Enem 2022 - dia 2 - Matemática e Ciências da natureza

A eritropoietina (EPO) é o hormônio responsável pela síntese de novas hemácias na medula óssea vermelha. As hemácias, também chamadas de eritrócitos, são células anucleadas em cujo citoplasma encontram-se moléculas de hemoglobina, pigmento proteico responsável pelo transporte de O₂ pelos tecidos. Ao aumentar a quantidade de EPO no organismo, haverá aumento na quantidade de hemácias do indivíduo, contribuindo para o incremento na capacidade de transporte de O₂, gás necessário para ocorrência da respiração celular aeróbica, processo no qual há formação de moléculas de ATP que fornecem energia para a atividade celular.

a) Incorreta. A frequência cardíaca não é diretamente influenciada pelo aumento de EPO no organismo. Usualmente, o aumento da frequência cardíaca ocorre em decorrência da presença de moléculas estimulantes como o hormônio adrenalina liberado em resposta à atividade do sistema nervoso autônomo.

b) Incorreta. A capacidade pulmonar se refere à capacidade de ar que os pulmões conseguem reter, e a presença de EPO não influencia nas vias respiratórias e tampouco na capacidade pulmonar.

c) Incorreta. A massa muscular de um indivíduo aumenta como consequência da atividade física e incremento na quantidade de fibras musculares. O uso de EPO melhora a capacidade da musculatura em obter O₂, porém não aumenta a massa muscular. 

d) Incorreta. A atividade anaeróbica, representada pela fermentação láctica que ocorre na musculatura em decorrência do baixo suprimento de O₂, será reduzida na realização do doping citado no enunciado, já que o suprimento de O₂ será aumentado. Com isso, a musculatura esquelética irá realizar mais respiração celular aeróbica e terá menor atividade anaeróbica.

e) Correta. Conforme explicação prévia.

Vamos analisar as duas variáveis em questão para ambos os casos (colisão com parede de pneus e de blocos), ou seja, vamos analisar a força trocada pelo carro e os obstáculos e a energia dissipada neste processo. 

1.  Força trocada na colisão. 

Lembre que o Impulso dado ao carro corresponde a variação da sua Quantidade de Movimento e, lembre também, que ambas são vetoriais (Impulso e Quantidade de Movimento). 

$\stackrel{\rightharpoonup }{I} = \stackrel{\rightharpoonup }{∆Q}$

O impulso pode ser expresso como o produto da força média F_m pelo intervalo de tempo que dura a colisão e podemos escrever a variação na quantidade de movimento como a diferença entre o valor da quantidade de movimento após a colisão e o seu valor antes. 

$$\begin{gathered} \stackrel{\rightharpoonup }{F_m}·∆t = {\stackrel{\rightharpoonup }{Q}}_{após} - {\stackrel{\rightharpoonup }{Q}}_{antes} \\ \stackrel{\rightharpoonup }{F_m} =\frac{ {\stackrel{\rightharpoonup }{Q}}_{após} - {\stackrel{\rightharpoonup }{Q}}_{antes}}{∆t} \end{gathered}$$

Como os tempos de colisão são considerados iguais, quanto maior a variação da quantidade de movimento, maior também será a força sobre o carro. 

Na colisão com a barreira de pneus, o carro bate e volta com uma velocidade menor (menor quantidade de movimento), de maneira que o impulso sobre o carro é dado pela diferença entre os vetores quantidade de movimento antes e após a colisão, conforme a imagem abaixo:

Na colisão com a parede de blocos, o carro não volta no sentido contrário após a colisão e, por isso, pára após colidir com a parede. Neste caso, o impulso sobre o carro é apenas o suficiente para fazer com que a quantidade de movimento final seja nula, ou seja, tem mesmo módulo que a quantidade de movimento antes da colisão, conforme imagem abaixo:

Desta maneira, a força sobre o carro é maior na colisão com a barreira de pneus do que com a barreira de tijolos. 

2. Energia dissipada

A energia dissipada corresponde a diferença entre a energia cinética antes da colisão e a energia cinética após a colisão:

$E_{dissipada} = E_{antes} - E_{após}$

Na colisão com a barreira de pneus o carro retorna com uma velocidade menor do que tinha antes da colisão, mas tal velocidade não é nula. 

Já no caso da colisão com a barreira de blocos, o carro não retorna e, portanto, termina a colisão com velocidade nula. 

Assim, para uma mesma quantidade de energia cinética antes da colisão (mesma velocidade de colisão), a maior dissipação de de energia ocorre quando a energia cinética se anula após a colisão, ou seja, a dissipação de energia é maior na colisão com a barreira de blocos. 

