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title: "A composição química dos seres vivos"
book: "Biologia do ensino médio"
subject: biology
language: pt
chapter: 1
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos
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# Capítulo 1 — A 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.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-chemistry-of-life/fig-4837e4d843c5.svg)

*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](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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](#def-g10-chemistry-of-life-mineral-organic). Queime essa matéria seca e sobrevivem cerca de $0.1\,\mathrm{g}$ de cinza clara — os [sais minerais](#def-g10-chemistry-of-life-mineral-organic); 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.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-chemistry-of-life/img-c3a36adee838.jpg)

*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](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#ch-g10-universal-dna) .

![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.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-chemistry-of-life/fig-9caccdb8a5b9.svg)

*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](#def-g10-chemistry-of-life-families) $41\,\mathrm{g}$ (dos quais açúcares $3\,\mathrm{g}$), gorduras $3\,\mathrm{g}$, [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) $9\,\mathrm{g}$, fibras $7\,\mathrm{g}$, sal $1.1\,\mathrm{g}$. O resto — cerca de $39\,\mathrm{g}$ — é água. “[Carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families)” aqui é sobretudo amido, “açúcares” são os simples, “fibras” é celulose (um [carboidrato](#def-g10-chemistry-of-life-families) que não conseguimos digerir), “gorduras” são os [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families), “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](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) são a reserva compacta de energia de longo prazo ( $38\,\mathrm{kJ}$ por grama, contra $17\,\mathrm{kJ}$ por grama para [carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families) e [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) ), e os [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) de membrana formam o envelope de toda célula;
- as [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) guardam as instruções para construir as [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) .

**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%.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-chemistry-of-life/fig-a692656a6274.svg)

*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](#def-g10-chemistry-of-life-families), um recém-nascido mais água), mas a água sempre domina e o [carboidrato](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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.

1. *Água* : uma tira de papel de cloreto de cobalto azul fica rosa; ou seque a amostra e meça a massa perdida.
2. *Amido* : uma gota de solução de iodo passa de amarelo-castanho a azul-escuro, quase preto.
3. *Açúcares simples* (glicose, frutose…): aqueça com o reagente de Fehling ou de Benedict; a solução azul dá um precipitado vermelho-tijolo.
4. *[Proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families)* : o teste do biureto — algumas gotas de sulfato de cobre em solução alcalina ficam violeta.
5. *[Lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families)* : a amostra deixa no papel uma mancha translúcida que não seca; o corante vermelho Sudan III a tinge.
6. *[Sais minerais](#def-g10-chemistry-of-life-mineral-organic)* : 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](#def-g10-chemistry-of-life-families), cerca de 2% da massa fresca); nenhuma mancha translúcida (quase nenhum [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families)). 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](#def-g10-chemistry-of-life-families), 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](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/6-planos-de-organizacao-e-ancestralidade-comum#ch-g10-common-ancestry) 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.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-chemistry-of-life/img-a202930aa71e.jpg)

*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 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](#def-g10-chemistry-of-life-mineral-organic) e [matéria orgânica](#def-g10-chemistry-of-life-mineral-organic): água, glicose, cloreto de sódio, um triglicerídeo, fosfato de cálcio, um [aminoácido](#def-g10-chemistry-of-life-families), gás carbônico.

**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](#def-g10-chemistry-of-life-families).

**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 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](#def-g10-chemistry-of-life-families), (c) [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families)? Dê o resultado esperado em cada caso.

**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](#def-g10-chemistry-of-life-families), [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families), [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families), [ácidos nucleicos](#def-g10-chemistry-of-life-families).

**Solução de Exercício 1.5.**

[Carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families): açúcares simples como a glicose. [Lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families): glicerol e ácidos graxos. [Proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families): [aminoácidos](#def-g10-chemistry-of-life-families) (vinte tipos). [Ácidos nucleicos](#def-g10-chemistry-of-life-families): 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 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) são 17% da massa corporal, qual é a massa de [proteína](#def-g10-chemistry-of-life-families)?

**Solução de Exercício 1.7.**

Água: $0.62 \times 70 = 43.4\,\mathrm{kg}$. Matéria seca: $70 - 43.4 =
26.6\,\mathrm{kg}$. [Proteína](#def-g10-chemistry-of-life-families): $0.17 \times 70 = 11.9\,\mathrm{kg}$.

**Exercício 1.8 ★★.**

Uma barra de cereal contém, por $100\,\mathrm{g}$, $60\,\mathrm{g}$ de [carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families), $12\,\mathrm{g}$ de [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) e $8\,\mathrm{g}$ de [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families). Usando os valores energéticos da [Proposição 1.12](#prop-g10-chemistry-of-life-roles), calcule a energia fornecida por $100\,\mathrm{g}$ da barra, e a fração que vem dos [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families).

