 % de agar, su distribución no ofreció inconvenientes. Los
eventuales problemas pueden derivarse de la cubrir con el top agar en forma incompleta
la superficie sembrada de la placa.
Este inconveniente se evita disponiendo de algunos tubos de reserva para que el
alumno practique previamente el volcado del top agar. En todos los ensayos se observó
crecimiento de colonias.
Es importante que el docente elija levaduras de panadería de uso habitual. De esta
manera se asegura que las levaduras crezcan luego de ser inoculadas por los alumnos.
No hemos observado contaminación en las placas y es aconsejable realizar todas las
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operaciones en un ambiente libre de corrientes de aire.
Diversos mecanismos bioquímicos son responsables de moderar el estrés oxidativo
dentro de una célula. Sin embargo el amplio uso o “polisemia social” de la palabra estrés
hace que su significado se diluya a la hora de enfocar el tema de las especies reactivas
de oxígeno (ROS). A través de este simple ensayo el alumno puede “ver” que un color, en
este caso el azul representa una situación de estrés y la falta de color a una situación de
balance redox dentro de la célula. La Figura 1 presenta los resultados obtenidos.
A
B
C
Figura 1. (A) Células con top agar control (B) top agar con 450 µl de solución de NAC y (C) top agar con
900 µl de solución de NAC.
La reacción para el colorante se puede resumir:
AM + 2 H+ + 2 e

(oxidado/azul)
AMH 2
(reducido/incoloro)
En la placa A las colonias presentan una coloración azul mientras que el agregado
de NAC en el top agar (B, C) cambia el color de azul a incoloro indicando un cambio en el
estado de oxidación del colorante. El metabolismo de la célula ha reaccionado con el AM
en forma análoga a la reacción con la coenzima oxidada NAD + cuando se genera NADH +
H+.
Si bien el AM ha sido utilizado en otros protocolos de enseñanza, en dichos
ensayos se hace hincapié en su acción como cofactor de la enzima succinato
deshidrogenasa [15]. En el caso de Anuradh G. y col. han diseñado un dispositivo con el
colorante y la levadura para obtener energía eléctrica [16]. Nuestro trabajo extiende el uso
del colorante para captar el cambio de estado redox de la célula.
El docente debe hacer hincapié en que el color responde a una situación
metabólica y podría haberse usado otro colorante de diferente coloración. Esto lo
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mencionamos sobre la base de nuestra experiencia con estudiantes de medicina al usar
kits de glucosa. Los estudiantes a veces asocian el color rosado con la molécula de
glucosa sin considerar que la coloración simplemente pone de manifiesto una situación
metabólica independientemente del colorante usado. Podrá aprovecharse la clase para
mencionar las aplicaciones clínicas de técnicas que involucran al AM. En la terapia
fotodinámica [17] células conteniendo AM son irradiadas con luz roja (600-650 nm)
exacerbando la capacidad del colorante de producir ROS en las células en que se
concentró.
Usualmente, este contenido se trata en las clases en algún hueco entre distintos
temas y eso hace que al alumno no comprenda que la producción de ROS sobreviene
continuamente de la misma forma que la célula mantiene una homeostasis de
combustibles como la glucosa.
Esta didáctica experimental resulta apropiada para trabajar con alumnos inexpertos
sin correr riesgos, dada la inocuidad de estas levaduras. Al mismo tiempo, presenta
resultados muy claros para su observación macroscópica e interpretación directa sin
necesidad de contar con elementos costosos o de difícil manipulación.
3.1 Impacto en la enseñanza
En ensayos previos hemos notado que el mayor impacto es en la motivación.
Durante el ensayo los alumnos hacen más preguntas que en las clases teóricas. Su papel
es más activo. Preguntan por la esterilización, nutrientes, el uso de guantes y en pocos
casos se olvidan de traer su delantal de laboratorio. El alumno al ver las placas con
crecimiento suele decir
“¡guau, esto lo hice yo!”. Esta motivación facilita la tarea del
docente para construir conocimiento.