Portanto, a alternativa correta é a letra A. 

O pKa de um grupo funcional é um parâmetro que sugere sua acidez de modo que, quanto maior o valor de pKa do grupo, menor o caráter ácido da estrutura.     
De acordo com a teoria ácido-base de Brönsted-Lowry, os grupos podem se apresentar em suas formas protonada e desprotonada a depender do pH do meio de modo que, se o valor de pH maior que o pKa, o meio apresenta disponibilidade de íons OH^- suficiente para que o grupo funcional esteja em sua forma desprotonada na maior parte das moléculas, ou seja, tenha atuado como doador de H⁺.     
Da mesma forma, se o pH do meio é menor que o pKa, o grupo apresenta-se em sua forma protonada na maior parte das moléculas, ou seja, o meio é suficientemente ácido para que o grupo funcional atue como aceptor de H⁺.     
A tabela abaixo ilustra as formas protonada e desprotonada para os grupos funcionais presentes na estrutura da penicilamina: 

Considerando os valores de pKa fornecidos, na urina, (5 < pH_urina < 7), a penicilamina tem seus grupos com valores de pKa tais que: 

$\underset{10,5}{p{K}_{a,tiol}} > \underset{7,9}{p{K}_{a, amínio}}> p{H}_{urina} > \underset{1,8}{p{K}_{a,carboxila}}$

Assim, espera-se que os grupos tiol e amínio estejam em suas formas protonadas e o grupo carboxila esteja em sua forma desprotonada. Logo, espera-se que a estrutura da maior parte das moléculas de penicilamina nesse meio seja:

O protozoário flagelado Trypanosoma cruzi (Figura 1) é o causador da doença de Chagas, enfermidade transmitida pelo barbeiro (Figura 2), inseto hemíptero (percevejo) que se alimenta de sangue (hematófago). Quando o inseto pica uma pessoa, geralmente em sua face, ele defeca no local, de modo que os protozoários liberados junto com as fezes serão levados para a corrente sanguínea devido ao ato de coçar a pele da pessoa picada. Uma vez no organismo humano, o T. cruzi infecta células de defesa na fase aguda da doença, e células do coração, esôfago e intestino grosso na fase crônica.

Figura 1: protozoários T. cruzi no sangue de um indivíduo infectado.

Figura 2: barbeiro (gênero Rhodnius), vetor da doença de Chagas.

A vacina convencional é uma solução que contém um ou mais antígenos (proteínas ou carboidratos estranhos ao organismo) de um determinado patógeno que serão reconhecidos pelo sistema imune do indivíduo vacinado. Após o reconhecimento pelas células de defesa, o sistema imune irá produzir linfócitos B e T que se encarregarão da destruição do patógeno que expressa, em sua superfície, os antígenos. Enquanto os linfócitos B produzem anticorpos para a neutralização de patógenos localizados no meio extracelular, os linfócitos T são capazes de causar a morte celular de células infectadas por vírus ou de células tumorais (cancerosas).

A vacina desenvolvida por pesquisadores brasileiros é constituída por antígenos próprios de células tumorais. Porém, tais antígenos são produzidos por protozoários T. cruzi modificados, os quais são incapazes de causar a doença de Chagas nas pessoas infectadas. Assim, quando os protozoários entram no organismo do indivíduo vacinado, eles induzem uma resposta imune devido à presença de proteínas específicas do T. cruzi, mas também devido à presença de proteínas tumorais que são expressas em sua superfície.

As proteínas de superfície são inicialmente reconhecidas por macrófagos, células que fagocitam corpos estranhos e restos celulares. Os macrófagos, após a fagocitose do patógeno, irão apresentar os antígenos do T. cruzi, juntamente com os antígenos das células tumorais, para linfócitos T auxiliares (CD4+), os quais, por sua vez, irão ativar os linfócitos B (produtores de anticorpos) e os linfócitos T citotóxicos (CD8+) capazes de destruir células tumorais.

