Unifesp 2020 - 2ª fase - Bioexatas

a) O fenômeno decorrente do lançamento de fertilizantes no Oceano Atlântico, que contribui para a formação das ilhas de sargaço, é a eutrofização.

A eutrofização pode ser causada por fatores naturais ou pode ter origem antrópica, ou seja, pode ser uma consequência de atividades humanas, como lançamento de fertilizantes, esgoto ou resíduos industriais nas águas de lagos, rios ou mares. Esses poluentes são ricos em nutrientes minerais, como nitrato e fosfato, os quais promovem o crescimento explosivo das populações de algas. De forma geral, a eutrofização envolve o aumento do tamanho das populações de organismos fitoplanctônicos, como cianobactérias, algas verdes, dinoflagelados, entre outras. Porém, o caso apresentado na questão envolve o crescimento explosivo de algas multicelulares pertencentes ao clado Phaeophyta (algas marrons), como o sargaço (Sargassum). As consequências da eutrofização envolvem:

1. O acúmulo de matéria orgânica morta, que se forma em grande quantidade devido à morte das algas.
2. O aumento da DBO (demanda bioquímica de oxigênio), que leva ao aumento da taxa de decomposição realizada por bactérias aeróbicas.
3. A diminuição da concentração de oxigênio dissolvido na água, o que leva à morte de espécies que dependem desse gás, como peixes, moluscos, crustáceos, entre outros.
4. O aumento da taxa de decomposição realizada por bactérias anaeróbicas, que liberam para o ambiente gases como o metano (CH₄) e o sulfeto de hidrogênio (H₂S).

A cadeia alimentar indicada na questão envolve três níveis tróficos: uma espécie de produtor (sargaço); uma espécie de consumidor primário (peixe); e uma espécie de consumidor secundário (ave). Portanto, a cadeia alimentar poderia ser representada da seguinte forma:

Sargaço → Peixe → Ave

Essa mesma cadeia alimentar também pode ser representada como uma pirâmide de biomassa, na qual a largura de cada barra ou “degrau” indica a massa seca (ou seja, a massa total menos a massa referente à quantidade de água) existente naquele nível trófico.

Quando consideramos ambiente aquáticos, em geral o nível trófico dos produtores é representado por algas unicelulares do fitoplâncton, enquanto o nível trófico dos consumidores primários é representado por organismos heterótrofos microscópicos do zooplâncton (microcrustáceos, larvas de animais, protozoários etc.). Nesse caso, o nível trófico dos produtores possui uma biomassa menor do que o nível trófico dos consumidores primários, o que resulta em uma pirâmide invertida. Esse fenômeno pode ser explicado pela alta taxa reprodutiva das algas fitoplanctônicas, que, apesar de apresentar uma menor biomassa, são capazes de sustentar uma biomassa maior de zooplâncton.

No entanto, a cadeia alimentar considerada apresenta algas multicelulares (sargaço) ocupando o nível trófico dos produtores e apresenta peixes ocupando o nível trófico dos consumidores primários. Logo, a pirâmide de biomassa será direita (base larga e topo estreito), como é característico de ambientes terrestres (Figura 1).

Figura 1: pirâmide de biomassa para uma cadeia alimentar constituída por sargaço, peixes e aves. A biomassa de sargaço será maior do que a biomassa de peixes, uma vez que essas algas multicelulares não apresentam uma taxa reprodutiva tão elevada quanto à das algas unicelulares do fitoplâncton.

b) O tipo de produtividade primária correspondente aos 20 milhões de toneladas de biomassa de sargaço é a produtividade primária líquida (PPL). A PPL representa a energia, na forma de compostos orgânicos, presente no nível trófico dos produtores. Essa energia química foi convertida por meio da fotossíntese realizada pelos cloroplastos dos organismos autótrofos, cujo valor total é chamado de produtividade primária bruta (PPB). A diferença entre o valor total de energia convertido pela fotossíntese (PPB) e a energia armazenada nas células (PPL) representa o calor perdido pela utilização dos compostos orgânicos durante a respiração aeróbica (R), para a síntese de ATP. Logo, temos que:

PPL = PPB – R

A produtividade primária líquida é a energia utilizada pelas algas e também pelas plantas para a produção de novas células e, portanto, para o crescimento, o desenvolvimento e a reprodução. Assim, a produtividade primária líquida é a quantidade de energia presente no nível trófico dos produtores e é representada pelo tamanho da barra em uma pirâmide de biomassa.

a) A complementaridade observada entre fitas de RNA são as seguintes: a base A é complementar à base U e a base C é complementar a G.  Dessa forma a sequência do microRNA complementar à sequência CAGU do RNA mensageiro (RNAm) seria GUCA.

Durante a síntese de proteínas, as moléculas de RNA transportador ou de transferência (RNAt), que carregam os aminoácidos que serão adicionados à cadeia polipeptídica, posicionam-se nos sítios P (peptidil) e A (aminoacil) da subunidade maior do ribossomo. Nesse processo, a definição da sequência dos aminoácidos adicionado à cadeia é definida pelos códons existentes na molécula de RNAm. Cada RNAt tem em uma das extremidade o aminoácido transportado e na outra um anticódon, que deverá ser complementar ao códon do RNAm, como na figura abaixo:

Assim sendo, a molécula que pode se ligar ao RNA mensageiro é o RNA transportador e essa ligação ocorre durante a síntese de proteínas em uma etapa denominada tradução.

b) A pluripotência das células-tronco embrionárias (CTEs) consiste na capacidade que essas células têm de se diferenciar em inúmeros tipos de células. Possuímos em nosso corpo mais de duzentos tipos celulares distintos, cada um dotado de características particulares e funções específicas. Diferentemente das células já adultas e especializadas, as CTEs são indiferenciadas e não possuem especialização. Durante o desenvolvimento embrionário, essas células podem ser induzidas à diferenciação e passarão a apresentar as características morfológicas, fisiológicas e funcionais do tecido ao qual fazem parte.

As células-tronco pluripotentes induzidas (iPS) são obtidas a partir de células já adultas que passaram por um processo que as induziram a retroceder no caminho de diferenciação. Desse modo, as iPS também podem possuir pluripotência e serem utilizadas em uma infinidade de pesquisas e terapias. A vantagem do uso de iPS é que elas podem ser obtidas a partir de células retiradas do próprio paciente, evitando problemas de rejeição, como aquelas que poderiam ocorrer em casos de transplantes de tecidos. Como as células originais são obtidas da mesma pessoa na qual o tratamento será realizado não haverá problemas de incompatibilidade.

a) Durante a noite, os ostíolos dos estômatos nas folhas da árvore se apresentam fechados. Um dos principais fatores que regulam a abertura dos estômatos, junto com a disponibilidade de água no solo e a concentração de gás carbônico no mesófilo foliar, é a presença de luz. A luz, principalmente na faixa do azul do espectro eletromagnético, é absorvida por fotorreceptores presentes nas células-guarda. A absorção de luz por esses pigmentos estimula o funcionamento de bombas de prótons (H⁺), as quais criam um gradiente de H⁺ entre o meio intracelular e o meio extracelular ([H⁺]_extra > [H⁺]_intra). Esse gradiente permite a entrada de íons potássio (K⁺) nas células-guarda, fenômeno que aumenta a pressão osmótica dessas células e possibilita o transporte de água para o meio intracelular. Desse modo, as células-guarda ganham água e se tornam túrgidas, resultando na abertura do ostíolo. O processo inverso acontece na ausência de luz, ou seja, durante a noite, resultando no fechamento do ostíolo.

