Utilizando a raiz tuberosa de mandioca em aulas práticas de Biologia para estudantes do Ensino Médio

Na maioria das vezes, as aulas de Biologia seguem um modelo tradicional de ensino baseado em aulas expositivas (Krasilchik, 2004). A autora relata que essa modalidade didática possui sérias desvantagens, como a passividade dos discentes, além da pequena assimilação das informações, em função de déficit de atenção dos alunos.

Para contornar essa problemática, Gonçalves (2021) defende que são de grande importância a proposta e a abordagem de métodos alternativos de ensino capazes de promover maior interesse e aprendizado dos alunos. Nesse contexto, a abordagem de aulas experimentais pode ser uma modalidade didática de grande impacto no processo norteador do ensino e da aprendizagem dos alunos dentro das Ciências e da Biologia.

Krasilchik (2004) defende que as aulas práticas possuem posição insubstituível nos cursos de Biologia, desempenhando funções singulares para os estudantes, como a vivência de fenômenos e a manipulação de materiais e equipamentos, além da observação dos organismos, desafiando os alunos na interpretação dos dados, na imaginação e no raciocínio lógico.

Almeida (2012) destaca que as aulas práticas, em primeiro lugar, possuem papel de aumentar a motivação dos alunos, além de permitir o incremento de habilidades específicas, como realizar medidas, a solução de problemas que podem ser sanados por meio do método experimental e a comunicação e a escrita por meio da confecção de relatórios. Souza e Santos (2019, p. 426) destacam que "as atividades práticas desenvolvidas durante as aulas de Biologia visam a complementação do estudo teórico da disciplina, permitindo que o aluno analise na prática a teoria aprendida nas aulas convencionais". Segundo Motokane (2021, p. 23), "a investigação em sala de aula promove uma aproximação dos estudantes ao 'fazer ciência' e 'sobre ciência', isso sem perder de vista a necessidade de ensinar conceitos, terminologias e fatos científicos". Para Trivelato e Silva (2011, p. 76),

o professor assume papel fundamental nesse processo investigativo, no sentido de propor problemas, acompanhar as discussões, promover novas oportunidades de reflexão, estimular, desafiar, argumentar, ou seja, torna-se um orientador da aprendizagem de seus alunos e auxilia a passagem do senso comum para o saber científico.

No entanto, ainda é pouco comum a abordagem de aulas práticas no ensino de Biologia aos alunos do Ensino Médio. Marandino, Selles e Ferreira (2009) consideram que o principal obstáculo para a escassez do uso de aulas práticas aos alunos é inicialmente a ausência de um espaço físico adequado para a realização dos experimentos (laboratório), além de outros relacionados à parte curricular, colocando as atividades práticas como parte acessória do ensino de Biologia e não como sua parte integrante. Apenas 38,8% das escolas públicas possuem laboratório físico de Ciências e Biologia para a realização de aulas práticas (Inep, 2019), tornando-se um obstáculo a ser superado.

O objetivo do presente trabalho é facilitar e instigar a aprendizagem dos alunos, utilizando a raiz tuberosa de mandioca para permitir a compreensão de tópicos de Bioquímica. Assim, a proposta experimental utiliza materiais simples e de baixo custo, não necessitando a existência de laboratório físico para a realização da aula prática. A aula pode ser vivenciada até mesmo virtualmente, demonstrada pelo professor ou até mesmo replicada pelos próprios alunos em suas casas, por meio de uma explanação prévia pelo docente da disciplina; ao final pode ser sugerido aos alunos que respondam a um questionário ou que elaborem um relatório para avaliação e aumento da aprendizagem.

No contexto que vivemos atualmente, com a pandemia do novo coronavírus (SARS-CoV-2), as aulas têm seguido um modelo virtual ou semipresencial de ensino, e essa proposta experimental pode ser fortemente recomendada.

