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

Tiago Maretti Gonçalves

Professor de Biologia, doutor em Ciências (Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular – UFSCar)

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

Competências

Descrição

Objetivo

Facilitar a compreensão de tópicos de Bioquímica pelos alunos do 2º ano do Ensino Médio na disciplina de Biologia.

Conteúdo

Bioquímica: aspectos relacionados aos carboidratos, classificação dos carboidratos, amido, enzimas, catalase e desnaturação.

Habilidades

Desenvolver nos alunos a prática de atividades experimentais científicas, além de formular hipóteses e explicar os resultados obtidos.

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 Cn(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.

Referências

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Publicado em 14 de dezembro de 2021

Como citar este artigo (ABNT)

GONÇALVES, Tiago Maretti. Utilizando a raiz tuberosa de mandioca em aulas práticas de Biologia para estudantes do Ensino Médio. Revista Educação Pública, v. 21, nº 45, 14 de dezembro de 2021. Disponível em: https://educacaopublica.cecierj.edu.br/artigos/21/45/utilizando-a-raiz-tuberosa-de-mandioca-em-aulas-praticas-de-biologia-para-estudantes-do-ensino-medio