Biologia do ensino médio · Grades 10–12

1A composição química dos seres vivos

Deixe uma fatia de pão tempo demais na grelha e ela fica preta: o que sobra é quase só carbono. Pese uma fatia de maçã fresca, seque-a por um dia num forno morno, pese-a de novo: cinco sextos da massa dela saíram como vapor de água. Pão, maçã, carvalho, água-viva, você — todo ser vivo é construído, lá no fundo, a partir da mesma lista curta de ingredientes químicos, e essa lista não é a lista de que são feitas as rochas. Este capítulo desmonta a matéria viva, ingrediente por ingrediente, e pergunta o que a torna distinta.

1.1 Os elementos: os mesmos átomos das rochas, em outras proporções

Definição 1.1 (Composição química da matéria viva)

A composição química de uma amostra de matéria viva é a lista dos elementos químicos que ela contém, com a fração da massa da amostra que cada um representa. Ela é medida desmontando quimicamente a amostra — queimando-a, pesando o que evapora e o que resta, analisando os gases liberados — e não olhando para ela.

Proposição 1.2 (Quatro elementos formam 96% de um corpo vivo)

Em massa, a matéria viva é feita quase inteiramente de quatro elementos: oxigênio (O), carbono (C), hidrogênio (H) e nitrogênio (N). No corpo humano eles respondem por cerca de 65%, 18.5%, 9.5% e 3.2% da massa — 96% juntos. Cálcio, fósforo, potássio, enxofre, sódio, cloro e magnésio dividem a maior parte dos 4% restantes, e uma dúzia de oligoelementos (ferro, zinco, iodo, cobre…) estão presentes muito abaixo de 0.1% e ainda assim são indispensáveis. Os mesmos quatro elementos dominam numa bactéria, num pé de trigo ou numa baleia, em proporções parecidas.

Demonstração. Admitido neste nível. ∎

Os mesmos elementos, duas receitas bem diferentes: frações mássicas dos principais elementos num corpo humano e nas rochas da crosta terrestre (as barras pequenas não levam rótulo: o cálcio é 1.5% de um corpo; o carbono é 0.02% da crosta, o hidrogênio 0.14%, o nitrogênio 0.002%; silício, alumínio e ferro são apenas traços num corpo). Carbono, hidrogênio e nitrogênio são abundantes na matéria viva e raros na rocha; silício, alumínio e ferro fazem o contrário.

Exemplo 1.3 (A matéria viva contra a rocha)

A crosta terrestre também é 46% oxigênio, mas os elementos seguintes dela são silício (28%), alumínio (8%) e ferro (5.6%). O carbono compõe 0.02% da crosta e o nitrogênio 0.002%, contra 18.5% e 3.2% de um corpo. Um ser vivo não é, portanto, uma amostra do que o cerca: ele concentra alguns elementos por um fator de mil ou mais. Essa seleção é a primeira assinatura química da vida.

Observação 1.4 (De onde vêm os átomos)

Cada um desses átomos é banal: o carbono dos seus músculos era gás carbônico do ar antes de uma planta o fixar, o nitrogênio das suas proteínas era nitrogênio do ar antes de bactérias do solo o capturarem. O que a vida tem de especial não são os átomos, e sim o modo como eles são montados e as proporções em que são reunidos.

1.2 A água e os sais minerais

Definição 1.5 (Matéria mineral e matéria orgânica)

As moléculas de um ser vivo se dividem em dois grupos. A matéria mineral é feita de moléculas que também existem fora dos seres vivos: a água e os sais minerais dissolvidos (íons como $\mathrm{Na^+}$ , $\mathrm{K^+}$ , $\mathrm{Ca^{2+}}$ , $\mathrm{Cl^-}$ , fosfato e bicarbonato). A matéria orgânica é feita de moléculas construídas sobre um esqueleto de átomos de carbono ligados a hidrogênio e, em geral, a oxigênio e nitrogênio — moléculas que, na Terra, só são feitas por seres vivos ou a partir dos restos deles.

Proposição 1.6 (A água é o constituinte principal)

A água é a molécula mais abundante de todo ser vivo: cerca de 60% a 65% da massa de um adulto humano, 75% da de um recém-nascido, 85% da de uma maçã, 95% da de uma água-viva, mas apenas 13% da de um grão de trigo dormente. O teor de água de uma amostra é medido pesando-a, secando-a a cerca de $105\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ até a massa parar de cair, e pesando-a de novo: a massa perdida é a água.