A partir del ensayo el docente puede hilvanar otros temas ya vistos durante el
curso. Por ejemplo se puede discutir el papel de cada nutriente en el crecimiento celular.
El medio de cultivo tiene fuentes de nitrógeno, carbono, vitaminas e iones que
pueden relacionarse con las vías metabólicas a estudiarse en el curso (glucólisis, ciclo de
los ácidos tricarboxílicos, etc)
Otro impacto es que el alumno “ve” la relación entre su observación personal y lo
que el docente le mostró sobre un pizarrón. Se podrá discutir la importancia de los
experimentos en Bioquímica para deducir conclusiones sobre el funcionamiento celular.
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4 Consideraciones finales
Se exhibe un ensayo con el sistema modelo de levaduras, que representa una célula eucariota capaz de crecer en forma individual. El colorante AM difunde al interior de la
célula y su cambio de color permite visualizar el estado de óxido reducción de la célula y
el efecto de la droga N-Acetilcisteína.
El ensayo es simple y permite discutir el crecimiento de una célula y el efecto de
una droga sobre el metabolismo. Si bien existen videos o animaciones sobre el metabolismo celular, nada reemplaza el ensayo concreto sobre la mesada de un laboratorio.
Durante la realización de un ensayo experimental surgen consultas o problemas
que no pueden contemplarse con otras herramientas para la enseñanza. Este protocolo
puede articularse junto a otras herramientas sin que su preparación altere o demande
grandes cambios dentro de la organización de la enseñanza.
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V. 14, N.1 / 2016
Submitted in:22/06/2016
Published in:05/07/2016
protVirt: simulação da dosagem de proteínas por espectrometria auxiliando
as aulas práticas de Bioquímica
protVirt: protein dosage simulation by spectrometry assisting Biochemistry practical class
Gabriel Gerber Hornink 1*
1
Universidade Federal de Alfenas – Unifal-MG
Abstract
The practical classes in the teaching of biochemistry could provide great contributions to the process of teaching
and learning, and the understanding of these by students depend, generally, of previous concepts about the
experiment and procedures performed. It is presented in this paper the educational software protVirt, which could
be used as a pedagogical innovation in the method of practical classes involving dosage of proteins, focusing on
the development of skills for understanding the activities. The software was developed in Adobe Flash, with the
possibility of online or offline use. Despite the possibilities of using protVirt in various modalities of education,
highlights the use in online courses, in which students develop, commonly, the practical class without the teacher
centers, accompanied by monitors and tutors.
Keywords: classroom practice; protein measure; educational software.
Resumo
As aulas práticas no ensino de Bioquímica podem trazer grandes contribuições para o processo de ensinoaprendizagem, sendo que a compreensão destas pelos estudantes dependem, geralmente, de conceitos prévios
sobre o experimento e procedimentos realizados. Apresenta-se neste trabalho o software educacional protVirt, o
qual pode ser utilizado como uma inovação pedagógica no método de aulas práticas envolvendo dosagem de
proteínas, com foco no desenvolvimento de habilidades para compreensão das atividades. Desenvolveu-se o
software no Adobe Flash, com possibilidade de uso online ou offline. Apesar das possibilidades de uso do protVirt
em diversas modalidades de ensino, destaca-se o uso em cursos a distância, nos quais os estudantes
desenvolvem, comumente, as atividades nos polos sem o professor, acompanhados de monitores e tutores.
Palavras-chave: Aula prática; dosagem de proteínas; software educacional.
Educational innovations: protVirt: protein dosage simulation by spectrometry assisting
Biochemistry practical class
Ficha da atividade
Título
protVirt – dosagem virtual de proteína
Público-alvo
Estudantes de disciplinas de bioquímica ou área que utilizem a metodologia de
quantificação de proteínas por meio de espectrofotômetro.
Disciplinas
relacionadsa
Bioquímica, Química.
Objetivos
educacionais
Compreender os princípios das reações e métodos envolvidos na dosagem
colorimétrica de proteínas, a partir da reação de biureto e dosagem em
espectrofotômetro.
