Metabolismo de procariontes
O esquema representa a ação de organismos no ciclo do nitrogênio e no ciclo do carbono. Os números correspondem a algumas etapas dos dois ciclos distintos.
Disponível em: https://pt.khanacademy.org. Acesso em: 27 jun. 2024 (adaptado).
Em qual etapa numerada ocorre uma transformação redox como a que ocorre nos procariontes nitrificantes?
A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 5
Resolução Em Texto
- Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Bioquímica / Ecologia (Ciclos Biogeoquímicos do Nitrogênio e do Carbono)
- Química (Reações de Oxirredução – Redox, Número de Oxidação – Nox)
- Biologia (Metabolismo Energético: Quimiossíntese, Respiração Celular, Fotossíntese)
- Tema/Objetivo Geral: Analisar diferentes etapas dos ciclos do nitrogênio e do carbono para identificar qual processo metabólico é analogamente uma oxidação com liberação de energia, como a nitrificação.
- Nível da Questão: Difícil.
- A questão é um desafio de bioquímica e química. Não basta saber os nomes das etapas; é preciso conhecer a natureza química (oxidação ou redução) e o propósito energético de cada uma. Todas as etapas numeradas são reações redox, o que torna a pergunta “qual é análoga?” extremamente sutil.
- Gabarito: E
- A alternativa está correta. A nitrificação (conversão de NH₃ em NO₃⁻) é um processo de oxidação que libera energia para os procariontes (quimiossíntese). A etapa 5, a decomposição, é o processo de respiração celular, no qual o carbono fixado (matéria orgânica) é oxidado a CO₂ para liberar energia para os procariontes decompositores. Ambos são processos de oxidação que geram energia para o organismo.
PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
Decodificação do Objetivo: Em bom português, a missão é: “A ‘nitrificação’ é uma reação química específica. Das cinco reações numeradas nos diagramas, qual delas é a ‘irmã gêmea’ química da nitrificação? Ou seja, qual delas funciona da mesma maneira fundamental?”
Simplificação Radical (A Analogia Central): Imagine diferentes formas de obter energia. A nitrificação é como um motor que queima um combustível “exótico” (amônia) para gerar energia. Ele pega a amônia (NH₃), a oxida (combina com oxigênio) e libera energia, deixando um “resíduo” (nitrato, NO₃⁻). Agora, temos que analisar os outros cinco processos. Qual deles também funciona como um motor que queima (oxida) um combustível para gerar energia?
Plano de Ataque (O Roteiro da Investigação):
- Analisar o “Crime” de Referência: Qual é a natureza exata da nitrificação? É uma oxidação ou uma redução? Ela consome ou libera energia para o organismo?
- Periciar os 5 Suspeitos: Vamos analisar cada uma das cinco etapas numeradas, determinando sua natureza química e seu propósito energético.
- Encontrar a Analogia Perfeita: Vamos comparar os perfis dos suspeitos com o perfil da nitrificação para encontrar a correspondência.
PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Para este caso, a melhor ferramenta é uma Tabela de Análise Forense Redox. Ela nos ajudará a classificar cada processo. O conceito chave é o Número de Oxidação (Nox). Oxidação é o aumento do Nox; Redução é a diminuição do Nox.
| Processo Analisado | Transformação Química | Análise de Nox (Simplificada) | Natureza Redox | Propósito Energético para o Procarionte |
| Nitrificação (Referência) | NH₃ → NO₃⁻ | O Nox do N vai de -3 (em NH₃) para +5 (em NO₃⁻). | OXIDAÇÃO | LIBERA energia (processo de quimiossíntese). |
| Fixação de Nitrogênio | N₂ → NH₃ | O Nox do N vai de 0 (em N₂) para -3 (em NH₃). | REDUÇÃO | CONSOME muita energia (ATP). |
| Desnitrificação | NO₃⁻ → N₂ | O Nox do N vai de +5 (em NO₃⁻) para 0 (em N₂). | REDUÇÃO | É parte da respiração anaeróbica, onde o nitrato é o aceptor de elétrons, liberando energia. |
| Fixação de Carbono | CO₂ → Matéria Orgânica (ex: C₆H₁₂O₆) | O Nox do C vai de +4 (em CO₂) para 0 (na glicose). | REDUÇÃO | CONSOME energia (da luz ou de outras reações). |
| Decomposição | Matéria Orgânica → CO₂ | O Nox do C vai de um valor baixo (ex: 0 na glicose) para +4 (em CO₂). | OXIDAÇÃO | LIBERA energia (processo de respiração celular). |
Conclusão Forense: A tabela mostra que há apenas duas oxidações que liberam energia na lista: a Nitrificação (nossa referência) e a Decomposição (Etapa 5). Portanto, a Etapa 5 é a análoga.
PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Nossa tabela já resolveu o caso. A pergunta “qual transformação redox é como a que ocorre nos procariontes nitrificantes?” é muito específica.
- A nitrificação é uma oxidação que produz energia para o organismo viver (quimiossíntese).
- A fixação de nitrogênio (1) e de carbono (3, 4) são reduções que consomem energia. São o oposto.
- A desnitrificação (2) é uma redução, embora libere energia. Não é análoga por ser uma redução.
- A decomposição (5), que é a respiração celular, é uma oxidação que produz energia para o organismo viver.
A analogia é perfeita: a nitrificação “queima” amônia; a decomposição “queima” matéria orgânica. Ambas são oxidações geradoras de energia.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! O erro aqui é fazer uma análise superficial. Todas as cinco opções são reações redox. Um candidato que apenas identifica se há troca de elétrons ficará perdido. Outro pode pensar que a analogia deve ser dentro do mesmo ciclo (Nitrogênio), levando-o a analisar apenas as etapas 1 e 2. A chave é entender a dupla condição imposta pela pergunta: ser uma reação redox e ser como a nitrificação (uma oxidação que fornece energia).
A Bússola (O Perfil do Culpado):
- Síntese do raciocínio: A investigação bioquímica mostrou que a nitrificação é uma oxidação geradora de energia.
- Expectativa: A alternativa correta deve ser outra etapa que também seja uma oxidação geradora de energia.
PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
Vamos agora interrogar cada um dos suspeitos.
- A) 1
- A “Narrativa do Erro”: O candidato pensa que a analogia deve ser dentro do mesmo ciclo.
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro de Natureza Química. A etapa 1 (fixação de N₂) é uma redução e consome energia. A nitrificação é uma oxidação e libera energia. São processos opostos.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
- B) 2
- A “Narrativa do Erro”: O mesmo da alternativa A.
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro de Natureza Química. A etapa 2 (desnitrificação) é uma redução. A nitrificação é uma oxidação.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
- C) 3
- A “Narrativa do Erro”: Uma escolha com pouca base.
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro de Natureza Química. A etapa 3 (fixação de CO₂) é uma redução e consome energia. É o oposto da nitrificação.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
- D) 4
- A “Narrativa do Erro”: Uma escolha com pouca base.
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro de Natureza Química. A etapa 4 (fixação de CO₂) é uma redução e consome energia. É o oposto da nitrificação.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
- E) 5
- Análise de Correspondência: Esta alternativa é o retrato falado da nossa Bússola. A etapa 5 (decomposição/respiração) é um processo de oxidação (quebra da matéria orgânica) que libera energia para o procarionte. É perfeitamente análoga à nitrificação.
- Conclusão: 🟢 Alternativa correta.
PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Frase de Fechamento: Confirmamos que a alternativa E é a correta. Este caso é uma aula de bioquímica comparada, mostrando que a vida, em sua diversidade, encontrou diferentes “combustíveis” (amônia, matéria orgânica) para alimentar o mesmo “motor” fundamental da oxidação para obter energia.
Resumo-flash (A Imagem Mental): Tanto o nitrificante quanto o decompositor são “comedores de elétrons”: um come da amônia, o outro come do açúcar.
Para ir Além (A Ponte para o Futuro): O mesmo princípio de obter energia através da oxidação de compostos é a base do funcionamento das células a combustível de hidrogênio, uma tecnologia promissora para veículos limpos. Em uma célula a combustível, o gás hidrogênio (H₂, o “combustível”) é oxidado em um eletrodo, liberando elétrons (eletricidade) e prótons. O único “resíduo” é água (H₂O), formada quando o oxigênio do ar se combina com os elétrons e prótons. A lógica é exatamente a mesma da nitrificação e da decomposição: uma oxidação controlada de um combustível para liberar energia. A estratégia metabólica das bactérias é a mesma de um carro do futuro.