Ensinando Biologia em tempos de pandemia: um laboratório caseiro com materiais simples e de baixo custo para a simulação da digestão de proteínas

Tiago Maretti Gonçalves

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

A Fisiologia Humana (termo que significa “conhecimento da natureza do homem”) é a área da Biologia que estuda o funcionamento normal de um organismo e de suas partes, incluindo todos os processos físicos e químicos (Silverthorn, 2017, p. 2). No Ensino Médio, na disciplina de Biologia, muitos alunos encaram a área de Fisiologia como complexa, uma vez que possui vasto conteúdo e mecanismos que devem ser muito bem assimilados e compreendidos, podendo desmotivar a aprendizagem. Assim sendo, a busca de metodologias alternativas de ensino aliadas às aulas teóricas pode ser de grande importância, com o objetivo de facilitar o processo de ensino-aprendizagem (Gonçalves, 2021, p. 4.855); uma delas é o uso de aulas práticas (experimentação).

Nos dias atuais, a experimentação científica passou a ser grande aliada do ensino de Ciências e Biologia e possui grande importância dentro da sala de aula, uma vez que, segundo Borges (2002, p. 17), seus objetivos estão relacionados a verificar e comprovar leis e teorias científicas, ensinar o método científico, facilitar a aprendizagem e compreensão de conceitos e ensinar habilidades práticas. Assim, de acordo com Lunetta (1991, p. 17), as aulas práticas são de suma importância no desenvolvimento de conceitos científicos, além de promover que os alunos aprendam como abordar de maneira mais objetiva o seu cotidiano e como solucionar problemas complexos.

Sabendo da grande importância da experimentação científica dentro da Biologia no ensino, essas atividades experimentais na escola ainda são pouco frequentes, embora os professores acreditem que esse tipo de metodologia pode transformar e inovar o ensino de Ciências (Gil Pérez et al., 1999). Um dos motivos para a baixa frequência dessa abordagem no ensino de Biologia é a escassez de recursos financeiros para a construção de laboratórios físicos ou a incapacidade de manutenção, por  possuírem materiais de alto custo, inviabilizando assim sua prática. Orlando et al. (2009, p. 2) reforçam que, no nosso país, a existência de laboratórios de Biologia nas escolas públicas ainda é pouco comum; no entanto, esse espaço físico é mais comumente disponível aos alunos em escolas particulares de alto nível. Outro aspecto que afeta o uso das aulas práticas no cotidiano escolar é o desinteresse dos alunos pela presença de número excessivo deles dentro da classe; somado a isso, ocorre a escassez de material disponível para uso no laboratório. Não obstante, pode-se destacar, segundo Interaminense (2019, p. 347), a própria formação dos professores, que, muitas vezes, não tiveram preparo acadêmico para esse tipo de atividade ou não receberam formação continuada em relação às inovações tecnológicas disponíveis.

Vale a pena ressaltar que essa atividade será realizada por jovens adolescentes que estão cursando o segundo ano do Ensino Médio (faixa etária de15 a16 anos). Assim, na etapa da fervura da gelatina, é recomendado que um adulto esteja supervisionando, uma vez que o uso do fogão sem auxílio pode causar acidentes. O mesmo pode ser sugerido para quando for cortar as frutas.

No Quadro 1 estão dispostos, de maneira sucinta, o objetivo, o conteúdo e as habilidades que o professor pode abordar com os alunos com a realização da atividade prática.

Quadro 1: Objetivo, conteúdo e habilidades trabalhados na atividade

Competências

Descrição

Objetivo da atividade prática

Facilitar a compreensão da degradação de proteínas pelos materiais utilizados, além de evidenciar aos alunos que muitas frutas que comemos possuem ação digestiva.

Conteúdo abordado

Fisiologia animal (digestão de proteínas).

Habilidades

Desenvolver no aluno a prática de atividades experimentais científicas, além de formular hipóteses e explicar os resultados obtidos.