Demonstração. Admitido neste nível. ∎

Exemplo 1.7 (Secando uma fatia de maçã)

Uma fatia de maçã fresca de massa $24.0\,\mathrm{g}$ é seca até a massa dela estabilizar em $3.6\,\mathrm{g}$ . Água perdida: $24.0 - 3.6 = 20.4\,\mathrm{g}$ , ou seja $20.4/24.0 = 0.85$ , isto é 85% da massa fresca. Os $3.6\,\mathrm{g}$ que restam são a matéria seca: moléculas orgânicas mais sais minerais. Queime essa matéria seca e sobrevivem cerca de $0.1\,\mathrm{g}$ de cinza clara — os sais minerais; o resto, a parte orgânica, saiu como gás carbônico e vapor de água.

Uma fatia de maçã fresca e a mesma fatia depois de seca: o que resta é a matéria seca, um sexto da massa inicial. O resto era água.

Proposição 1.8 (O que a água faz)

A água é onde a química de uma célula acontece: ela dissolve sais, açúcares e a maioria das moléculas orgânicas pequenas, de modo que elas possam se encontrar e reagir; ela as transporta de um lugar para outro (o plasma sanguíneo é 90% água, a seiva bem mais); e, porque é preciso muita energia para aquecê-la, ela amortece a temperatura do organismo contra mudanças bruscas. Perder 10% da água do corpo é uma emergência médica; uma semente dormente, a 13%, simplesmente desligou a química dela até a água voltar.

Demonstração. Admitido neste nível. ∎

Exemplo 1.9 (Sais minerais que dá para nomear)

O fosfato de cálcio enrijece os ossos e os dentes (o cálcio é 1.5% da massa do corpo, quase todo no esqueleto). Os íons sódio e cloreto fixam a salinidade do sangue, perto de $9\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ ; os íons potássio estão concentrados dentro das células; o ferro fica no coração da hemoglobina; o iodo é necessário para fabricar o hormônio da glândula tireoide. Um sal mineral nunca é fonte de energia, mas um corpo privado de um deles falha numa tarefa precisa.

1.3 As moléculas orgânicas: quatro famílias

Definição 1.10 (Carboidratos, lipídios, proteínas, ácidos nucleicos)

As moléculas orgânicas pertencem a quatro famílias.

Os carboidratos (açúcares) contêm apenas carbono, hidrogênio e oxigênio. Os açúcares simples são unidades isoladas, como a glicose $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$ ; os carboidratos complexos são cadeias de centenas ou milhares de unidades de glicose — amido e celulose nos vegetais, glicogênio nos animais.
Os lipídios (gorduras e óleos) também contêm apenas C, H e O, mas com bem menos oxigênio, e não se dissolvem em água. Os mais comuns são os triglicerídeos, cada um feito de uma molécula de glicerol unida a três longas cadeias de ácido graxo.
As proteínas são cadeias de aminoácidos: vinte tipos de aminoácido, todos contendo nitrogênio, ligados numa ordem precisa em cadeias de cinquenta a vários milhares de unidades que se dobram numa forma definida.
Os ácidos nucleicos (DNA e RNA) são cadeias de nucleotídeos, contendo fósforo além de C, H, O e N; eles guardam e transmitem a informação genética, e são o assunto do Capítulo 3.

As quatro famílias de moléculas orgânicas. Cada molécula grande é uma cadeia de blocos de construção pequenos; a identidade do bloco, e o modo como a cadeia é arranjada, decidem o que a molécula faz.

Exemplo 1.11 (Lendo um rótulo de alimento)

Um rótulo de pão integral traz, por $100\,\mathrm{g}$ : carboidratos $41\,\mathrm{g}$ (dos quais açúcares $3\,\mathrm{g}$ ), gorduras $3\,\mathrm{g}$ , proteínas $9\,\mathrm{g}$ , fibras $7\,\mathrm{g}$ , sal $1.1\,\mathrm{g}$ . O resto — cerca de $39\,\mathrm{g}$ — é água. “Carboidratos” aqui é sobretudo amido, “açúcares” são os simples, “fibras” é celulose (um carboidrato que não conseguimos digerir), “gorduras” são os lipídios, “sal” é um sal mineral. Um rótulo é uma análise química, arredondada.