Justificativa
de uso
Dificuldade dos estudantes durante a execução das aulas práticas envolvendo o
uso do espectrofotômetro, tanto no uso do equipamento, quanto nos conteúdos
relacionados e análise dos dados obtidos.
Conteúdos
trabalhados
Reação de biureto, dosagem de proteínas, espectrofotômetro.
Duração
estimada
20 minutos.
Materiais
utilizados
Computador.
Link
http://www.bdc.ib.unicamp.br/bdc/visualizarMaterial.php?idMaterial=1342
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1 Introdução
Aulas práticas são recursos extremamente úteis para um ensino de Ciências de
qualidade. No ensino superior, principalmente nos cursos de bacharelado das carreiras
científicas, como o caso da Biologia, é fundamental proporcionar aos estudantes a
oportunidade de planejar, realizar e interpretar experimentos, bem como redigir textos
científicos, na forma de relatórios e artigos, que apresentem e discutam os dados obtidos,
com embasamento na literatura científica.
O processo de planejar experimentos a partir de problemas propostos, definição de
experimentos a realizar, execução de experimentos planejados, apresentação de dados,
discussão de resultados envolve processos cognitivos altamente complexos e difíceis de
serem explorados em aulas expositivas tradicionais.
Mesmo com o alto potencial para o exercício de atividades em processos
cognitivos mais elevados, incluindo as inter-relações entres diferentes conteúdos e
técnicas e construção e produção de conhecimento
Muitas vezes as aulas práticas são reduzidas ao desenvolvimento de habilidades
motoras, onde se dá uma grande importância na instrumentação, onde o objetivo passa a
ser obter resultados precisos e repetitivos a partir de protocolos pré-estabelecidos, sem a
participação dos estudantes. Muitas vezes nem as razões pelas quais um determinado
experimento é proposto em uma aula prática é explicitado. Além disso, geralmente, focase no momento presencial na instrumentação e não na resolução do problema.
A problemática no desenvolvimento das aulas práticas se complexifica com os
cursos a distância, nos quais as práticas são acompanhadas pelos tutores e
posteriormente discutidas com os professores e o aluno necessita de maior suporte para
compreensão das atividades desenvolvidas.
Nesse âmbito, o uso de softwares educacionais relacionados às aulas práticas,
previamente ou posteriormente ao seu desenvolvimento, poderia potencializar o
desenvolvimento desta, possibilitando ao professor explorar de modo mais aprofundando
os conhecimentos abordados, ou mesmo simular novos problemas usando de simulações
que possibilitam experimentos que necessitariam de grande tempo para sua execução.
Para este trabalho se optou pela temática de dosagem de proteínas, para
construção do software dada a importância destas para a Bioquímica, assim como do
método de espectrometria, que possuí ampla utilização em diversos procedimentos.
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1.1 Software no ensino de bioquímica
A Biologia, área de atuação deste projeto, e os conteúdos que ela envolve, como
estruturas e processos, são complexos por natureza e difíceis de serem ensinados e
aprendidos [1, 2]. A exploração de recursos visuais no ensino de Biologia é muito usado, e
portanto é comum encontrar modelos, tanto macro como microscópicos, para facilitar a
compreensão desses conteúdos [3, 4, 5, 6].
Neste contexto, torna-se cada vez mais proeminente o número de professores
utilizando uma grande diversidade de softwares para o ensino de Bioquímica, devido
principalmente essas necessidades de visualização de eventos complexos [7]. Estes
softwares estão sendo utilizados como suplemento na graduação nos currículos de
Bioquímica.
A utilização do computador pode ser parte integrante do processo de ensino
aprendizagem, permitindo a “manipulação” de conceitos e estratégias de usos destes
conceitos na resolução de problemas ou projetos.
Existem diversos tipos de recursos computacionais sendo utilizados no ensino de
Bioquímica, entre eles softwares de visualização de moléculas (Rasmol 1) bi ou
tridimensionalmente, animações de reações, apresentações de slides, laboratórios
virtuais, softwares educacionais, sites, simulações e ferramentas de Bioinformática. Estes
softwares não possuem apenas o intuito de facilitar o desenvolvimento das aulas pelos
professores, mas de ajudar os estudantes na compreensão dos mecanismos Bioquímicos,
muito mais que meramente memorizá-los [7].