A mandioca-de-mesa é uma cultura alimentar de grande importância, pois é fonte de nutrição e energia para mais de 700 milhões de pessoas nas regiões tropicais e subtropicais do planeta (Gonçalves, 2014; Gonçalves et al., 2017; Embrapa, 2021). Pertencente à família das Euphorbiaceae, a mandioca é uma dicotiledônea, perene, monoica com tamanho da planta oscilando entre 1m a 5m de altura (Figura 1a); em média, a altura máxima não ultrapassa 3m (Ceballos; Cruz, 2002). Segundo dados relatados por Ceballos (2004), a cultura da mandioca é muito rústica, crescendo bem em condições marginais, onde poucas outras culturas poderiam sobreviver. Suas raízes tuberosas (Figura 1b) possuem uma das maiores fontes de amido, sendo de destacada importância para a alimentação humana. No entanto, as raízes tuberosas de mandioca possuem teores variados de toxicidade em função da presença de glicosídeos cianogênicos. A faixa de teores destes glicosídeos é utilizada para classificar as plantas de mandioca em: mansas (baixos teores), bravas (teores elevados) e intermediárias (Oliveira et al., 2012). Assim, a forma mais segura e comum de consumir essa raiz tuberosa é submetendo-as a cozimento, permitindo que o ácido cianídrico evapore. Além do uso na alimentação humana, a mandioca é de grande versatilidade, sendo utilizada também na alimentação animal e na indústria (El-Sharkawy, 2004). Suas flores são monoicas, ou seja, apresentam flores masculinas (Figura 1c) e femininas (Figura 1d) separadas na mesma planta e seus frutos (Figura 1e) são esquizocarpáceos (fruto seco resultante de um ovário multicarpelar), com a formação de cocas com a presença de coluna central (Carvalho; Fukuda, 2006). Suas sementes (Figura 1f) são menores que as da mamona (Ricinus communis L.), alocadas nas lojas das cápsulas, medindo em média 10mm de comprimento e 6mm de largura (Viégas, 1976).

Figura 1: Aspectos gerais da planta de mandioca (Manihot esculenta Crantz): a) planta de mandioca adulta, com parte aérea desenvolvida; b) raiz tuberosa, evidenciando-se sua polpa com córtex branco rico em amido; c) flor masculina; d) flor feminina; e) fruto esquizocarpáceo; f) sementes.

Fonte: De a) até d) Gonçalves, 2014; e) Wikimedia Commons, 2021a; e f) Wikimedia Commons, 2021b.

No Quadro 1 estão dispostos o objetivo, o conteúdo e as habilidades que podem ser abordados com os alunos na realização da atividade prática.

Quadro 1: Objetivo, conteúdo e habilidades trabalhados na atividade

Metodologia

A proposta experimental deste artigo possui caráter didático; a análise dos seus resultados exibe ótica qualitativa. A primeira atividade prática possui como principal objetivo auxiliar os alunos na compreensão da estrutura e função dos carboidratos (amido). Nesse sentido, é proposto aos alunos um meio de identificação visual qualitativa do amido utilizando o lugol (5%) aplicado nas raízes tuberosas de mandioca. O tempo de realização é de aproximadamente 40 minutos.

A segunda atividade é um experimento para identificação da atuação da enzima catalase utilizando o peróxido de hidrogênio a 3% (H₂O₂) em raízes cruas e cozidas de mandioca, no intuito de potencializar o ensino dos estudantes no que tange aos assuntos de proteínas, enzimas e desnaturação proteica. Essa parte possui tempo médio de realização de 50 minutos. Mais à frente, são propostas algumas questões que podem ser trabalhadas com alunos para promover a fixação e avaliação dos tópicos abordados.

1ª Atividade prática: Identificando o amido nas raízes tuberosas de mandioca por meio do lugol (5%)

Materiais necessários e condução do experimento

• Mandioca crua descascada e cortada em um cubo pequeno;
• Solução de iodo a 5% (facilmente adquirido em farmácias);
• Faca;
• 2 Pires;
• Caneta marcadora.

No primeiro pires, que será o controle do experimento, pingar algumas gotas de lugol a 5% em sua superfície. Observar e anotar sua coloração. Após isso, alertar aos alunos que peçam a ajuda de um adulto para descascar e cortar a raiz de mandioca em um cubo pequeno de aproximadamente 3cm³, utilizando uma faca. Após esse procedimento, colocá-la em um pires e pingar algumas gotas de lugol 5% em sua extremidade superior. Observar e anotar os resultados.

2ª Atividade prática: Ação da enzima catalase por meio do peróxido de hidrogênio (H₂O₂) (3%) na raiz tuberosa de mandioca

Materiais necessários e condução do experimento:

• Mandioca crua descascada e cortada em um cubo pequeno;
• Pedaço de mandioca descascada e cozida;
• Faca;
• 2 Pires;
• 1 Tubo de ensaio ou xícara;
• Água oxigenada ou H₂O₂ ou peróxido de hidrogênio a 3% (facilmente adquirido em farmácias);
• Caneta marcadora;
• Micro-ondas ou fogão;
• Conta-gotas, pipeta Pasteur ou seringa de 5mL (facilmente adquirida em farmácias).