Proposição 1.12 (Para que serve cada família)

As famílias dividem o trabalho de uma célula, com sobreposições:

os carboidratos são o combustível do dia a dia (a glicose) e a reserva de curto prazo dele (amido, glicogênio), e a celulose é o material de construção das paredes das células vegetais;
os lipídios são a reserva compacta de energia de longo prazo ( $38\,\mathrm{kJ}$ por grama, contra $17\,\mathrm{kJ}$ por grama para carboidratos e proteínas), e os lipídios de membrana formam o envelope de toda célula;
as proteínas são as máquinas: as enzimas que fazem funcionar cada reação, as fibras que contraem o músculo, os transportadores, os anticorpos, os receptores;
os ácidos nucleicos guardam as instruções para construir as proteínas.

Demonstração. Admitido neste nível. ∎

Composição de um corpo humano adulto em massa, em por cento. Os números variam com a idade e o porte (um atleta magro carrega menos lipídio, um recém-nascido mais água), mas a água sempre domina e o carboidrato livre nunca passa de cerca de 1%.

Observação 1.13 (As moléculas grandes e a forma da vida)

As moléculas da rocha são pequenas e repetitivas (um cristal de quartzo é $\mathrm{SiO_2}$ repetido sem fim). As moléculas características da vida são enormes — uma única proteína pode conter dez mil átomos, uma molécula de DNA bilhões — e informativas: a ordem dos blocos de construção delas carrega uma mensagem. Nada no mundo mineral se parece com uma molécula cuja sequência quer dizer alguma coisa.

1.4 Identificar os constituintes

Método 1.14 (Os testes clássicos das famílias)

Cada família tem um teste simples que dá um resultado visível.

Água: uma tira de papel de cloreto de cobalto azul fica rosa; ou seque a amostra e meça a massa perdida.
Amido: uma gota de solução de iodo passa de amarelo-castanho a azul-escuro, quase preto.
Açúcares simples (glicose, frutose…): aqueça com o reagente de Fehling ou de Benedict; a solução azul dá um precipitado vermelho-tijolo.
Proteínas: o teste do biureto — algumas gotas de sulfato de cobre em solução alcalina ficam violeta.
Lipídios: a amostra deixa no papel uma mancha translúcida que não seca; o corante vermelho Sudan III a tinge.
Sais minerais: queime a matéria seca por completo; a cinza que sobrevive é mineral. Íons específicos são identificados por precipitação (nitrato de prata para o cloreto, por exemplo).

Faça sempre um controle com água pura, e outro com uma amostra positiva conhecida, para ter certeza de que o reagente funciona e de que uma mudança de cor quer dizer o que você pensa.

Exemplo 1.15 (Analisando uma batata)

Uma fatia de batata crua: o papel de cloreto de cobalto fica rosa (água); o iodo fica azul-escuro na hora (amido, abundante); o reagente de Fehling dá só um tom alaranjado fraco (pouco açúcar livre); o biureto dá um violeta pálido (alguma proteína, cerca de 2% da massa fresca); nenhuma mancha translúcida (quase nenhum lipídio). A secagem deixa 22% da massa; queimar isso deixa 1% de cinza. A batata é uma reserva de amido embrulhada em água — exatamente o que uma planta precisa para atravessar o inverno debaixo da terra.

Proposição 1.16 (Unidade de composição)

Seja qual for o organismo — bactéria, cogumelo, planta, animal —, os mesmos testes encontram as mesmas quatro famílias, feitas dos mesmos blocos de construção: os mesmos vinte aminoácidos, a mesma glicose, os mesmos quatro nucleotídeos. Um ser vivo não se distingue por ter átomos especiais ou blocos de construção especiais, e sim pelas proporções que mantém, pelas moléculas muito grandes que monta e pela informação que essas moléculas carregam. Essa unidade química é um dos argumentos mais fortes de que todos os seres vivos compartilham uma origem comum, um argumento que o Capítulo 6 vai retomar.

Demonstração. Admitido neste nível. ∎

Pão deixado tempo demais na grelha. O resíduo preto é quase só carbono: as moléculas orgânicas do pão perderam o hidrogênio e o oxigênio delas como vapor de água e gás carbônico, deixando para trás o esqueleto de carbono.

1.5 Exercícios

Exercício 1.1 ★

Cite os quatro elementos que formam 96% da massa de um corpo vivo, com as porcentagens aproximadas deles num ser humano.