Dessa maneira, o objetivo principal deste trabalho é a proposta de uma aula prática para facilitar a aprendizagem de tópicos de Fisiologia Animal aplicados na disciplina de Biologia no Ensino Médio. Nessa aula, os alunos irão utilizar materiais simples e de baixo custo para simular a digestão de proteínas e irão compreender o mecanismo de ação das enzimas bromelina, papaína, sachê de enzimas digestivas e amaciante de carne na degradação da proteína de colágeno existente na gelatina em pó. Por fim, devido à atual situação em que vivemos, da pandemia da Covid-19, esta prática pode ser feita em casa pelos próprios alunos, que ao final dela irão responder a um questionário, posteriormente enviado ao professor para correções e discussões futuras.

Materiais utilizados na atividade prática

- 1 mamão verde;

- 1 abacaxi verde;

- Gelatina em pó em embalagem de 20g;

- Como opção, pode ser utilizada  clara de ovo em vez de gelatina;

- 1 sachê de complexo de enzimas digestivas em pó (adquirido em farmácias ou em casas de produtos naturais);

- 1 amaciante de carne (adquirido em supermercados);

- 1 liquidificador ou processador;

- 1 peneira para filtrar o suco das frutas;

- fogão;

-  5 seringas graduadas com 5mL (facilmente adquiridas em farmácias);

- 1 colher das de chá;

- 1 faca sem ponta;

- 5 potes pequenos de150mL cada um;

- 5 copinhos de café de 10mL cada um;

- 1 frasco de 500mL

- 1 caneta de retroprojetor, marcatexto, ou caneta hidrocor.

Procedimentos

A gelatina deve ser preparada dissolvendo-se conforme consta nas instruções do fabricante e fervida no fogão. Aqui, como se usa o fogão, é importante pedir auxílio para um adulto para evitar possíveis acidentes domésticos. Depois de pronta, dissolvida e preparada, ela deverá ser armazenada em um frasco de vidro de 500mL.

Para obter o suco do mamão verde, é necessário cortá-lo em pequenos pedaços. Nessa etapa, devemos utilizar uma faca sem ponta para picá-lo. Aqui, vale a pena ressaltar que o mamão verde deve ser cortado sem retirar sua casca (Figura 1a). A explicação para manter a casca do mamão é a grande presença da enzima papaína, cujo importante papel iremos discutir mais à frente nesta aula prática. Após cortar o mamão com a casca em pequenos pedaços, estes deverão ser batidos por alguns minutos no liquidificador com meio copo d’água para permitir maior solubilidade do suco. Após esse processo, devemos peneirá-lo com uma pequena peneira de cozinha para a retirada dos grumos e pedaços das frutas, obtendo-se assim um líquido mais filtrado (Figura 1b). O suco de mamão obtido deverá ser armazenado em um pote de plástico de 150mL (Figura 1c).

Figura 1: Processamento do mamão para obtenção do suco: a) mamão verde picado com casca; b) suco do mamão processado no liquidificador e peneirado; c) suco filtrado de mamão acondicionado em pote de plástico de 150mL

Para o abacaxi, a primeira etapa é retirar sua casca, uma vez que ela é muito rígida (Figura 2a). Nessa etapa do experimento, devemos ter cuidado redobrado, pois, como a casca é muito resistente, podem ocorrer acidentes. Como sugestão, deve-se pedir para um adulto realizar a tarefa utilizando uma faca mais afiada. Depois de cortada a fruta em pequenos pedaços, estes deverão ser coados (Figura 2b) e seu suco armazenado em um pote de 150mL (Figura 2c).

Figura 2: Processamento do abacaxi para obtenção do suco: a) abacaxi picado; b) suco do abacaxi processado no liquidificador e peneirado; c) suco filtrado de abacaxi acondicionado em pote de plástico de 150mL

Deve-se preparar os copinhos de café 10mL, enumerando-os de 1 a 5 com caneta de retroprojetor. O copinho 1 será caracterizado como nosso controle, pois conterá gelatina + água. O copinho 2 terá mamão + gelatina; o 3, abacaxi + gelatina; o 4, sachê de enzimas + gelatina; por fim, o copinho 5 terá amaciante de carne + gelatina. Após enumerar os copinhos, colocar, com o auxílio da seringa, um total de 4mL de gelatina líquida em cada um dos copinhos. Aqui é importante ressaltar que deve-se  esperar alguns minutos até que a gelatina fervida possa esfriar, evitando-se, assim, acidentes.