**Solução de Exercício 1.8.**

[Carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families) $60 \times 17 = 1020\,\mathrm{kJ}$; [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) $12 \times 38 =
456\,\mathrm{kJ}$; [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) $8 \times 17 = 136\,\mathrm{kJ}$; total $1612\,\mathrm{kJ}$, cerca de $1600\,\mathrm{kJ}$. Os [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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 de Exercício 1.9.**

Pão: azul-escuro — a farinha é sobretudo amido. Queijo: nenhuma mudança de cor além do próprio tom do iodo — [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) e [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families), 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 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](#def-g10-chemistry-of-life-mineral-organic), 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 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 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 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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](#def-g10-chemistry-of-life-families). Calcule a energia de cada reserva, e a massa que um corpo precisaria carregar para guardar a energia da reserva de [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families) como glicogênio hidratado. Conclua sobre por que os animais armazenam gordura.

**Solução de Exercício 1.14.**

Glicogênio: $500 \times 17 = 8500\,\mathrm{kJ}$. [Lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families): $10000 \times 38 =
3.8 \times 10^{5}\,\mathrm{kJ}$. 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](#def-g10-chemistry-of-life-families).

**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 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](#def-g10-chemistry-of-life-families), 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](#def-g10-chemistry-of-life-families), 2% [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families), 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) 17%, [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) 16%, minerais 6%, [carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families) 1%). Frações mássicas dos elementos dentro de cada família: tome os [carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families) como 40% carbono, os [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) como 77% carbono, as [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) como 53% carbono e 16% nitrogênio.

**Parte I — O grão.**

1. Um grão de massa $45\,\mathrm{mg}$ é seco. Que massa de água ele perde, e qual é a massa seca dele?
2. Calcule as massas de amido, [proteína](#def-g10-chemistry-of-life-families) e [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families) na matéria seca de um grão.
3. Que testes do [Método 1.14](#met-g10-chemistry-of-life-tests) confirmariam cada um desses três constituintes num grão moído?
4. O grão é plantado e regado; três dias depois a plântula é 88% água. Explique por que a germinação não pode começar a 13%.
5. 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.**

6. 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?
7. Usando a composição seca do grão para a farinha, estime as massas de amido e de [proteína](#def-g10-chemistry-of-life-families) do pão.
8. Usando $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ para [carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families) e [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) e $38\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ para [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) , estime o conteúdo energético do pão.
9. Lea come $120\,\mathrm{g}$ desse pão. Que fração de uma necessidade diária de cerca de $10\,000\,\mathrm{kJ}$ isso cobre?
10. 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.**

11. Calcule a massa de água do corpo de Lea.
12. Calcule as massas de [proteína](#def-g10-chemistry-of-life-families) , de [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families) , de mineral e de [carboidrato](#def-g10-chemistry-of-life-families) .
13. 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?
14. 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?
15. 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.**

16. Usando as frações de carbono de cada família, calcule a massa de carbono dos [carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families) , dos [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) e das [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) de Lea, depois a massa total de carbono.
17. Que fração da massa corporal dela é carbono? Compare com os 18.5% da [Proposição 1.2](#prop-g10-chemistry-of-life-four) e comente a concordância.
18. Calcule a massa de nitrogênio das [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) dela. De onde veio, no fim das contas, esse nitrogênio?
19. 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](#prop-g10-chemistry-of-life-four) . Que molécula explica a maior parte do oxigênio do corpo?
20. 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 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.12 \times 39.2 \approx 4.7\,\mathrm{mg}$; [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.02 \times 39.2
\approx 0.8\,\mathrm{mg}$.

**3.** Iodo (azul-escuro) para o amido; biureto (violeta) para a [proteína](#def-g10-chemistry-of-life-families); uma mancha translúcida no papel ou o Sudan III para o [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families).

**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](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.12 \times 435 \approx
52\,\mathrm{g}$ ([lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.17 \times 60 = 10.2\,\mathrm{kg}$; [lipídio](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.16
\times 60 = 9.6\,\mathrm{kg}$; minerais $3.6\,\mathrm{kg}$; [carboidratos](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.6\,\mathrm{kg}$.

**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](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.40 \times 0.6 = 0.24\,\mathrm{kg}$; [lipídios](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.77 \times 9.6 \approx 7.4\,\mathrm{kg}$; [proteínas](#def-g10-chemistry-of-life-families) $0.53 \times 10.2
\approx 5.4\,\mathrm{kg}$. 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](#def-g10-chemistry-of-life-families) 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.