Solução

Solução de Exercício 1.1.

Oxigênio (cerca de 65%), carbono (18.5%), hidrogênio (9.5%) e nitrogênio (3.2%): juntos, 96% da massa corporal.

Exercício 1.2 ★

Classifique em matéria mineral e matéria orgânica: água, glicose, cloreto de sódio, um triglicerídeo, fosfato de cálcio, um aminoácido, gás carbônico.

Solução

Solução de Exercício 1.2.

Mineral: água, cloreto de sódio, fosfato de cálcio, gás carbônico (um composto de carbono, mas fabricado fora da vida e sem esqueleto carbono–hidrogênio). Orgânica: glicose, o triglicerídeo, o aminoácido.

Exercício 1.3 ★

Uma folha de alface fresca de massa $12.0\,\mathrm{g}$ é seca até massa constante: $0.6\,\mathrm{g}$ . Qual é o teor de água dela, em por cento?

Solução

Solução de Exercício 1.3.

Água perdida $12.0 - 0.6 = 11.4\,\mathrm{g}$ ; $11.4/12.0 = 0.95$ : a folha é 95% água.

Exercício 1.4 ★

Que teste você usaria para mostrar que uma semente de feijão contém (a) amido, (b) proteína, (c) lipídios? Dê o resultado esperado em cada caso.

Solução

Solução de Exercício 1.4.

(a) Solução de iodo na semente moída: azul-escuro. (b) Reagente de biureto: violeta. (c) Esmague a semente sobre papel: uma mancha translúcida que não seca; o Sudan III a tinge de vermelho.

Exercício 1.5 ★

Dê o bloco de construção de cada família: carboidratos, lipídios, proteínas, ácidos nucleicos.

Solução

Solução de Exercício 1.5.

Carboidratos: açúcares simples como a glicose. Lipídios: glicerol e ácidos graxos. Proteínas: aminoácidos (vinte tipos). Ácidos nucleicos: nucleotídeos (quatro tipos).

Exercício 1.6 ★★

Usando a primeira figura do capítulo, por que fator o carbono é mais concentrado num corpo humano do que na crosta terrestre? E o nitrogênio? Comente.

Solução

Solução de Exercício 1.6.

Carbono: $18.5/0.02 \approx 900$ vezes mais concentrado. Nitrogênio: $3.2/0.002 = 1600$ vezes. A matéria viva não é uma amostra do que a cerca: ela reúne alguns elementos raros por fatores de mil, o que é uma assinatura química da vida.

Exercício 1.7 ★★

Um adulto de massa $70\,\mathrm{kg}$ é 62% água. Calcule a massa de água do corpo, depois a massa da matéria seca. Se as proteínas são 17% da massa corporal, qual é a massa de proteína?

Solução

Solução de Exercício 1.7.

Água: $0.62 \times 70 = 43.4\,\mathrm{kg}$ . Matéria seca: $70 - 43.4 = 26.6\,\mathrm{kg}$ . Proteína: $0.17 \times 70 = 11.9\,\mathrm{kg}$ .

Exercício 1.8 ★★

Uma barra de cereal contém, por $100\,\mathrm{g}$ , $60\,\mathrm{g}$ de carboidratos, $12\,\mathrm{g}$ de lipídios e $8\,\mathrm{g}$ de proteínas. Usando os valores energéticos da Proposição 1.12, calcule a energia fornecida por $100\,\mathrm{g}$ da barra, e a fração que vem dos lipídios.

Solução

Solução de Exercício 1.8.

Carboidratos $60 \times 17 = 1020\,\mathrm{kJ}$ ; lipídios $12 \times 38 = 456\,\mathrm{kJ}$ ; proteínas $8 \times 17 = 136\,\mathrm{kJ}$ ; total $1612\,\mathrm{kJ}$ , cerca de $1600\,\mathrm{kJ}$ . Os lipídios fornecem $456/1612 \approx 28\%$ da energia com apenas 12% da massa.

Exercício 1.9 ★★

Adiciona-se solução de iodo a uma fatia de pão, a uma fatia de queijo e a um torrão de açúcar. Preveja o resultado em cada caso e explique.

Solução

Solução de Exercício 1.9.

Pão: azul-escuro — a farinha é sobretudo amido. Queijo: nenhuma mudança de cor além do próprio tom do iodo — proteínas e lipídios, sem amido. Açúcar: nenhuma mudança — a sacarose é um açúcar simples, não amido; o iodo só detecta a longa cadeia de amido.