Continuidade do experimento

No copinho de café 1, deverão ser colocados 2mL de água. Aqui, é importante ressaltar que esse copinho será o controle da nossa reação, ou seja, para verificar se a gelatina realmente endureceu, não havendo nenhum problema. Na próxima etapa, com auxílio da seringa, devemos colocar, no copinho 2, um total de 2mL do suco de mamão verde; no copinho 3, colocar 2mL do suco de abacaxi, e no copinho 4 colocar o sachê das enzimas digestivas em pó adquiridas. Por último, no copinho 5, colocar uma colher das de chá do amaciante de carne em pó.

A etapa seguinte é colocar os copinhos preparados na geladeira e esperar que o copinho 1, que é o nosso controle, esteja endurecido. Essa etapa pode levar, no máximo, 15 minutos. Após isso, devem ser retirados todos os copinhos para análise e registro dos resultados.

Resultados esperados

O que aconteceu com o copinho 1? Esse é o nosso controle, e ele endureceu normalmente, o que já era esperado (Figura 3). Nessa etapa do experimento, o professor pode discutir com os alunos o porquê de a gelatina endurecer. A resposta para essa pergunta está no fato de a gelatina conter uma proteína denominada colágeno, que possui uma longa sequência de aminoácidos. Sua estrutura molecular de aminoácidos é formada por três cadeias que são muito fracas. Assim, ao adicionarmos água e ferver essa gelatina (colágeno), as ligações químicas entre essas cadeias irão se romper, dissolvendo-se em água. Agora, ao colocar na geladeira, a temperatura mais baixa faz com que as cadeias voltem a se unir, formando a estrutura tripla novamente. No entanto como foi adicionada água, iremos ter as moléculas de água em conjunto com as cadeias triplas de colágeno formando uma rede rígida, que é a gelatina que comemos.

Figura 3: Copinho 1 (controle) com água + gelatina endurecida

No copinho 2, que contém suco de mamão, a gelatina não endureceu (Figura 4a); o mesmo pode ser observado no copinho 3, com extrato de abacaxi: a gelatina também não endureceu (Figura 4b). Nessa etapa do experimento, o professor deve chamar a atenção dos alunos e questionar o porquê de a gelatina não endurecer nesses copinhos. Para o copinho 2, a gelatina não endureceu devido ao fato de o suco de mamão conter uma enzima, a papaína, que possui atividade proteolítica, ou seja, essa enzima atua clivando a estrutura proteica do colágeno, fazendo com que ela não endureça e fique aquosa (Figura 4a). Vale explicar aos alunos que a papaína é uma enzima presente na casca do mamão que, além de possuir atividade de degradação de proteínas (proteolítica), possui ação bactericida e anti-inflamatória, podendo até mesmo auxiliar na cicatrização de ferimentos (Tavares et al., 2019).

No copinho 3, a gelatina também não endureceu (Figura 4b), o que está relacionado à presença da enzima bromelina no abacaxi. Essa enzima degrada o colágeno da gelatina, não deixando-a se solidificar. Aqui também ocorre o acontecimento do copinho 2, ou seja, a atividade proteolítica da enzima clivou a estrutura molecular do colágeno, ficando uma solução aquosa. Nos copinhos 4 e 5, o que aconteceu com a gelatina? No copinho 4, foi utilizado um sachê que é composto por várias enzimas digestivas, como lipase, lactase, amilase, bromelina e protease. No copinho 5, foi utilizado o amaciante de carne, que possui em seu conteúdo a papaína, a bromelina e a ficina provenientes do figo. Tanto o sachê como o amaciante possuem efetiva degradação de proteínas, pois as enzimas presentes quebram as proteínas em peptídeos menores e, no nosso caso, a gelatina, clivando o colágeno em peptídeos bem pequenos, visualizando-se, assim, um líquido viscoso em ambos os copinhos. (Figuras 4c e 4d).

