POLUIÇÃO E CIÊNCIAS DA NATUREZA

(UFBA 2010) Milhares de atratores luminosos ou bastões de luz (lightsticks) são descartados na costa brasileira por navios que utilizam a técnica de pesca conhecida como espinhel — linha resistente com grande quantidade de anzóis enfileirados. Os atratores são bastões de plástico transparente que contêm um líquido oleoso colorido

cujos componentes são perigosos para muitos organismos, inclusive o do ser humano. A exposição de células em cultura a esse óleo causou alterações em proteínas e no material genético (DNA), prejudicou funções celulares e levou parte delas à morte.A curiosidade e a luta pela sobrevivência levaram pescadores e catadores de lixo a “inventar” novos usos para esse material, como formicida, óleo para bronzeamento

ou massagem e remédio para dores nas juntas, inflamações e vitiligo. Essas práticas trazem sérios riscos à saúde dos usuários, já que o líquido dos bastões, além de tóxico para as células e o DNA, pode provocar alergias e mutações. O uso do conteúdo dos atratores luminosos como bronzeador pode levar a processos

inflamatórios e a envelhecimento precoce e a desenvolvimento de câncer de pele, incluindo o temido melanoma. A exposição de células do fígado (mantidas em cultura) a um volume mínimo (0,25 microlitro) do líquido extraído de atratores luminosos usados, dissolvido em 20 mililitros do meio de cultura, levou 20% dessas células à morte após 16 horas. (BECHARA et al., 2009, p. 43-48)

Os conhecimentos da Física, da Química e da Biologia associados às informações do texto
permitem afirmar:

(01) A emissão de luz pelos átomos das moléculas de substâncias luminescentes está associada  ao movimento de elétrons de camadas de maior energia para as de menor energia.

Verdadeira: De acordo com o modelo de Bohr, quando um elétron salta de uma camada de maior energia para outra de menor energia, ele emite um fóton com energia E dada por : E= h.v , onde E é a diferença de energia entre as duas camadas, h é a constante de Planck e v é a frequência da luz emitida.

(02) Os raios de luz emitidos por atratores luminosos que se propagam perpendicularmente à superfície de separação água-ar mudam de direção.

FALSO: Na incidência normal ( raio de luz perpendicular a superfície de separação) não ocorre mudança de direção da luz.

(04) A interseção entre raios de luz provenientes de dois atratores luminosos ocorre mantendo as direções de propagação dos raios que se cruzam.

VERDADEIRO: De acordo com o princípio da independência dos raio de luz,quando ocorre cruzamento entre eles, não ocorre mudança na direção de propagação.

(08) O salicilato de sódio, catalisador da principal reação química que ocorre nos atratores luminosos,é um éster que promove o aumento da energia de ativação da reação.

FALSA: Sendo um catalizador,diminui a energia de ativação da reaçao,aumentando a velocidade da reação

     Salicilato de sódio é um sal de sódio do ácido salicílico. Pode ser preparado do fenolato de sódio e dióxido de carbono sob alta temperatura e pressão.

    É usado em medicina como um analgésico e antipirético. Salicilato de sódio também atua como uma droga anti-inflamatória não esteróide (do inglês non-steroidal anti-inflammatory drug NSAID), e induz apoptose em células cancerígenas  e também necrose . É também um potencial substituidor da aspirina para pessoas sensíveis a ela.

(16) O ácido ftálico, C6H4(COOH)2, substância da qual deriva o solvente viscoso dos bastões de luz, é um diácido que apresenta núcleo benzênico na estrutura molecular.

VERDADEIRA: O ácido ftálico ou ácido benzenodicarboxílico consiste num ácido dicarboxílico, aromático, de fórmula química C6H4(COOH)2. Existe sob a forma de três isómeros: orto (o), meta (m) e para (p). O ácido o-fálico, designado correntemente apenas por ácido ftálico, obtém-se em grandes quantidades por oxidação do naftaleno com oxigénio do ar na presença de vanádio, como catalisador, sob a forma de anidrido ftálico (C6H4(CO)2O), que se dissolve em água e em meio ácido precipita na forma de ácido ftálico.

O ácido ftálico e o seu anidrido utilizam-se no fabrico de corantes e de resinas sintéticas.

O ácido p-ftálico (ácido tereftálico) utiliza-se na produção de poliésteres, quer na forma de fibras (terylene, tergal, trevira), quer na forma de filmes (mylar).

(32) Alterações em proteínas podem ser consequência de erros de informação genética que se evidenciam na cadeia polipeptídica, durante o processo de tradução.