Exercício 1.10 ★★

Por que a matéria seca de uma planta queima, enquanto a cinza que ela deixa não queima? De que família de matéria é cada uma?

Solução

Solução de Exercício 1.10.

A matéria seca é sobretudo orgânica: moléculas de carbono e hidrogênio que se combinam com o oxigênio, liberando energia, gás carbônico e água. A cinza são os sais minerais, já plenamente combinados com o oxigênio; nada neles pode queimar.

Exercício 1.11 ★★

São dadas duas soluções: uma de glicose, outra de amido. O teste de Fehling é positivo só para a primeira, o iodo só para a segunda. E no entanto o amido é feito de glicose. Proponha uma explicação.

Solução

Solução de Exercício 1.11.

O reagente de Fehling reage com um grupo químico livre carregado por moléculas isoladas de glicose; no amido as unidades de glicose estão unidas umas às outras e esses grupos ficam trancados dentro da cadeia, de modo que o reagente não encontra nada. O iodo, ao contrário, se aloja na longa cadeia enrolada do amido, que moléculas isoladas de glicose não formam. Cada teste detecta uma estrutura, não um elemento.

Exercício 1.12 ★★★

Um grão de trigo contém 13% de água; uma plântula de trigo três dias depois da germinação contém 88%. Explique a mudança, e o que ela diz a você sobre o papel da água na química do grão.

Solução

Solução de Exercício 1.12.

O grão absorveu água em massa. A 13% as reservas estão sólidas e as enzimas não conseguem trabalhar: a química do grão está desligada e ele sobrevive dormente. A água dissolve as reservas, deixa as enzimas agirem e leva os produtos ao embrião em crescimento: a química só recomeça quando a água é abundante.

Exercício 1.13 ★★★

O plasma sanguíneo contém cerca de $9\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ de cloreto de sódio e cerca de $1\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ de glicose. Um paciente recebe $500\,\mathrm{mL}$ de uma solução intravenosa. Que massas de sal e de glicose ela deve conter para igualar o plasma? Por que a água pura seria perigosa?

Solução

Solução de Exercício 1.13.

Sal: $9 \times 0.5 = 4.5\,\mathrm{g}$ ; glicose: $1 \times 0.5 = 0.5\,\mathrm{g}$ . A água pura diluiria o plasma; a água entraria então nas hemácias, que inchariam e estourariam.

Exercício 1.14 ★★★

Os lipídios armazenam $38\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ , o glicogênio $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ ; além disso cada grama de glicogênio do corpo é armazenada com cerca de $3\,\mathrm{g}$ de água. Uma pessoa carrega $0.5\,\mathrm{kg}$ de glicogênio e $10\,\mathrm{kg}$ de lipídio. Calcule a energia de cada reserva, e a massa que um corpo precisaria carregar para guardar a energia da reserva de lipídio como glicogênio hidratado. Conclua sobre por que os animais armazenam gordura.

Solução

Solução de Exercício 1.14.

Glicogênio: $500 \times 17 = 8500\,\mathrm{kJ}$ . Lipídio: $10000 \times 38 = 3.8 \times 10^{5}\,\mathrm{kJ}$ . Para guardar $3.8 \times 10^{5}\,\mathrm{kJ}$ como glicogênio: $380000/17 \approx 22.4\,\mathrm{kg}$ de glicogênio, mais três vezes essa massa de água, cerca de $90\,\mathrm{kg}$ ao todo — mais do que a pessoa. A gordura armazena aproximadamente nove vezes mais energia por quilograma carregado, e é por isso que os animais que precisam se mover guardam as reservas deles como lipídio.

Exercício 1.15 ★★★

“Os seres vivos são feitos dos mesmos átomos que as rochas, logo não há nada quimicamente especial na vida.” Discuta essa afirmação num parágrafo curto, usando três argumentos precisos do capítulo.

Solução

Solução de Exercício 1.15.

Os átomos são de fato banais, mas (1) as proporções não são: a matéria viva concentra o carbono mil vezes e o nitrogênio muito mais, contra uma crosta de oxigênio e silício; (2) as moléculas não são: só os seres vivos montam o carbono em cadeias gigantes — proteínas, amido, DNA — cujo tamanho não tem equivalente mineral; (3) essas moléculas carregam informação na ordem das unidades delas, e nenhum cristal faz isso. A vida é quimicamente especial na organização, não nos átomos.