Portanto, a presença de antígenos próprios do patógeno, aliada à presença de proteínas características de células cancerosas, amplifica a capacidade do organismo vacinado em gerar células de memória contra as moléculas fabricadas pelas células tumorais.

a) Incorreta. A autoimunidade é uma resposta imune contra os próprios antígenos decorrente de falhas no sistema de auto tolerância. Com isso, são desencadeadas doenças autoimunes que causam a destruição das células saudáveis do próprio corpo. No mecanismo de funcionamento da vacina, não há qualquer alteração fisiológica que desencadeie mecanismos de autoimunidade.

b) Incorreta. Hipersensibilidade consiste em reações imunes lesivas ou patológicas causadas por respostas inflamatórias exacerbadas ou aberrantes contra determinados antígenos. Trata-se de uma resposta vinculada ao sistema imune inato que pode ocorrer em decorrência da ação contra antígenos exógenos, e também, respostas imunes dirigidas contra antígenos próprios.

c) Incorreta. A resposta imune inata consiste em mecanismos de defesa básicos presentes desde o nascimento do indivíduo e pode ser representada por mecanismos de barreiras (como a pele), secreções (como o muco) e células fagocitárias (como os neutrófilos). A vacinação induz a ativação de células do sistema imune adaptativo (específico), um mecanismo adquirido ao longo da vida do indivíduo e que ativa mecanismos de defesa mais refinados envolvendo os linfócitos B e T.

d) Correta. Conforme explicação prévia.

e) Incorreta. A inflamação é um processo inato que provoca acúmulo e ativação de glóbulos brancos e proteínas plasmáticas nos locais de infecção e/ou lesão do tecido. Estas células e proteínas atuam para destruir, principalmente, microrganismos extracelulares e eliminar tecidos que tenham sofrido danos. Processos anti-inflamatórios não são causados pela vacinação, uma vez que esta forma de imunização induz a produção de células de defesa específicas contra determinado antígeno, e não se trata de um mecanismo inato.

O enunciado nos fala que a velocidade de propagação do som na água é maior que no barco. Isso significa que o sinal sonoro emitido quando o bloco de gelo cai chegará antes ao dispositivo A, que se encontra na água, que no dispositivo B, que se encontra no ar. Os gráficos apresentados no exercício mostram exatamente isso: o sinal é detectado por A antes de ser detectado por B. Ao compararmos os dois gráficos veremos que ambos têm o mesmo formato e se compararmos pontos correspondentes nos sinais veremos que em B ele acontece aproximadamente 12 segundos depois do detectado em A.

No caso do ponto demarcado pela linha rosa sólida, por exemplo, ele ocorre em A aproximadamente no instante 220 s e em B aproximadamente em 232 s, que seria 12 s depois. Como outro exemplo temos o ponto demarcado pela linha verde pontilhada: ele acontece em A aproximadamente em 114 s e em B em 226 s, que são 12 s depois. Ou seja, o sinal demora cerca de 12 s a mais para chegar em B.

Chamemos de $T$ o tempo entre a queda do gelo e a chegada do sinal em A. Este seria o tempo necessário para que a onda sonora percorresse a distância $L$ entre a geleira e o detector A:

$v_{água}·T=L\Rightarrow$

$1540·T = L$     (1)

O tempo necessário para a onda sonora atingir o detector B seria $T+12 \mathrm{s}$, portanto:

$v_{ar}·(T+12)=L$

$340·(T+12) = L$     (2)

Unindo (1) e (2) teremos:

$1540·T=340·(T+12)\Rightarrow$

$T = 3,4 \mathrm{s}.$

Usando a equação 1 encontramos:

$1540·3,4=L\Rightarrow$

$L=5236 \mathrm{m}.$  

Como é pedido que se selecione a alternativa mais próxima desse resultado a alternativa correta é a (D), com resposta 5240m.

O dispositivo descrito no enunciado, também conhecido como "lâmpada de Moser", funciona com base na refração da luz que incide na metade que está exposta ao Sol, acima do telhado. Com a mudança na velocidade de propagação da luz, os raios luminosos acabam sofrendo um desvio na sua direção de propagação e, assim, penetram no interior da garrafa de água. Veja imagem abaixo:

Podemos, também, analisar as alternativas e, por exclusão, chegar na resposta correta:

a) Incorreta. Não ocorre difração pois tal fenômenos apenas ocorre quando o buraco ou obstáculo no qual a luz incide possui mesma ordem de grandeza que o comprimento de onda da luz e o enunciado do problema é explícito no seguinte trecho "Cada garrafa foi fixada ao telhado de sua casa em um buraco com diâmetro igual ao da garrafa, muito maior que o comprimento de onda da luz."

b) Incorreta. A absorção é responsável pela porção de luz que incide na água, mas que não sai na extremidade oposta, ou seja, a absorção contribui para que a luz não consiga atravessar a água na garrafa, exatamente o oposto do efeito desejado. 