VERDADEIRA:  Em biologia, tradução é o nome dado ao processo biológico no qual a sequência nucleotídica de uma molécula de mRNA (RNA mensageiro)é utilizada para ordenar a síntese de uma cadeia polipeptídica com sequência de aminoácidos que determinada uma proteína.

Neste processo, moléculas de RNA transportador (tRNA) operam a tradução reconhecendo as seqüências nucleotídicas do mRNA e correlacionando-as com a sequência que corresponde a determinados aminoácidos. A molécula que fornece a informação genética a ser traduzida é o RNA mensageiro. Este contém uma sequência de nucleotídeos que é lida, pelo RNA transportador (que possui uma série de anticódons) de três em três bases. Cada trinca de bases do RNA mensageiro representa um códon e está relacionada a um aminoácido específico. A inserção de aminoácidos na cadeia polipeptídica crescente ocorre na mesma ordem em que os seus respectivos códons aparecem na molécula de RNA mensageiro.

Na célula a tradução é processada em estruturas chamadas de ribossomas, que posicionam corretamente RNAs transportadores com RNAs mensageiros e catalisam as ligações peptídicas entre aminoácidos para a síntese de proteínas. Os ribossomos são compostos por duas subunidades e agem de maneira a percorrer a totalidade da cadeia de RNA mensageiro. O papel do RNA transportador nesse processo seria o de conectar os códons do RNA mensageiro com os devidos aminoácidos espalhados pelo citoplasma. Ao efetuar tal processo, o ribossomo fará a ligação peptídica entre os códons trazidos pelo RNA transportador, gerando a fita protéica.

(64) Danos no DNA humano são sempre irreversíveis devido à inexistência de enzimas que promovem o reparo no segmento alterado

VERDADEIRA:  Células não podem tolerar danos no DNA que comprometam a integridade e a acessibilidade das informações essenciais do Genoma (mas, células remanescem superficialmente funcionais quando os então chamados genes não-essenciais são perdidos ou danificados.). Dependendo do tipo de dano infligido na estrutura duplo-helicoidal de DNA, uma variedade de estratégias de reparo tem sido envolvidos para restaurar informações perdidas. Como modelos de restauração, as células utilizam uma fita complementar não modificada de DNA ou do cromossoma-irmão. Sem acesso a informação modelo, o reparo de DNA é propenso a erros (mas isso pode ser uma via padrão: muitos danos na fita dupla nas células de mamíferos, e.g: são reparados sem ajuda de um modelo; veja a frente).

   Danos ao DNA alteram a configuração espacial da hélice e tais alterações podem ser detectadas pela célula. Uma vez o dano seja localizado, moléculas específicas de reparo de DNA são enviadas ao local e se ligam à região ou nas proximidades do local do dano, incluindo outras moléculas para ligar e formar um complexo que habilita o reparo a agir no local. Os tipos de moléculas envolvidas e o mecanismo de reparo que é mobilizado depende:

-Do tipo de dano no DNA que está em jogo

-Se a célula entrou no estado de senescência

-A fase do ciclo celular que a célula esteja

Hábitos alimentares,Câncer e as Ciências da Natureza

Hábitos Alimentares

Muitos componentes da alimentação têm sido associados com o processo de desenvolvimento do câncer, principalmente câncer de mama, cólon (intestino grosso) reto, próstata, esôfago e estômago.Alimentação de riscoAlguns tipos de alimentos, se consumidos regularmente durante longos períodos de tempo, parecem fornecer o tipo de ambiente que uma célula cancerosa necessita para crescer, se multiplicar e se disseminar. Esses alimentos devem ser evitados ou ingeridos com moderação. Neste grupo estão incluídos os alimentos ricos em gorduras, tais como carnes vermelhas, frituras, molhos com maionese, leite integral e derivados, bacon, presuntos, salsichas, lingüiças, mortadelas, dentre outros. Existem também os alimentos que contêm níveis significativos de agentes cancerígenos. Por exemplo, os nitritos e nitratos usados para conservar alguns tipos de alimentos, como picles, salsichas e outros embutidos e alguns tipos de enlatados, se transformam em nitrosaminas no estômago. As nitrosaminas, que têm ação carcinogênica potente, são responsáveis pelos altos índices de câncer de estômago observados em populações que consomem alimentos com estas características de forma abundante e freqüente. Já os defumados e churrascos são impregnados pelo alcatrão proveniente da fumaça do carvão, o mesmo encontrado na fumaça do cigarro e que tem ação carcinogênica conhecida. Os alimentos preservados em sal, como carne-de-sol, charque e peixes salgados, também estão relacionados ao desenvolvimento de câncer de estômago em regiões onde é comum o consumo desses alimentos. Antes de comprar alimentos, compare a quantidade de sódio nas tabelas nutricionais dos produtos. Cuidados ao preparar os alimentosO tipo de preparo do alimento também influencia no risco de câncer. Tente adicionar menos sal na hora de fazer a comida, aumentando o uso de temperos como azeite, alho, cebola e salsa. A Organização Mundial da Saúde recomenda o consumo de até 5 g de sal ou 2 g de sódio por dia, ou seja, o equivalente a uma tampa de caneta cheia. Ao fritar, grelhar ou preparar carnes na brasa a temperaturas muito elevadas, podem ser criados compostos que aumentam o risco de câncer de estômago e coloretal. Por isso, métodos de cozimento que usam baixas temperaturas são escolhas mais saudáveis, como vapor, fervura, pochê, ensopado, guisado, cozido ou assado. Fibras x gorduraEstudos demonstram que uma alimentação pobre em fibras, com altos teores de gorduras e altos níveis calóricos (hambúrguer, batata frita, bacon etc.), está relacionada a um maior risco para o desenvolvimento de câncer de cólon e de reto, possivelmente porque, sem a ingestão de fibras, o ritmo intestinal desacelera, favorecendo uma exposição mais demorada da mucosa aos agentes cancerígenos encontrados no conteúdo intestinal. Em relação a cânceres de mama e próstata, a ingestão de gordura pode alterar os níveis de hormônio no sangue, aumentando o risco da doença. Há vários estudos epidemiológicos que sugerem a associação de dieta rica em gordura, principalmente a saturada, com um maior risco de se desenvolver esses tipos de câncer em regiões desenvolvidas, principalmente em países do Ocidente, onde o consumo de alimentos ricos em gordura é alto. Já os cânceres de estômago e de esôfago ocorrem mais freqüentemente em alguns países do Oriente e em regiões pobres onde não há meios adequados de conservação dos alimentos (geladeira), o que torna comum o uso de picles, defumados e alimentos preservados em sal. Atenção especial deve ser dada aos grãos e cereais. Se armazenados em locais inadequados e úmidos, esses alimentos podem ser contaminados pelo fungo Aspergillus flavus, o qual produz a aflatoxina, substância cancerígena. Essa toxina está relacionada ao desenvolvimento de câncer de fígado.

UNICAMP 2012

Em 2015, estima-se que o câncer será responsável por uma dezena de milhões de mortes em todo o mundo, sendo o tabagismo a principal causa evitável da doença. Além das inúmeras substâncias tóxicas e cancerígenas contidas no cigarro, a cada tragada, o fumante aspira fumaça a altas temperaturas, o que leva à morte células da boca e da garganta, aumentando ainda mais o risco de câncer.

Assumindo que a fumaça entra no corpo humano a 72°C e sai a 37°C, calcule o calor transferido ao fumante numa tragada.

RESPOSTA:

Visão além do alcance.

    A invenção do microscópico eletrônico, que utiliza elétrons ao invés de luz, somente foi possível devido a dualidade onda partícula de Louis de Brogrie e ao princípio da incerteza de Heisenberg. De Broglie afirmou que é possível associar um comprimento de onda l a matéria de modo a associá-las um caráter ondulatório. Assim, os elétrons, por apresentarem características ondulatórias apresentaria um comportamento similar a luz.

                   No microscópio eletrônico, um feixe de elétrons de carga elétrica total q e massa total m é acelerado por um campo elétrico que produz uma diferença de potencial U até que sua velocidade atinja o valor v.

                    Atenda as solicitações seguintes:

       a)  Demonstre e a expressão literal que permite determinar o comprimento de onda l associado ao elétron em função de h,m,q e U

                λ  =   h  / (raiz)2.q.U.m

b     b) Considerando os valores numéricos aproximados h = 7.10^-35 J.s , q = 10^-19 C , m = 10^-32 kg e U = 10⁵ V determine o comprimento de onda dos elétrons e explique em qual faixa das radiações eletromagnéticas mostradas abaixo o elétron se encontra. Considere raiz(2) = 1,4 e compare quantas vezes o seu aumento é superior ao microscópico óptico

       

a  
      c)    Nas lentes utilizadas pelo microscópico eletrônico são utilizadas bobinas por onde circulam correntes elétricas de modo a proporcionar desvio no feixe de elétrons lançados. Explique com base no eletromagnetismo como é possível ocorrer esse desvio do feixe de elétrons.

