Q. 07

Q. 07
Pesquisadores da Universidade de São Paulo mostraram que as bromélias, que vivem no alto de árvores e acumulam água entre suas folhas, obtêm nitrogênio da ureia presente nessa água e que é proveniente da urina dos anfíbios que aí habitam. Nessas plantas, a ureia sofre uma reação catalisada pela enzima urease, que origina amônia e gás carbônico. Em outra reação, catalisada pela enzima sintetase de glutamina, a amônia formada é utilizada na produção do aminoácido glutamina.
Revista Pesquisa FAPESP, 157, março de 2009. Adaptado.
Fórmula da ureia
NH2NH2O

a) Escreva a equação química balanceada que representa a reação, citada no texto, em que são produzidos amônia e gás carbônico.
b) Em que processos, associados ao crescimento das plantas, as bromélias podem utilizar o gás carbônico e a glutamina?

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
  1. (a) Escrever a equação química balanceada da reação, catalisada pela urease, em que a ureia origina amônia e gás carbônico.
  2. (b) Dizer em que processos, associados ao crescimento das plantas, as bromélias podem utilizar o gás carbônico e a glutamina.
Informações relevantes fornecidas no enunciado:
  • A fórmula da ureia está dada na questão. Vou representá‑la como \mathrm{(NH_2)_2CO}.
  • A enzima urease transforma ureia em amônia e gás carbônico.
  • A enzima sintetase de glutamina (glutamine synthetase) utiliza a amônia formada para produzir o aminoácido glutamina.
Vou manter cada parte bem explicada e passo a passo.

Passo 2

Entendendo a reação da urease (parte a) — o que acontece quimicamente:
  • A urease catalisa a hidrólise da ureia. “Hidrólise” significa que uma molécula de água participa da transformação, quebrando ligações na ureia e permitindo a formação dos produtos.
  • A ureia tem a fórmula \mathrm{(NH_2)_2CO}. Quando ela é hidrolisada, os grupos \mathrm{NH_2} são convertidos em amônia ( \mathrm{NH_3}) e o carbono com oxigênios forma dióxido de carbono ( \mathrm{CO_2}).
  • Assim, a forma geral esperada da reação é: ureia + água → amônia + dióxido de carbono.
Antes de escrever a equação balanceada, vamos lembrar como balancear equações:
  • Contamos átomos de cada elemento nos reagentes e produtos e ajustamos coeficientes inteiros para que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo em ambos os lados.
  • Não alteramos fórmulas químicas individuais, apenas colocamos coeficientes (inteiros) na frente das fórmulas.

Passo 3

Balanceando a equação da hidrólise da ureia:
  • Escrevendo a reação “bruta” com fórmulas:
\mathrm{(NH_2)_2CO + H_2O \longrightarrow ?}
  • Vamos contar átomos nos reagentes:
    • C: 1 (da ureia)
    • N: 2 (da ureia)
    • O: 1 (da ureia) + 1 (da água) = 2
    • H: 4 (da ureia, dois grupos \mathrm{NH_2}) + 2 (da água) = 6
  • Se os produtos forem \mathrm{2\,NH_3} e \mathrm{CO_2}:
    • C: 1 (em \mathrm{CO_2})
    • N: 2 (em 2\times\mathrm{NH_3})
    • O: 2 (em \mathrm{CO_2})
    • H: 2\times 3 = 6 (em 2\times\mathrm{NH_3})
Os números coincidem, logo a equação está balanceada com esses coeficientes.

Passo 4

Apresentando a equação balanceada (parte a) e comentando pequenas variações reais:
  • A equação balanceada da hidrólise da ureia catalisada pela urease é:
\mathrm{(NH_2)_2CO + H_2O \longrightarrow 2\,NH_3 + CO_2}
  • Observação prática (não exigida para a resposta, mas útil para a prova): em solução aquosa, o \mathrm{CO_2} formado pode reagir parcialmente com água para dar \mathrm{HCO_3^-} ou \mathrm{CO_3^{2-}} dependendo do pH, e a amônia pode captar um próton formando \mathrm{NH_4^+}. Porém, a equação acima é a representação direta da reação catalisada.