c) Incorreta. A polarização da luz corresponde a seleção de uma direção preferencial de vibração dos campos elétrico e magnético que formam a radiação eletromagnética. Com a polarização da luz, uma porção da luz incidente não seria capaz de atravessar a garrafa com água e teríamos uma menor capacidade de iluminação, o oposto do efeito desejado. 

d) Incorreta. A reflexão faria com que a luz, ao incidir na superfície da água, voltasse para o meio de origem, não atravessando a garrada e, portanto, não permitindo uma boa iluminação do ambiente. 

e) Correta. A refração que os raios luminosos sofrem acaba desviando-os da sua direção de propagação e faz com que penetrem no interior da garrafa de água e, assim, iluminem o interior do cômodo. 

a) Incorreta. A coagulação envolve a aplicação de um agente coagulante, normalmente hidróxido de $\left(\mathrm{A}\mathcal{l}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3\right)$, que é obtido pela adição de cal $\left(\mathrm{CaO}\right)$ e sulfato de alumínio $\left(\mathrm{A}{\mathcal{l}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3\right)$, responsável por aglutinar partículas em suspensão, formando flocos. Também pode ser utilizado o cloreto de ferro III ou cloreto férrico $\left(\mathrm{FeC}{\mathcal{l}}_3\right)$.

b) Correta. Decantação é o processo em que a mistura é deixada em repouso para que os flocos mais densos que a água se depositem no fundo do recipiente por ação da gravidade. É nessa etapa que a maior parte das partículas em suspensão, responsáveis pelo aspecto turvo, é retirada.

c) Incorreta. A filtração é a etapa em que a água passa por um filtro de camadas (areia, cascalho e carvão ativado) para a remoção de partículas que não foram retiradas na etapa anterior (decantação). A quantidade de partículas retiradas na filtração é menor do que na fase de decantação.

d) Incorreta. Desinfecção é realizada pela adição de hipoclorito $\left(\mathrm{C}\mathcal{l}{\mathrm{O}}^{-}\right)$, podendo também ser utilizado ozônio $\left({\mathrm{O}}_3\right)$,  luz ultravioleta ou íons de prata, que são agentes responsáveis por destruir microorganismos patogênicos.

e) Incorreta. A fluoretação consiste na adição de fluoreto $\left({\mathrm{F}}^{-}\right)$ com o objetivo de prevenir cáries.

A questão exige conhecimentos sobre o processo de respiração celular aeróbica, que pode ser dividido em quatro etapas: glicólise, oxidação do piruvato, ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico) e fosforilação oxidativa. Dessas etapas, a glicólise ocorre no citosol, enquanto as outras são realizadas no interior da mitocôndria, sendo que a oxidação do piruvato e o ciclo do ácido cítrico ocorrem na matriz mitocondrial e a fosforilação oxidativa na crista mitocondrial (membrana interna da mitocôndria). 

Figura: BIOLOGIA de Campbell. Coautoria de Jane B. Reece et al. 10. ed. Porto Alegre: ArtMed, 2015. E-BOOK. (1 recurso online). ISBN 9788582712306. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788582712306. Acesso em: 20 nov. 2022.

A ATP sintase (denominada ATP sintetase no enunciado) atua na etapa de fosforilação oxidativa, que ocorre na crista mitocondrial e utiliza os transportadores de elétrons e hidrogênios NADH e FADH₂ produzidos nas etapas anteriores. Na cadeia de proteínas transportadoras de elétrons, imersas na membrana interna da mitocôndria, os elétrons são obtidos a partir do NADH ou FADH₂ e são transferidos para a molécula com maior afinidade por ele, sendo que a energia do transporte de elétrons é utilizada para bombear prótons H⁺ (pelos complexos I, III e IV) para o espaço intermembranas. Posteriormente, os prótons que estão concentrados no espaço intermembranas, retornam para a matriz mitocondrial passando pela ATP sintase, sendo que a força motriz dos prótons é utilizada na síntese de ATP a partir de ADP⁺ + Pi. Ao retornar para a matriz mitocondrial o O₂ atua como aceptor final de elétrons e dos íons hidrogênios e ocorre a formação de moléculas de H₂O.

Figura: BIOLOGIA de Campbell. Coautoria de Jane B. Reece et al. 10. ed. Porto Alegre: ArtMed, 2015. E-BOOK. (1 recurso online). ISBN 9788582712306. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788582712306. Acesso em: 20 nov. 2022.