O s softwares educacionais possuem um grande potencial, podendo substituir
diversos métodos convencionais de ensino, mas isto dependerá de como esta tecnologia
será utilizada [8], ou seja, da proposta didática desenvolvida pelo professor.
Alguns tipos de materiais, como laboratórios virtuais com simulações permitem que
o aluno desenvolva um grande número de experimentações em um curto período de
tempo, entretanto, não há muitos softwares de simulações na área da Bioquímica [8].
Estas simulações devem atentar para não se criar uma realidade paralela que exista
apenas nas telas dos computadores e jamais poderá ser extrapolada à vivência dos
alunos. Além disto, são ferramentas auxiliares para entendimento e relacionados aos
conteúdos apresentados nas aulas expositivas e livros-textos.
A utilização de simulações tem grande vantagem sobre figuras convencionais, ou
mesmo animações, quando se trata de promover a compreensão de fenômenos
1
Rasmol – http://www.openrasmol.org
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essencialmente dinâmicos.
Aparentemente, os recursos computacionais permitem a exploração de novas
estratégias de ensino, quando observadas as estratégias utilizadas na implementação
efetiva de simulações na prática pedagógica, observando-se diferentes formas de uso
(ênfase na escrita, ensaio e erro, sessão teórica com exercícios, projetos de pesquisa
etc).
Observa-se que há uma tendência a incorporação do uso de simulações dentro de
um contexto mais amplo, como complementação de aulas ou mesmo integrado a diversos
projetos e pesquisa [9].
Um dos contextos em que os recursos computacionais podem ser implementados é
em aulas práticas de Bioquímica, podendo contribuir para a compreensão dos
experimentos (conceitos teóricos e técnicas).
2 protVirt
O software protVirt – Dosagem de proteínas [10] (Figura 1) foi desenvolvido a partir
da demanda dos estudantes da disciplina de Bioquímica, do curso a distância de
licenciatura em Ciências Biológicas da Universidade Federal de Alfenas (Unifal-MG),
utilizando-se o software Adobe Flash®.
Além dessa demanda, os cursos presenciais também fazem uso do protVirt,
integrando atividades virtuais com as aulas práticas.
Figura 1. Tela de abertura do softwares Educacional protVirt.
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O aplicativo está disponível para download na Biblioteca Digital de Ciências2, o que
possibilita a inclusão de seu link em qualquer Ambiente Virtual de Aprendizagem, assim
com ser incorporado em páginas, fóruns e atividades, pelo fato de ser um arquivo do
Flash (SWF).
Os alunos desse curso desenvolvem práticas utilizando espectrometria para
dosagem de proteínas, nos Polos de apoio presencial, acompanhados pelos tutores
presenciais e/ ou a distância.
Os tutores atendem os alunos em diversas disciplinas (podendo ser de áreas
distintas) e nem todos possuem a familiarização com as práticas de Bioquímica, assim,
torna-se importante uma boa preparação prévia dos alunos e uma posterior discussão.
Buscando-se uma ferramenta complementar para as aulas práticas, desenvolveuse o software protVirt, apresentando cinco seções: Ligação peptídica (1); Reação do
Biureto (2); Espectrofotômetro (3); Dosagem de proteínas (4); Bibliografia (5).
As seções do software possuem distintos tipos de interação (leitura, reações
animadas, itens destacados com o mouse, vídeo e animação interativa.
A primeira seção apresenta uma síntese sobre a ligação peptídica (Figura 2),
possibilitando a visualização esquemática desta ligação e detalhes sobre um aminoácido.
Figura 2. Tela da seção Ligação peptídica.
Apresenta-se na segunda seção (Figura 3) a reação de Biureto, presente em um
dos métodos de análise colorimétrica para quantificação de proteínas utilizando-se o
2
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espectrofotômetro.