A abertura dos estômatos das folhas é fundamental para que haja um fluxo de dióxido de carbono (CO₂) da atmosfera para o mesófilo foliar. Isso decorre da presença, nas folhas e caules jovens, da cutícula, uma camada constituída por compostos hidrofóbicos (p. ex. cutina) que tornam a superfície da planta impermeável tanto ao transporte de água (evitando, assim, a dessecação do vegetal) quanto ao transporte de gases. Portanto, pode-se afirmar que a abertura e o fechamento dos estômatos dependem de um equilíbrio entre a necessidade de realizar trocas gasosas (O₂ e CO₂) e a necessidade de economizar água. Assim sendo, durante a noite, quando não há luz e, consequentemente, a taxa de fotossíntese é nula, os estômatos se fecham para limitar a perda de água, o que também leva à interrupção do fluxo de dióxido de carbono da atmosfera para o mesófilo.

b) Os ecólogos mediram o fluxo de água presente no toco e na árvore por meio de sensores instalados no tecido chamado de xilema ou lenho. Esse tecido é formado por traqueídes e elementos de vaso, células mortas e cujas paredes são impregnadas de lignina, substância hidrofóbica e que torna essas células altamente resistentes. O xilema é o tecido por onde flui a seiva bruta da planta, que é constituída por água e sais minerais que foram absorvidos do solo. A seiva bruta é sempre transportada das raízes em direção às folhas do vegetal, ou seja, o fluxo de seiva bruta é sempre unidirecional.

Somente a hidratação não justifica o toco estar vivo porque as células das plantas, assim como a de todos os seres vivos, dependem também de moléculas orgânicas para a produção de energia e para a construção de organelas e biomembranas. Portanto, para se confirmar a existência de células e tecidos vivos no toco estudado, é necessário averiguar se existe um fluxo de seiva elaborada. Esta é constituída por compostos orgânicos, como açúcares, como a sacarose, e aminoácidos, e flui através do tecido chamado de floema ou líber. A translocação de seiva elaborada no floema ocorre sempre dos órgãos fonte (regiões produtoras de carboidratos) para os órgãos dreno (regiões consumidoras de carboidratos), sendo, ao contrário do fluxo de seiva bruta, bidirecional.

Caso as células que formam o toco estejam mortas, ainda assim é possível a existência de um fluxo de seiva bruta, porém não de seiva elaborada. Isso é possível porque os traqueídes e os elementos de vaso, que constituem o xilema, são células mortas e seu diâmetro é pequeno o suficiente para que seja possível a condução de água por capilaridade. Esse fenômeno promove a subida de uma coluna de água através de tubos extremamente finos, sendo o resultado de fenômenos somente físico-químicos: adesão das moléculas de água às paredes do tubo; e também coesão entre as moléculas de água.

a)  De acordo com o enunciado, os macacos tiveram chips implantados nas partes do cérebro que controlam o movimento, portanto, as células que interagem com os dispositivos implantados são os neurônios. O tecido nervoso é constituído por vários tipos de células, como oligodendrócitos, astrócitos, micróglia e outras, no entanto, são os neurônios as principais células, pois eles são os responsáveis pela atividade eletroquímica que resulta na condução e transmissão dos impulsos que controlam e integram o funcionamento de todos os sistemas corporais.  

O sistema nervoso é formado pelo sistema nervoso central (SNC) e sistema nervoso periférico (SNP), sendo que esse último pode ser dividido funcionalmente em sistema nervoso autônomo (SNA) e sistema nervoso somático (SNS).

O SNS é composto por neurônios sensitivos e neurônios motores. Os primeiros são responsáveis por transmitir as informações sensoriais obtidas nos órgãos sensoriais corporais até à medula do SNC. Já os neurônios motores são responsáveis por levar os impulsos gerados no SNC até à musculatura e promover o controle voluntário da musculatura esquelética.