         Solução:

a      a) O trabalho w para acelerar o feixe de elétrons é dado por:    w = q. U

            Pelo Teorema da Energia cinética W = Ec       :      q.U = m.v²    :     v = raiz (2.q.U/m)     (1)

         Substituindo na equação    λ  =   h  /m.v   teremos:     λ  =   h  / (raiz)2.q.U.m

     b)  Substituindo os valores e lembrando que 7/(raiz(2) = 7 / 1,4 = 5, teremos :    λ = 5.10⁻¹²   ( da tabela corresponde a interface entre raio x e raio gama) comprovando assim o caráter ondulatório do elétron) Sendo o comprimento de onda da luz na faixa de 10⁻⁷ concluimos que o microscópico eletrônico, em relação ao óptico tem uma resolução na ordem de 20000 vezes maior que o óptico (10⁻⁷  / 5.10⁻¹² )=

(     0,2. 10⁵ = 2. 10⁴  ) embora, na prática, se constata na ordem de 1000 vezes
     
       ^{c) Quando uma corrente elétrica percorre uma bobina ( fios de ferros enrolados) surge um campo magnético de acordo com a lei de Biot-Savart. Quando o feixe de elétrons penetra no interior deste campo fica sujeito a força magnética de Lorentz F= B.q.v.sen x, a qual, pela regra da mão direita provocará um desvio neste feixe de elétrons, direcionando-os para o objeto a ser analisado}

  

A dupla personalidade dos elétrons.

    

      No Filme Mr. Jones,Richard Gere é um maníaco depressivo de 40 anos que alterna fases de feliz euforia e de triste depressão. Acostumado a esse ritmo, ele recusa se tratar. Mas, numa dessas euforias, Mr. Jones acaba internado em um hospital psiquiátrico. É lá que ele conhece a Dra. Libbie Bowen (Lena Olin). uma psiquiatra inteligente, dedicada e respeitada, que já de início percebe que o diagnóstico dele estava incorreto,

          Na Física existe uma pergunta que se prolongou por muitos anos. Inicialmente,com Issac Newtom (século XVII) se pensava que a luz era partícula, posteriormente , o experimento da dupla fenda de Thomas Young ( Início do século XIX) mostrara que a luz era onda , pois sofria difração e interferência ( fenômenos puramente ondulatórios).Porém, em 1905, o efeito fotoelétrico descoberto por Albert Einstein mostrara que a luz era partícula, pois transferira energia para o elétron que se encontra em uma placa metálica. O impasse somente fora resolvido em 1924 com Louis Victor de Broglie que estabeleceu que pode-se associar a qualquer partícula um comprimento de onda  e, da mesma forma, pode-se associar características de partícula as radiações eletromagnéticas, incluindo-se a luz (fótons) , ou seja, a matéria ou radiação pode se comporta respectivamente como onda ou partícula .

        Em 1928, Niels Bohr enunciou o princípio da complementaridade foi enunciado por Niels Bohr onde afirma que a natureza da matéria e energia é dual e os aspectos ondulatório e corpuscular não são contraditórios, mas complementares. Daí vem o nome do princípio.

       Isto significa que a natureza corpuscular e ondulatória são ambas detectáveis separadamente e surgem de acordo com o tipo de experiência. Assim, na experiência da dupla fenda a natureza evidenciada da luz é ondulatória, ao passo que no experimento do efeito fotoelétrico, a natureza que ressalta é a corpuscular, como demonstrou Einstein. Argumentos similares valem também para a matéria. Assim, o princípio da complementaridade atesta a ambigüidade e natureza dual da matéria e energia.

            

           Perceba que é necessário entender a euforia ( característica de partícula) ou a depressão (característica de onda) para que se possa entender o elétron ou o fóton. A doutora Libbie Bowen entendera bem isso.

 

(kp 2013)  O modelo de Bohr- Sommerfeld estabeleceu que as órbitas dos elétrons podem se " encaixar" perfeitamente na configuração das ondas estacionárias em uma corda ( ver figura) . 

                     Sabe-se que a energia dos elétrons no modelo atômico de Bohr somente pode assumir valores de energia dados por:  En = - 13,6/  n2     

                                A frequência  f de oscilação possível para as ondas estacionárias em uma corda é dada por

f = n.v/ 2.L ; onde v é a velocidade da onda na corda e L é o comprimento da corda.

                         Nas duas expressões acima n é um número inteiro ( 1,2,3,...)

           

            Com base nas equações apresentadas, explique porque é possível associar características de ondas aos elétrons no modelo de Bohr

Respostas:    A associação somente é possível pela quantização existente nas duas expressões, ou seja, da mesma forma que os elétrons somente podiam assumir alguns valores de energia, as ondas estacionárias somente podem assumir algumns valores de frequência na corda o que está de acordo com a dualidade onda -partícula de De Broglie.