Exibem-se informações adicionais ao passar o mouse sobre os textos em
vermelhos e sobre o tubo de ensaio.
Figura 2. Tela da seção Reação do Biureto.
Na seção 4 – Espectrofotômetro (Figura 4), apresentam-se as informações básicas
sobre o espectrofotômetro e os princípios físicos envolvidos. Nessa seção, pode-se
interagir com o espectrofotômetro por meio do mouse.
Figura 4. Tela da seção Espectrofotômetro.
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A seção Dosagem de proteína (Figura 5) é a mais interativa, sendo importante o
estudante ter acessado as demais seções anteriormente ou ter compreendido os
conhecimentos abordados nelas.
Figura 5. Tela da seção Dosagem de proteína.
O experimento para dosar a proteína é realizado passo a passo com o estudante,
iniciando com a preparação dos tubos (10 tubos, sendo 8 com amostras com quantidades
de proteínas conhecidas e dois desconhecidos) e com as reações, seguido da
quantificação no espectrofotômetro (inserção de uma cubeta por vez no aparelho e
mensuração).
Por último, solicita-se que o estudante faça a regressão linear a partir dos dados
das amostras conhecidas, para se calcular a quantidade de proteína presente nos tubos 9
e 10 (amostras desconhecidas). A regressão deverá ser feita em software específico (ex.
Calc – Libreoffice; MS Excell, etc), similarmente ao que ele faria com os dados de um
experimento real.
Ressalta-se que a imagem do aparelho utilizado é baseada em um aparelho real,
similar ao encontrado em muitos laboratórios de aulas páticas de Bioquímica, com
necessidade do estudante ligar o aparelho, inserir o comprimento de onda de leitura e
depois realizar as leituras de absorbância. Para tanto, o estudante clica no teclado para
se ampliar o mesmo (Figura 6) e poder operar o equipamento.
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Figura 5. Tela do teclado do espectrofotômetro visualizada pelo usuário quando clicado no aparelho.
Destaca-se que, na animação interativa, cada cubeta é identificada dentro do
aparelho, correlacionando a cor com a absorbância. Além disso, o aparelho indica alguns
possíveis erros, como quando tenta-se fazer a leitura com o compartimento de cubetas
aberto ou mesmo vazio.
Outro ponto de destaque na animação interativa corresponde as setas de avanças
e retornar. Com isso o estudante executa a atividade no tempo dele, podendo avançar
para a próxima etapa ou refazer a anterior, de acordo com as necessidades próprias.
2.1 Avaliação do software
Para garantir a aplicabilidade educacional do software, o mesmo foi testado por
cinco avaliadores, usando o método de avaliação de usabilidade por método de inspeção
(avaliação de eurística), conforme descrito por Nielsen [11], sendo que, para tal aplicação,
um pequeno número de avaliadores (4 a 5) resulta em resultados significativos.
Destaca-se que o aplicativo possui tamanho reduzido, com cerca de 4,5mb, e
formato flash (swf), o que resulta na rapidez do download e na possibilidade de seu uso
em multiplataformas (Windows, IOS e Linux), apenas com a necessidade do plugin Flash
e demandando baixo processamento para sua execução.
Apresenta-se na Tabela 1 os principais resultados da avaliação, sendo que cada
item possuía uma escala de concordância, baseada na escala de Likert [12], entretanto,
como uma escala numérica (1 a 5) para posterior quantificação.
Observou-se uma média relativamente alta (4,72), o que garante, de certa forma,
sua inserção em propostas educacionais, sem que estas sejam prejudicadas por
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problemas de usabilidade que resultariam no mal aproveitamento do software e na
desmotivação de seu uso pelos professores e estudantes.
Tabela 1. Principais resultados da avaliação de usabilidade do protVirt (n=5).