O SNP é constituído por 12 pares de nervos cranianos e 31 pares de nervos raquidianos. Dentro desses nervos são encontrados tanto neurônios sensitivos como neurônios motores. Assim, os nervos que conectam a medula espinhal às células musculares que movimentam a perna do macaco são os nervos raquidianos (ou espinhais) e os neurônios que transportam o impulso para a contração muscular são os neurônios motores.   

b) O afastamento repentino da perna descrito como resposta ao estímulo do alfinete é o ato reflexo. O comportamento é involuntário, sem participação do encéfalo e resulta do arco reflexo, um fenômeno que conta exclusivamente com neurônios da medula do SNC (neurônios associativos) e neurônios sensitivos e motores do SNP. No arco-reflexo em questão, o estímulo do alfinete resulta em um impulso nervoso que é conduzido pelo neurônio sensitivo até os neurônios associativos da medula, em seguida é transmitido diretamente ao neurônio motor que o conduz até à musculatura, produzindo o movimento. Como não há participação encefálica o processo ocorre involuntariamente e tem como objetivo fornecer uma resposta rápida à estímulos nocivos com o intuito de reduzir a intensidade da lesão causada pelo estímulo. Portanto, a função da medula no afastamento da perna, exercidas pelos neurônios associativos, é de integrar a atividade dos neurônios sensitivos à dos motores, uma vez que está conectado em ambos pelas suas extremidades.

Em condições normais, quando um impulso nervoso conduzido pelo neurônio sensitivo chega à medula, alguns neurônios ali presentes se responsabilizam por levar a informação sobre esse estímulo até ao encéfalo, somente após a chegada da informação em região encefálicas específicas que o animal terá sentirá o estímulo e terá ciência do mesmo.  

Caso exista uma lesão na medula, tanto os impulsos que sobem por ela em direção ao encéfalo como aqueles que partem dele em direção à medula serão interrompidos. Dessa forma será impossível exercer o controle motor da região após a lesão e os estímulos sensoriais coletados em regiões antes da mesma não serão sentidos.

A transferência wireless realizada no experimento parte do encéfalo e vai até aos receptores adaptados na coluna, permitindo o controle motor da região posterior à lesão. Como a transferência propiciada pelo dispositivo é unidirecional, os estímulos sensoriais coletados na região após lesão não serão transferidos ao encéfalo, sendo, portanto, impossível o animal experimental ter sentir e ter ciência desses estímulos.

a) O gênero da superbactéria citada é Klebsiella . Nas regras de nomenclatura biológica o nome científico de uma espécie é composto por duas palavras, a primeira, Klebsiella, corresponde ao gênero e pneumoniae corresponde ao epíteto específico. As duas juntas, Klebsiella pneumoniae, corresponde à espécie. Como é o caso da questão, o nome científico pode vir acompanhado de outra palavra, assim, a palavra carbapenemase corresponde à subespécie.

Uma característica exclusiva das bactérias que as integra ao Reino Monera é a ausência de membrana nuclear (carioteca). Essa característica é marcante nos organismos procariotos. Neles o material genético está disperso no citoplasma e não há núcleo, como nas células dos organismos dos outros Reinos. A ausência de citoesqueleto e de organelas membranosas, tais como retículos endoplasmáticos, sistema golgiense, lisossomos etc., a presença de um DNA circular sem as proteínas denominadas histonas, são outras características que também poderiam ser apontadas nessa questão.

b) A bactéria em questão é uma das mais comuns nos casos de infecções hospitalares. Nesses locais os pacientes normalmente podem ser portadores de outras doenças infectantes, estarem se recuperando de cirurgias ou de outras intervenções médicas. Nessas situações estão combatendo ou se recuperando organicamente de alguma enfermidade, ou seja, de alguma forma existe uma fragilidade corporal que pode ter impacto negativo inclusive na habilidade imunológica do corpo. Nesse caso, as bactérias oportunistas são aquelas que se aproveitam da fragilidade imunológica momentânea desses pacientes e se instalam, agravando ainda mais a condição inicial.