1.6 Problema: o carbono de um ser humano

Problema 1.1

Problema de fim de semana — de um campo de trigo a um corpo: um balanço da matéria, da água de um grão ao número de quilogramas de carbono que uma pessoa carrega

Uma turma segue a matéria de um campo de trigo até o corpo de um dos alunos dela. Dados: um grão de trigo é 13% água, e a matéria seca dele é cerca de 70% amido, 12% proteína, 2% lipídio, 2% mineral, o resto celulose. A farinha de pão guarda aproximadamente a composição da parte interna do grão. A aluna, Lea, tem massa de $60\,\mathrm{kg}$ ; use a composição do adulto da segunda figura (água 60%, proteínas 17%, lipídios 16%, minerais 6%, carboidratos 1%). Frações mássicas dos elementos dentro de cada família: tome os carboidratos como 40% carbono, os lipídios como 77% carbono, as proteínas como 53% carbono e 16% nitrogênio.

Parte I — O grão.

Um grão de massa $45\,\mathrm{mg}$ é seco. Que massa de água ele perde, e qual é a massa seca dele?
Calcule as massas de amido, proteína e lipídio na matéria seca de um grão.
Que testes do Método 1.14 confirmariam cada um desses três constituintes num grão moído?
O grão é plantado e regado; três dias depois a plântula é 88% água. Explique por que a germinação não pode começar a 13%.
Um hectare rende $8\,\mathrm{t}$ de grão. Que massa de água é colhida junto, e que massa de matéria seca?

Parte II — O pão.

Um pão é assado com $500\,\mathrm{g}$ de farinha, $320\,\mathrm{g}$ de água e $10\,\mathrm{g}$ de sal; ele perde $130\,\mathrm{g}$ de água no forno. Qual é a massa do pão assado, e o teor de água dele em por cento?
Usando a composição seca do grão para a farinha, estime as massas de amido e de proteína do pão.
Usando $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ para carboidratos e proteínas e $38\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ para lipídios, estime o conteúdo energético do pão.
Lea come $120\,\mathrm{g}$ desse pão. Que fração de uma necessidade diária de cerca de $10\,000\,\mathrm{kJ}$ isso cobre?
Por que o sal do pão não é uma fonte de energia, e para que ele serve no corpo?

Parte III — O corpo: a água e as famílias.

Calcule a massa de água do corpo de Lea.
Calcule as massas de proteína, de lipídio, de mineral e de carboidrato.
Lea perde $1.2\,\mathrm{kg}$ por transpiração durante uma corrida longa. Que fração da água do corpo dela é isso? Por que isso precisa ser reposto depressa?
O sangue dela, cerca de $4.5\,\mathrm{L}$ , é 55% plasma, e o plasma é 90% água. Estime a massa de água do sangue dela (tome $1\,\mathrm{kg}$ por litro). Que fração da água do corpo dela é isso? Onde está o resto?
Um recém-nascido é 75% água. Explique numa frase por que um bebê é mais vulnerável à desidratação do que um adulto.

Parte IV — O corpo: os elementos.

Usando as frações de carbono de cada família, calcule a massa de carbono dos carboidratos, dos lipídios e das proteínas de Lea, depois a massa total de carbono.
Que fração da massa corporal dela é carbono? Compare com os 18.5% da Proposição 1.2 e comente a concordância.
Calcule a massa de nitrogênio das proteínas dela. De onde veio, no fim das contas, esse nitrogênio?
A água é 89% oxigênio em massa. Calcule a massa de oxigênio carregada só pela água do corpo dela, e compare com os 65% da Proposição 1.2. Que molécula explica a maior parte do oxigênio do corpo?
Enuncie o resultado numa frase: quantos quilogramas de carbono uma pessoa de $60\,\mathrm{kg}$ carrega, e por quais dois processos biológicos esse carbono deixou o ar e entrou no corpo?

Solução

Solução de Problema 1.1.

1. Água $0.13 \times 45 = 5.9\,\mathrm{mg}$ ; massa seca $39.2\,\mathrm{mg}$ .

2. Amido $0.70 \times 39.2 \approx 27.4\,\mathrm{mg}$ ; proteína $0.12 \times 39.2 \approx 4.7\,\mathrm{mg}$ ; lipídio $0.02 \times 39.2 \approx 0.8\,\mathrm{mg}$ .