O tubo de ensaio ou a xícara será o controle do experimento; colocar um pouco de água oxigenada e armazenar. No primeiro pires, colocar a mandioca crua e pingar em sua superfície algumas gotas de água oxigenada, observar e anotar os resultados. No segundo pires, colocar a mandioca cozida (sugere-se cozinhá-la na panela de pressão na presença de um adulto), e em sua superfície pingar algumas gotas de água oxigenada, observar as reações e anotar os resultados.

Resultados esperados e discussões dos experimentos no escopo da Biologia

Na Figura 2, encontram-se dispostos os resultados da primeira atividade prática proposta. O que aconteceu com a coloração resultante da adição do lugol em contato com a raiz tuberosa de mandioca? Segundo Ferreira, Costa e Araújo (2008), o lugol é uma solução formada por iodo e iodeto de potássio que se complexa entre as cadeias de polissacarídeos (amido) por meio da ligação química do tipo íon-dipolo. Essa ligação altera sua coloração inicialmente do marrom escuro (Figura 2a) para o azul escuro (Figura 2b). Assim, o lugol composto por iodo (I₃) e iodeto de potássio (KI) irá se complexar dentro das macromoléculas de amido presentes na raiz tuberosa de mandioca, mudando sua coloração para o azul escuro.

Nessa etapa da aula prática, o professor pode discutir com os estudantes sobre a estrutura bioquímica dos carboidratos e sua classificação em monossacarídeos, dissacarídeos (oligossacarídeos) e polissacarídeos.

Figura 2: Resultados da atividade experimental na identificação do amido por meio do lugol a 5% na raiz tuberosa de mandioca. Notar à esquerda a coloração original marrom escuro do lugol (controle) e à direita o tom azul escuro que adquiriu em contato com a raiz tuberosa de mandioca

Segundo Júnior e Sasson (2005), os monossacarídeos possuem normalmente a fórmula molecular C_n(H₂O)_n, em que n varia geralmente de três a sete. Segundo os autores, os monossacarídeos mais frequentes nos organismos são as pentoses (5 carbonos), como é o caso da ribose e a desoxirribose, e as hexoses (6 carbonos) como glicose, frutose e galactose. Os oligossacarídeos são moléculas constituídas pela união de dois a dez monossacarídeos; a sacarose (açúcar comum), lactose (açúcar do leite) e a maltose (açúcar do malte) são os exemplos mais rotineiros de oligossacarídeos (Júnior; Sasson, 2005). Os polissacarídeos são constituídos por muitas unidades de monossacarídeos, sendo as vezes ramificados; o amido, o glicogênio (com função de reserva energética animal) e a celulose (fornece estrutura às paredes celulares dos vegetais) são os exemplos mais comumente relatados dessas macromoléculas (Júnior; Sasson, 2005). Vale ressaltar aos alunos que o amido é um polissacarídeo formado por várias unidades de glicose, tendo papel de grande importância na célula vegetal, fornecedor de reserva energética; nas nossas células (animais), o glicogênio realiza essa função.

Na segunda proposta da atividade prática, os resultados podem ser observados na Figura 3. O que aconteceu com o nosso controle da reação? Na Figura 3a, nenhuma reação visível foi observada. No entanto, em contato com a luz solar (Mattos et al., 2003) e até mesmo com calor, pode haver de maneira muito lenta e imperceptível a decomposição do peróxido de hidrogênio em oxigênio e água, liberando calor (Novaes et al., 2013).

Figura 3: Resultados da atividade experimental na ação da atividade da enzima catalase por meio da adição do peróxido de hidrogênio (H₂O₂) na raiz tuberosa de mandioca: a) Controle da reação; b) Presença de bolhas efervescentes; c) Ausência de reação.

No pires que continha a raiz de mandioca crua mais água oxigenada (Figura 3b), foi possível visualizar a ocorrência de bolhas e grande efervescência. O que pode explicar o aparecimento de tais fenômenos? O professor pode comentar com os alunos que, em detrimento da presença da enzima catalase no interior das células vegetais da raiz de mandioca, ocorreu uma reação química entre a enzima e o peróxido de hidrogênio administrado. A enzima catalase catalisou a conversão do substrato (H₂O₂ fornecido), transformando-o em moléculas de água, oxigênio e calor. As bolhas que se desprenderam da mandioca após a adição do peróxido de hidrogênio (H₂O₂) nada mais são do que moléculas de oxigênio.