Pelos mecanismos descritos no exercícios a hipermucoviscosidade aumenta a espessura e a quantidade de biofilme e, por isso, as protege, tornando difícil a sua eliminação. O uso abusivo e inadequado de antibióticos pode atuar na eliminação das variações bacterianas que não produzem biofilme ou os produzem mais finos e frágeis e acabar selecionando variantes que produzem biofilmes ainda mais espessos. A ação antibiótica pode, portanto, por seleção artificial, de maneira análoga ao processo evolutivo, eliminar as bactérias menos protegidas e aumentar a população de bactérias com o fenótipo da hipermucoviscosidade.

a) O gás contido no cilindro I (oxigênio - O₂) é constituído por uma substância simples, por apresentar moléculas formadas por átomos do mesmo elemento químico. A solução aquosa ácida gerada ao ser borbulhado em água corresponde ao gás contido no cilíndro IV (dióxido de carbono - CO₂), que por ser um óxido ácido, reage com a água gerando íons H⁺:

$C{O}_2+H_{2}O\rightleftharpoons H^{+}+HC{O}_3^{-}$

b) Pelo princípio de Avogadro: "volumes iguais de gases quaisquer nas mesmas condições de pressão e temperatura apresentam mesmo número de moléculas". Observando a tabela, temos que os gases contidos nos 4 cilíndros têm o mesmo volume, pressão e temperatura. Assim:

• número de moléculas em I = número de moléculas em II = número de moléculas em III = número de moléculas em IV, ou seja, proporção de 1 : 1 : 1 : 1.
• Sendo n o número de moléculas contidas em cada cilindro, temos:

Cilíndro II: a porcentagem em volume de gás numa mistura corresponde a mesma porcentagem do número de mols ou do número de moléculas. Assim, se temos n moléculas total na mistura, 21% dessa quantidade corresponde ao O₂, ou seja, temos:

$número de moléculas de O_2 = \frac{21}{100}.n=0,21n$

Como cada molécula de O₂ têm dois átomos de oxigênio:

$número de átomos de oxigênio = 2.0,21n=0,42n$

Cilíndro III: se temos n moléculas de N₂O e em cada molécula há 1 átomo de oxigênio, temos n átomos de oxigênio.

$\boxed{Proporção de 0,42 : 1 }$

a) O hidróxido de magnésio apresenta ligação covalente entre o átomo de oxigênio e o átomo de hidrogênio no ânion OH^- e ligação iônica entre os íons Mg²⁺ e OH^-:

    ou

O nome do processo de separação empregado na última etapa é a evaporação, que consiste em remover a água colocando a mistura exposta ao sol para que a água evapore.

b) A reação que ocorre na etapa 2 é uma neutralização:

$Mg(OH{)}_{2 \left(s\right)} + H_{2}S{O}_{4 \left(aq\right)} \to MgS{O}_{4 \left(aq\right)} + 2 H_2{O}_{\left(l\right)}$

Pelo procedimento ilustrado, para cada 1 mol de Mg(OH)₂ teremos a formação de 1 mol de MgSO₄.7H₂O. As massas molares dessas duas substências podem ser calculadas consultando a Tabela Periódica (página 25 da prova).

$$\begin{gathered} Massa molar Mg(OH{)}_2: 24,3+2.16+2.1=58,3 g/mol \\ Massa molar do MgS{O}_4.7H_{2}O: 24,3+32+4.16+7.18=246,3 g/mol \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} \boxed{1 mol Mg(OH{)}_2 ---------- 1 mol de MgS{O}_4.7H_{2}O} \\ 58,3 g ---------- 246,3 g \\ 5,83 g ---------- m \end{gathered}$$

$m=\frac{5,83.246,3}{58,3}=\boxed{24,63 g}$

a) A concentração expressa em % (m/V) pode ser determinada como a massa em gramas de soluto presente em 100 mL de solução:

$x \%m/V = x g de soluto --- 100 mL de solução$

Do enunciado, temos que no suco de limão fresco o teor de vitamina C é de 80 mg/100 mL de solução:

$80 mg = 80·{10}^{-3} g vitamina C--- 100 mL de solução$

Assim, temos que a concentração de vitamina C é de $80·{10}^{-3} \% ou 0,08\% (m/V)$

Calculando a concentração em mol/L do suco de limão:

Massa molar do ácido ascórbico $M=6·12+8·1+6·16=176 g/mol$

Assim, 

$$\begin{gathered} \left[C_6{H}_8{O}_6\right] = \frac{C}{M} \Rightarrow \left[C_6{H}_8{O}_6\right]= \frac{8·{10}^{-2} g·L^{-1}}{176 g·mo{l}^{-1}}\Rightarrow \\ \boxed{\left[C_6{H}_8{O}_6\right]=4,55·{10}^{-4} mol/L} \end{gathered}$$

b) A concentração de íons H⁺ presente no suco de limão pode ser determinada pelo pH:

$pH=-\log \left[H^{+}\right]$

Sendo pH=2, temos:

$pH = -\log \left[H^{+}\right]\Rightarrow 2 = -\log \left[H^{+}\right] \Rightarrow \boxed{\left[H^{+}\right] ={10}^{-2} mol/L}$

Como o suco de limão foi preparado a partir de uma diluição de 200 mL para 2000 mL, temos:

$$\begin{gathered} Inicial Final \\ [H^{+}{]}_i= {10}^{-2}mol/L {\left[H^{+}\right]}_f=? \\ {V}_i= 2000 mL V_f = 200 mL \end{gathered}$$

Assim, a concentração de íons $H^{+}$ no suco de limão, sabendo que a quantidade de matéria do soluto na solução inicial é igual na solução final é:

$$\begin{gathered} [H^{+}{]}_i . V_i = [H^{+}{]}_f . V_f\Rightarrow {10}^{-2} mol/L · 200 mL = [H^{+}{]}_f ·2000 mL\Rightarrow \\ \boxed{ [H^{+}{]}_f = {10}^{-3} mol/L} \end{gathered}$$

Logo, o pH do suco de limão da solução final é:

$$\begin{gathered} pH = - \log \left[H^{+}\right] \Rightarrow pH =-\log {10}^{-3}\Rightarrow \\ pH = -(-3)·\log 10 = 3,0\Rightarrow \\ \boxed{pH = 3,0} \end{gathered}$$

a) Cálculo do número de nêutrons (N):

$$\begin{gathered} N = A - p = 131 - 53 = 78 \\ \boxed{N = 78 nêutrons} \end{gathered}$$

Cálculo do número de elétrons (e^-)

$$\begin{gathered} e^{-} = p + 1 = 53 + 1 = 54 \\ \boxed{e^{-} = 54} \end{gathered}$$

b) Equação do equiílibrio de solubilidade da solução saturada:

$Na{I}_{\left(s\right)} \rightleftharpoons N{a}_{\left(aq\right)}^{+}\hspace{0.17em}+ I_{\left(aq\right)}^{-}$

A adição de NaI contendo íons ${}^{131}{I}^{-}$ radioativo à solução saturada formará o corpo de fundo. Como o equilíbrio de solubilidade formado é dinâmico, uma parte dos íons ${}^{131}{I}^{-}$ radioativo, que inicialmente estavam no corpo de fundo, irá para a solução, da mesma forma que uma parte dos íons $I^{-}$ não radioativos que estavam na solução inicial saturada irão constituir o sólido no fundo do recipiente. Com isso, a radioatividade do sólido diminui e a solução torna-se radioativa.

a) As funções orgânicas encontradas nas duas moléculas são:

A função orgânica comum ao mentol e ao ácido láctico é álcool.

O átomo de carbono assimétrico é aquele que apresenta 4 ligantes diferentes entre si, indicado abaixo por um asterisco:

b) A equação de formação do lactato de mentila é:

Trata-se de uma reação de esterificação.

O produto (éster) formado apresenta baixa solubilidade em água devido a uma grande parte da cadeia apolar que não é capaz de interagir com a água (polar).

Além disso, o grupo funcional do éster

mesmo apresentando átomos de oxigênio muito eletronegativos, não é capaz de interagir com a água por Ligações de hidrogênio, o que também contribui para a baixa solubilidade.