Figura 4. Resultados do experimento: a) copinho 2: gelatina degradada pela enzima papaína presente no extrato de mamão; b) copinho 3: gelatina degradada pela enzima bromelina presente no extrato de abacaxi; c) copinho 4: gelatina degradada pelo sachê das enzimas digestivas em pó; e d) copinho 5: degradação da gelatina pelo amaciante de carne. Observar a aparência de líquido viscoso

Correlacionando os assuntos abordados na aula prática à aula teórica de sistema digestório para os alunos do Ensino Médio na disciplina Biologia

Essa atividade prática foi em parte, baseada no experimento publicado por Rossi-Rodrigues et al. (2012).No entanto, a aula prática aqui proposta possui diversas modificações e inclusões (como é o caso, por exemplo do sachê de enzimas e o amaciante de carne), a fim de tornar o protocolo mais completo incrementando as discussões e problematizações entre o professor e o aluno.

Além disso, a metodologia do presente artigo permite ao estudante efetuá-la em sua própria casa, uma vez que as aulas têm seguido o modelo virtual de ensino. Assim, a aula prática proposta é recomendada para ser ministrada aos alunos após a aula teórica de Fisiologia Animal em que se trabalha o sistema digestório humano dentro da disciplina Biologia no Ensino Médio. Nesse âmbito, podemos comentar e discutir com os alunos que ocorre na boca a primeira ação enzimática a partir das glândulas salivares (ptialina) no amido, quebrando-o em unidades de glicose para só assim ocorrer a absorção no corpo humano. Já os alimentos que contêm proteínas são degradados no estômago com a ação de pepsinas que, com o auxílio do suco gástrico, clivam as cadeias das proteínas em aminoácidos menores.

No intestino delgado, apesar de ocorrer grande parte da absorção dos nutrientes, também temos a ocorrência de enzimas degradando proteínas, como é o caso da tripsina. Assim, nessa aula prática, o papel das enzimas bromelina do abacaxi e papaína do mamão possuem relação com as enzimas presentes no suco gástrico do estômago, que degrada as proteínas, processando os alimentos em partículas menores prontas para serem absorvidas no intestino por meio das vilosidades e microvilosidades. Então, segundo a sabedoria ancestral, quando se ingere uma dieta rica em proteínas, é recomendado comer fatias de abacaxi ou de mamão logo em seguida para auxiliar na digestão.

Para enriquecer a atividade e possibilitar a apreensão do conhecimento pelos alunos, a seguir está exposto um questionário que deverá ser respondido e entregue ao professor ao final da realização da aula prática.

Questionário

1. Descreva detalhadamente o que ocorreu em cada um dos copinhos. Elabore uma hipótese para explicar os resultados em cada um deles.

2. Você imagina que as frutas utilizadas neste experimento poderiam auxiliar no processo de digestão? E no amaciamento de carnes? Explique sua resposta.

3. Qual a composição química do sachê enzimático utilizado por você (observe no verso da embalagem)? Ele possui o mesmo papel da bromelina e da papaína encontradas respectivamente no abacaxi e no mamão? Explique sua resposta.

4. Em qual parte do sistema digestório ocorre a degradação (digestão) das proteínas? Indique os locais e as principais enzimas digestivas atuantes no processo.

5. Agora você tem uma xícara com leite integral e adiciona cerca de 20 gotas de limão. Depois de alguns minutos, o que aconteceu? Descreva. Esse experimento possui relação com a aula prática de degradação de enzimas pelo mamão, papaína, sachê enzimático e amaciante de carne? Justifique sua resposta baseando-se nos resultados obtidos.

Conclusões

A abordagem de aulas práticas pode ser de grande importância, pois facilita o processo de ensino-aprendizagem dos alunos, transpondo para a prática o que foi aprendido na aula teórica em sala de aula. Além disso, desperta o lado criativo e científico do aluno, potencializando a ótica de experimentação em ciências.