Passo 5

Entendendo o destino do \mathrm{CO_2} nas plantas (parte b, primeira metade) — aula sobre fotossíntese e assimilação de carbono:
  • As plantas usam \mathrm{CO_2} como fonte de carbono na fotossíntese. A reação global simplificada da fotossíntese é:
\mathrm{6\,CO_2 + 6\,H_2O \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2}
  • O que isso significa na prática:
    • O \mathrm{CO_2} entra na planta (estômatos) e, na fase escura da fotossíntese (Ciclo de Calvin), é fixado em moléculas orgânicas (triosefosfatos) que são transformadas em glicose e outros açúcares.
    • Esses açúcares servem como:
      • Fonte de energia (respiração) para crescer e dividir células.
      • Blocos de construção para formar polímeros estruturais — por exemplo, a celulose das paredes celulares é formada a partir de unidades de glicose.
      • Reserva de carbono em forma de amido ou sacarose para transporte e uso posterior.
  • Então, o \mathrm{CO_2} pode ser usado pelas bromélias para produzir matéria orgânica necessária ao crescimento (parede celular, expansão celular, síntese de biomassa) e também para gerar energia necessária aos processos metabólicos.

Passo 6

Entendendo o destino da glutamina nas plantas (parte b, segunda metade) — aula sobre assimilação de nitrogênio e usos da glutamina:
  • A glutamina é um aminoácido que funciona como forma “ativada” e móvel de nitrogênio nas plantas. A reação catalisada pela sintetase de glutamina (glutamine synthetase) pode ser escrita assim, genericamente:
\mathrm{Glutamato + NH_3 + ATP \longrightarrow Glutamina + ADP + P_i}
  • Funções e usos da glutamina nas plantas:
    • Doação de nitrogênio: a glutamina fornece grupos amida (–NH_2) como doadores de nitrogênio em muitas reações biossintéticas, sendo precursora para a síntese de outros aminoácidos (via transaminações).
    • Síntese de proteínas: aminoácidos (incluindo a glutamina e os que derivam dela) são usados para construir proteínas estruturais e enzimáticas essenciais ao crescimento (ex.: enzimas do metabolismo, proteínas do citoesqueleto, paredes celulares).
    • Biossíntese de nucleotídeos: o nitrogênio para bases purínicas e pirimidínicas é parcialmente fornecido por nitrogênios oriundos da glutamina — logo a glutamina é importante para a síntese de DNA e RNA, necessária para divisão celular e crescimento.
    • Produção de pigmentos e cofatores nitrogenados: a síntese de clorofila e de outros compostos nitrogenados depende da disponibilidade de nitrogênio assimilado; portanto a glutamina contribui indiretamente para a formação de clorofila (essencial para fotossíntese).
    • Transporte e armazenamento de nitrogênio: a glutamina é uma molécula que pode transportar nitrogênio dentro da planta para áreas de crescimento ativo (meristemas).
  • Em resumo, a glutamina fornece o nitrogênio orgânico necessário para formar proteínas, ácidos nucleicos e outros compostos nitrogenados fundamentais para crescimento e divisão celular.

Passo 7

Exemplos concretos de processos de crescimento onde \mathrm{CO_2} e glutamina entram:
  • \mathrm{CO_2}:
    • Formação de glicose -> síntese de celulose para parede celular -> expansão celular e aumento de tamanho.
    • Produção de sacarose para transporte de carbono até brotos e raízes que crescem.
    • Reserva energética (amido) que sustenta crescimento futuro.
  • Glutamina:
    • Síntese de proteínas estruturais e enzimáticas em tecidos em crescimento (folhas novas, raízes, ramos).
    • Síntese de nucleotídeos para replicação do DNA durante divisão celular nos meristemas.
    • Formação de clorofila (indiretamente, fornecendo nitrogênio) para manter fotossíntese eficiente.

Resposta

(a) \mathrm{(NH_2)_2CO + H_2O \longrightarrow 2\,NH_3 + CO_2}
(b) \mathrm{CO_2} é usado na fotossíntese para sintetizar açúcares que viram energia, celulose (paredes celulares) e reservas (amido) necessários ao crescimento; a glutamina é usada como fonte de nitrogênio para sintetizar proteínas (enzimas e estruturas), nucleotídeos (DNA/RNA), clorofila e outros compostos nitrogenados, além de atuar no transporte/armazenamento de nitrogênio para tecidos em crescimento.

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