O tecido adiposo marrom (multilocular) é encontrado em mamíferos neonatos e pode persistir na fase adulta de espécies que hibernam. Esse tecido é especializado na produção de calor e regulação da temperatura corporal, pois apresenta grande quantidade de mitocôndrias que não são capazes de utilizar o complexo enzimático necessário para a síntese de ATP e liberam a energia da oxidação dos nutrientes na forma de calor. A termogenina é uma proteína mitocondrial do adipócito marrom que atua como um canal de próton H⁺, ou seja, possibilita a passagem de prótons do espaço intermembranoso em direção à matriz mitocondrial. Esse mecanismo impede a chegada dos prótons até a ATP sintase, proteína da crista mitocondrial que produz ATP. Dessa forma a energia é dissipada na forma de calor. 

a) Incorreta. A glicólise ocorre no citosol e envolve enzimas que catalisam reações de transformação da glicose em piruvato e NADH, além de gerar o saldo energético de 2 ATP. Assim, como essa etapa ocorre fora da mitocôndria e não depende de ATP sintase, não pode ser afetada diretamente pela termogenina.

b) Incorreta. A fermentação lática é um mecanismo anaeróbico de produção de ATP que ocorre no citosol e não necessita de mitocôndria, local onde se localiza a ATP sintase. Nesse processo, do qual a glicólise é a primeira etapa, a glicose é quebrada em ácido lático e há um saldo energético de 2 ATP.

c) Incorreta. O ciclo do ácido cítrico também conhecido como ciclo de Krebs promove a descarboxilação e desidrogenação do acetil-CoA em dois ciclos, liberando NADH, FADH2, ATP e CO₂. Essa etapa envolve reações químicas sequenciais catalisadas por enzimas, mas não há atuação da ATP sintase.

d)  Incorreta. A oxidação do piruvato, produzido na glicólise, ocorre na matriz mitocondrial e envolve a transformação do piruvato em acetil-CoA, molécula que é utilizada no ciclo de Krebs. Assim como o ciclo de Krebs, essa etapa ocorre na matriz mitocondrial e não é dependente de ATP sintase.

e) Correta. A fosforilação oxidativa ocorre na crista mitocondrial e depende da cadeia de transporte de elétrons e da quimiosmose, realizada pela ATP sintase. A termogenina atua como canal de próton, mecanismo que impede a chegada dos prótons até a ATP sintase e, consequente, síntese de ATP. 

A primeira Lei de Ohm, que relaciona a d.d.p. $U$, a resistência e $R$ a corrente elétrica $i$, é:

$U=R·i$.

Para determinarmos a corrente elétrica temos que dividir a segunda coluna do enunciado pela terceira, pois:

$R=\frac{U}{i}$.

Calculando as resistências:

Primeira rota:

$R_1=\frac{U_1}{i_1}\Rightarrow$

$R_1=\frac{510\left({\displaystyle \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{carro}·\mathrm{m}}}\right)}{4 \left({\displaystyle \frac{\mathrm{carro}}{\mathrm{s}}}\right)}\Rightarrow$

$R_1=127,5\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{carro}·\mathrm{m}}·\frac{\mathrm{s}}{\mathrm{carro}}\Rightarrow$

$R_1=127,5 \frac{\mathrm{J}·\mathrm{s}}{{\mathrm{carro}}^2·\mathrm{m}}.$

Segunda rota:

$R_2=\frac{U_2}{i_2}\Rightarrow$

$R_2=\frac{608}{4}\Rightarrow$

$R_2=152 \frac{\mathrm{J}·\mathrm{s}}{{\mathrm{carro}}^2·\mathrm{m}}.$

Terceira rota:

$R_3=\frac{U_3}{i_3}\Rightarrow$

$R_3=\frac{575}{3}\Rightarrow$

$R_3=191,7 \frac{\mathrm{J}·\mathrm{s}}{{\mathrm{carro}}^2·\mathrm{m}}.$

Portanto, podemos construir a tabela a seguir:

Como podemos ver, a tabela já está em ordem crescente por resistência. Com isso, temos que a ordem procurada é 1, 2, 3.

Em solo de menor pH tem-se uma maior concentração de íons $H^{+}$, o que favorece a reação desse íon com bases. Assim, observando o ciclo do nitrogênio e as espécies envolvidas, temos a substância $N{H}_3$ de caráter básico, que reage com $H^{+}$ formando $N{H}_4^{+}$, conforme a equação:

$N{H}_3 + H^{+} \rightleftharpoons N{H}_4^{+}$

Como a reação é reversível, forma-se um equilíbrio. Também pode-se dizer que a maior concentração de íons $H^{+}$ irá deslocar o equilíbrio para a direita, favorecendo a formação do íon amônio ($N{H}_4^{+}$).