Respostas esperadas do questionário proposto

1. Descrição do que aconteceu em cada copinho:

Copinho 1: gelatina endurecida;

Copinho 2: gelatina degradada pela enzima papaína, presente no extrato de mamão;

Copinho 3: gelatina degradada pela enzima bromelina, presente no extrato de abacaxi;

Copinho 4: gelatina degradada pelo sachê das enzimas digestivas em pó;

Copinho 5: degradação da gelatina pelo amaciante de carne.

Explicação de cada acontecimento:

O copinho 1 é o nosso controle. Nesse copinho a gelatina irá endurecer sem nenhuma interferência, como é o esperado. No copinho 2, a gelatina ficará aquosa e não irá endurecer. Esse fenômeno pode ser explicado pela presença de enzimas (papaína) presentes no extrato do mamão que quebram as proteínas da gelatina (colágeno), deixando a gelatina amolecida. No copinho 3, pela adição do extrato de abacaxi, a gelatina não endureceu, devido ao fato de as enzimas presentes no abacaxi (bromelina) degradarem a gelatina. Nos copinhos 4 e 5, o sachê de enzimas e o amaciante de carne, respectivamente, possuem enzimas que quebram as proteínas do colágeno na gelatina. Podemos então observar a formação de um líquido de aparência viscosa.

2. Sim, tanto as frutas quanto o amaciante de carnes utilizados na presente aula prática podem auxiliar no processo da digestão, pois eles possuem enzimas capazes de digerir proteínas, tornando-as peptídeos menores, facilitando sua digestão e consequente absorção pelo organismo.

3. Essa pergunta pode ter várias respostas, a depender do sachê de enzimas que o aluno adquiriu para fazer a aula prática. No entanto, o sachê de enzimas que rotineiramente é vendido em farmácias e casas de produtos naturais possui em sua composição uma série de enzimas que atuam da digestão de proteínas, como a bromelina e outras proteases, além de enzimas capazes de quebrar o amido (amilase) e lipídios (lipases). O sachê de enzimas possui o mesmo papel das enzimas papaína e bromelina observadas no experimento, pois possui como função a digestão (degradação) de proteínas.

4. A degradação (digestão) das proteínas ocorre inicialmente no estômago. Como nessa parte do organismo o pH do meio é ácido em detrimento do ácido clorídrico, a enzima pepsina irá iniciar a quebra das ligações existentes entre os aminoácidos (ligações peptídicas), transformando-as em pequenas cadeias peptídicas. Quando o alimento chega ao intestino delgado (a porção chamada duodeno), ocorre a liberação da enzima enteroquinase, que irá ativar outras enzimas, como a tripsina. Esta poderá desencadear uma cascata de reações ativando outras enzimas para ocorrer a digestão de mais proteínas.

5. Ao pingar 20 gotas de limão no leite integral, depois de alguns minutos ele fica coalhado, exibindo uma parte líquida transparente em sua extremidade (Figura 5).

Figura 5: Degradação das proteínas do leite mediante a presença de limão. Observar a formação de coalho (setas)

Esse experimento se relaciona com a aula prática da degradação das proteínas. No entanto, o que é alterado é o pH do meio, devido ao fato de o limão ser muito ácido (presença de ácido cítrico), o que leva à desnaturação (degradação) das proteínas do leite (formação de coalho).

Referências

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Publicado em 09 de fevereiro de 2021

Como citar este artigo (ABNT)

GONÇALVES, Tiago Maretti. Ensinando Biologia em tempos de pandemia: um laboratório caseiro com materiais simples e de baixo custo para a simulação da digestão de proteínas. Revista Educação Pública, v. 21, nº 5, 9 de fevereiro de 2021. Disponível em: https://educacaopublica.cecierj.edu.br/artigos/21/5/ensinando-biologia-em-tempos-de-pandemia-um-laboratorio-caseiro-com-materiais-simples-e-de-baixo-custo-para-a-simulacao-da-digestao-de-proteinas