Qualidade técnica da mídia
Média
Desvio padrão
Facilidade de instalação/inicialização
4,80
0,37
Facilidade de uso
4,51
0,54
Facilidade de navegação
4,63
0,38
Confiabilidade (apresenta falhas com frequência)
4,94
0,13
Recuperação no caso de falhas
4,69
0,28
Qualidade das imagens estáticas
4,42
0,49
Qualidade visual
4,61
0,50
Organização da tela
4,94
0,32
Uso individualizado (sem professor)
4,94
0,57
Total
4,72
0,40
Os dados acima corroboram com os comentários dos usuários na própria
postagem do material na Biblioteca Digital de Ciências, assim como pelo número de
downloads realizados até junho de 2016 (4.219), além dos usuários que usaram o
software online.
3 Estratégias de utilização
O protVirt pode ser caracterizado, segundo Valente [13], no âmbito dos softwares
educacionais, como uma simulação, uma vez que envolve um modelo dinâmico e
simplificado de uma prática laboratorial, permitindo ao estudante testar e analisar os
resultados obtidos.
O fato de ser uma simulação educacional não restringe sua forma ou proposta de
utilização, podendo ser incluso em uma proposta motivadora, indutiva, instrumental ou
investigativa, relacionado ou não com atividades presenciais no laboratório.
Dessa forma, pensando em uma proposta motivadora e/ou indutiva, entendendo
este último como a determinação de um caminho específico para a aprendizagem de um
conhecimento específico, pode-se propor seu uso integrado à disciplina de Bioquímica,
durante a abordagem dos métodos de quantificação de proteínas. Neste caso, após
abordar rapidamente esta prática em sala de aula, sugere-se seu uso em sala de
informática ou em casa, solicitando aos estudantes o relatório da prática virtual (relatório
opcional) e a indicação dos valores das massas de proteínas nas amostras
desconhecidas 9 e 10.
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A proposta acima pode ganhar também um caráter instrumental, quando se
relaciona seu uso (posterior) com uma atividade prática em laboratório. Dessa forma, ao
chegar no laboratório, o estudante desenvolveu conhecimentos sobre o método e sobre o
uso do equipamento (espectrofotômetro) em si, permitindo um aprofundamento em sala
de aula e um melhor desemprenho durante a atividade, que poderá iniciar com uma
investigação proposta pelos estudantes, uma vez que conhecem previamente o método
relacionado.
4 Impacto no ensino-aprendizagem
Tendo em vista as diversas possibilidades de uso do protVirt, tem-se a
potencialização dos impactos no processo de ensino-aprendizagem, principalmente
quando relaciona-se o uso do software com a atividade prática presencial.
Mesmo sem a prática presencial, tem-se diversos cursos que não desenvolvem a
prática de dosagem de proteínas e possuem a oportunidade de simular esta em ambiente
virtual, possibilitando a aprendizagem deste método.
A avaliação da importância do protVirt para a aprendizagem de Bioquímica,
segundo a experiência de estudantes de Ciências Biológicas, modalidade EAD(n=26),
que usaram o software anteriormente à atividade no Polo, indicou que 70% dos
estudantes consideraram muito importante e 30 % importante seu uso, principalmente
pelo fato de ter preparado eles para a prática que desenvolveram no polo e poderem
chegar com dúvidas mais profundas sobre os conteúdos durante a realização da prática.
O mesmo pode ser observado quando de sua utilização com alunos de cursos
presenciais de Biomedicina (n=32). Estes também indicaram que o aplicativo auxiliou
muito (92%) na compreensão da prática e dos conhecimentos envolvidos, facilitando a
realização da atividade prática em laboratório (94%), até mesmo pelo fato do aparelho da
simulação ser o mesmo usado durante as atividades.
O uso de simulações tem grande potencial no ensino-aprendizagem de Bioquímica,
principalmente quando permite que os alunos interajam com o modelo e possibilite
conexões com as atividades presenciais.
No caso das atividades práticas, uma das dificuldades é instrumental (saber usar
os equipamentos) e outra inclui os conhecimentos envolvidos no uso do equipamento em
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um protocolo experimental. Nesse sentido, o protVirt traz elementos para ambas
questões, podendo ser usado como método de ensino prévio as atividades presenciais,
possibilitando uma maior exploração das aulas práticas, tendo em vista os conhecimentos
prévios construídos pelos estudantes a partir do uso do software.
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