O professor pode comentar com os alunos que a enzima catalase representa importante papel nas células animais e vegetais. O peróxido de hidrogênio (H₂O₂) é nocivo para as células, devendo ser transformado, por meio da enzima catalase, em produtos atóxicos, como é o caso das bolhas efervescentes (oxigênio), água e calor que observamos na Figura 3b.

No âmbito da Bioquímica, essa atividade prática pode ser de grande valor para destacar o papel determinante das enzimas nas células dos seres vivos, acelerando a ocorrência de reações químicas. Se não existissem as enzimas, não teríamos a ocorrência das reações químicas dentro dos organismos, sendo incompatível com a vida.

No terceiro pires, que continha a mandioca cozida e água oxigenada (Figura 3c), não ocorreu nenhuma reação, ou seja, não houve aparecimento de bolhas efervescentes. Como pode ser explicado esse fenômeno? O professor pode explicar aos estudantes que, ao cozinhar a mandioca, pelo calor, ocorreu a desnaturação da enzima catalase presente na raiz tuberosa. Essa desnaturação levou a enzima catalase a perder sua função catalítica, e o resultado desse evento é a ausência da decomposição do peróxido de hidrogênio. Assim, o professor pode comentar com os alunos que o calor pode ser uma das causas da desnaturação das proteínas (enzimas), além de outros fatores, como variações de pH, congelamento, agentes químicos (solventes orgânicos) etc.

A desnaturação é definida por Campbell (2000, p. 722) como "o desenrolamento da estrutura tridimensional de uma macromolécula causado pela quebra de interações não covalentes", levando à perda de sua função. Assim, as interações não covalentes são: pontes de hidrogênio, interações iônicas, interações hidrofóbicas e de Van de Waals.

Segundo Campbell (2000), o calor age desnaturando as proteínas, pois causa vibração no interior das moléculas e a energia resultante dessas vibrações pode fazer com que a estrutura terciária seja desfeita, levando então à desnaturação da proteína.

Questões propostas

1. Descreva detalhadamente o que ocorreu em cada um dos experimentos. Elabore uma hipótese para explicar os resultados em cada um deles.
2. No primeiro experimento, explique de maneira sucinta a mudança de coloração do lugol quando em contato com a raiz tuberosa da mandioca.
3. No segundo experimento, imagine que você, em vez de realizar a cocção da mandioca, colocou-a crua em um copo contendo solução pura de NaOH (hidróxido de sódio) + H₂O₂ (Peróxido de hidrogênio). O que você esperaria que ocorresse? Explique sua resposta.

Respostas esperadas para as questões propostas

Experimento 1:

Pires 1 – Controle: coloração original marrom escuro do reagente inalterado.

Pires 2 – Mandioca crua + lugol 5%: em detrimento da presença de amido na raiz tuberosa, o reagente lugol (composto por iodo e iodeto de potássio) se complexou nessas macromoléculas, mudando sua coloração para azul escuro.

Experimento 2:

Pires 1 – Controle: nada ocorreu.

Pires 2 – Mandioca crua + H₂O₂: reação catalítica entre o peróxido de hidrogênio (substrato) e a enzima catalase presente na raiz tuberosa da mandioca, formando como produtos o gás oxigênio (bolhas efervescentes) + água + calor.

Pires 3 – Mandioca cozida + H₂O₂: Nenhuma reação ocorreu, pois houve a desnaturação da enzima catalase pelo calor (cozimento da mandioca).

2. No pires 2, em detrimento da presença de amido na raiz tuberosa, o reagente lugol (composto por iodo e iodeto de potássio) se complexou nessas macromoléculas, mudando sua coloração para azul escuro.

3. Ao invés de realizar a cocção da mandioca e submetê-la crua em uma solução concentrada de hidróxido de sódio, não iremos observar nenhuma reação química. A ausência de reação nesse caso pode ser devida à desnaturação da enzima catalase, em função da variação brusca de pH do meio, uma vez que ficará extremamente básico pela adição do NaOH. Segundo Voet, Voet e Pratt (2008, p. 159), "as variações de pH alteram o estado iônico das cadeias laterais de aminoácidos, alterando, portanto, a distribuição de cargas e a exigência de ligações de hidrogênio", levando as proteínas a se desnaturarem, perdendo sua função.

Conclusões

A abordagem de aulas práticas pode ser de grande impacto, pois o uso dessa metodologia permite facilitar o processo de ensino-aprendizagem, transpondo para a prática o que foi aprendido na aula teórica. Além disso, essa modalidade didática tem o papel de instigar o lado criativo e científico dos discentes, desenvolvendo a ótica de experimentação em ciências.

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