3. Iodo (azul-escuro) para o amido; biureto (violeta) para a proteína; uma mancha translúcida no papel ou o Sudan III para o lipídio.

4. A 13% as reservas estão sólidas e as enzimas inativas; a água precisa dissolver as reservas e deixar as reações correrem antes que o embrião possa crescer. A germinação começa pela absorção de água, e os 88% da plântula são o sinal de que a química dela está ligada.

5. Água $0.13 \times 8 = 1.04\,\mathrm{t}$ ; matéria seca $6.96\,\mathrm{t}$ , cerca de $7\,\mathrm{t}$ .

6. Massa $500 + 320 + 10 - 130 = 700\,\mathrm{g}$ . Água no pão: da farinha $0.13 \times 500 = 65\,\mathrm{g}$ , mais $320\,\mathrm{g}$ , menos $130\,\mathrm{g}$ : $255\,\mathrm{g}$ , ou seja $255/700 \approx 36\%$ .

7. Matéria seca da farinha $0.87 \times 500 = 435\,\mathrm{g}$ ; amido $0.70 \times 435 \approx 305\,\mathrm{g}$ ; proteína $0.12 \times 435 \approx 52\,\mathrm{g}$ (lipídio cerca de $9\,\mathrm{g}$ ).

8. $305 \times 17 + 52 \times 17 + 9 \times 38 \approx 5185 + 884 + 342 \approx 6400\,\mathrm{kJ}$ .

9. $120/700 \approx 0.17$ do pão: cerca de $1100\,\mathrm{kJ}$ , ou seja 11% de $10\,000\,\mathrm{kJ}$ .

10. O sal é mineral: ele já está plenamente oxidado e não tem ligações carbono–hidrogênio para queimar. No corpo, os íons dele fixam a salinidade do sangue e são necessários aos sinais nervosos e musculares.

11. $0.60 \times 60 = 36\,\mathrm{kg}$ de água.

12. Proteína $0.17 \times 60 = 10.2\,\mathrm{kg}$ ; lipídio $0.16 \times 60 = 9.6\,\mathrm{kg}$ ; minerais $3.6\,\mathrm{kg}$ ; carboidratos $0.6\,\mathrm{kg}$ .

13. $1.2/36 \approx 3.3\%$ da água dela. O volume de sangue e o controle da temperatura dependem dela; uma perda de 10% é perigosa, de modo que beber precisa repô-la em algumas horas.

14. Plasma $0.55 \times 4.5 \approx 2.5\,\mathrm{L}$ ; água $0.9 \times 2.5 \approx 2.2\,\mathrm{kg}$ , cerca de 6% da água do corpo. O resto está dentro das células (cerca de dois terços de toda a água do corpo) e no líquido entre as células.

15. Um bebê troca uma fração bem maior da água dele a cada dia (bebida, urina, pele) do que um adulto, de modo que algumas horas de perda sem ingestão tiram uma fração perigosa do total dele.

16. Carboidratos $0.40 \times 0.6 = 0.24\,\mathrm{kg}$ ; lipídios $0.77 \times 9.6 \approx 7.4\,\mathrm{kg}$ ; proteínas $0.53 \times 10.2 \approx 5.4\,\mathrm{kg}$ . Total cerca de $13\,\mathrm{kg}$ de carbono.

17. $13/60 \approx 22\%$ , contra 18.5%. A concordância é boa dadas as frações arredondadas das famílias e a variação do teor de lipídio entre indivíduos; um corpo mais magro dá um número menor.

18. $0.16 \times 10.2 \approx 1.6\,\mathrm{kg}$ de nitrogênio. Ele veio do nitrogênio do ar, capturado por bactérias do solo, absorvido pelas plantas e comido ao longo da cadeia alimentar.

19. $0.89 \times 36 \approx 32\,\mathrm{kg}$ de oxigênio, ou seja $32/60 \approx 53\%$ da massa corporal. Só a água já responde pela maior parte dos 65%; o restante é o oxigênio dentro das moléculas orgânicas.

20. Uma pessoa de $60\,\mathrm{kg}$ carrega cerca de $13\,\mathrm{kg}$ de carbono. Ele deixou o ar como gás carbônico pela fotossíntese das plantas, e entrou no corpo pela alimentação e pela digestão ao longo da cadeia alimentar.

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