A palavra método vem do grego μέθοδος (méthodos), (caminho para chegar a um fim). O método científico é um conjunto de regras básicas para desenvolver uma experiência a fim de produzir novo conhecimento, bem como corrigir e integrar conhecimentos pré-existentes. Na maioria das disciplinas científicas consiste em juntar evidências observáveis, empíricas (ou seja, baseadas apenas na experiência) e mensuráveis e as analisar com o uso da lógica. Para muitos autores o método científico nada mais é do que a lógica aplicada à ciência.
Metodologia literalmente refere-se ao estudo dos métodos e, especialmente, do método da ciência, que se supõe universal. Embora procedimentos variem de uma área da ciência para outra (as disciplinas científicas), diferenciadas por seus distintos objetos de estudo, consegue-se determinar certos elementos que diferenciam o método científico de outros métodos (filosófico, algoritmo – matemático, etc.).
O contexto de uma pesquisa
Primeiramente os pesquisadores definem proposições lógicas ou suposições (hipóteses) para explicar certos fenômenos e observações, e então desenvolvem experimentos que testam essas hipóteses. Se confirmadas, as hipóteses podem gerar leis e teorias. Integrando-se hipóteses de certa área em uma estrutura coerente de conhecimento contribuí-se na formulação de novas hipóteses, bem como coloca as hipóteses em um conjunto de conhecimento maior que são as leis e teorias reconhecidas consensualmente pela comunidade científica e/ou o paradigma de seu tempo.
Outra característica do método é que o processo precisa ser objetivo, e o cientista deve ser imparcial na interpretação dos resultados. Sobre a objetividade o seja, atente às propriedades do objeto e não do sujeito (subjetividade) é conhecida a afirmação de Hans Selye, pesquisador canadense que formulou a moderna concepção de stress: "Quem não sabe o que procura não entende o que encontra" referindo-se a necessidade de formulação de definições precisas (a essência dos conceitos) e que possam ser respondidas com o simples sim ou não. Tanto a imparcialidade (evidência) como a objetividade foram incluídas por René Descartes (1596 – 1649) nas regras lógicas que caracterizam o método científico.
Além disso, o procedimento precisa ser documentado, tanto no que diz respeito à fonte de dados como as regras de análise, para que outros cientistas possam re-analisar, reproduzir e verificar a confiabilidade dos resultados. Assim se distingue os relatos científicos (artigos, monografias, teses e dissertações) de um simples estilo (padrão) ou arquitetura de texto orientados pelo que caracteriza as normas da Retórica ou estudo do uso persuasivo da linguagem, em função da eloqüência.
É comum o uso da análise matemática ou estatística, quando possível, ou aproximação de modelos abstratos (tipos ideais) e categorias de classificação a depender do objetivo da pesquisa (identificar, descrever, analisar) que pode ser basicamente quantitativa ou qualitativa.
A divisão da ciência em áreas ou distintas disciplinas cientificas tem levado a tais adequações da metodologia. É comum a afirmação de que em função da evolução do método cientifico num extremo temos a física e química seguida da biologia e por último as ciências sociais, psicologia e ciências jurídicas quase se aproximando da filosofia e estudo das crenças (senso comum) ou ciências do espírito (sistemas mítico - religiosos).
Contudo pesquisadores contemporâneos vêem nessas duas abordagens uma oposição complementar, enquanto as pesquisas quantitativas visam descrever e explicar fenômenos que produzem regularidades mensuráveis são recorrentes (ou discrepantes) e exteriores ao sujeito (objetivos) na pesquisa qualitativa o observador (sujeito) é da mesma natureza que o objeto de sua análise e, ele próprio, uma parte de sua observação (o subjetivo).
É importante ter em mente que as pesquisas cientificas relacionam-se com um modelo (paradigmático) ou uma constelação de pressupostos e crenças, escalas de valores, técnicas e conceitos compartilhados pelos membros de uma determinada comunidade científica num determinado momento histórico.
Elementos do método científico
"Ciência é muito mais uma maneira de pensar do que um corpo de conhecimentos." - Carl Sagan
"...ciência consiste em agrupar factos para que leis gerais ou conclusões possam ser tiradas deles." - Charles Darwin
O método científico é composto dos seguintes elementos:
* Caracterização - Quantificações, observações e medidas.
* Hipóteses - Explicações hipotéticas das observações e medidas.
* Previsões - Deduções lógicas das hipóteses.
* Experimentos - Testes dos três elementos acima.
O método científico consiste dos seguintes aspectos:
* Observação - Uma observação pode ser simples, isto é, feita a olho nu, ou pode exigir a utilização de instrumentos apropriados.
* Descrição - O experimento precisa ser replicável (capaz de ser reproduzido).
* Previsão - As hipóteses precisam ser válidas para observações feitas no passado, no presente e no futuro.
* Controle - Para maior segurança nas conclusões, toda experiência deve ser controlada. Experiência controlada é aquela que é realizada com técnicas que permitem descartar as variáveis passíveis de mascarar o resultado.
* Falseabilidade[1] - toda hipótese tem que ser falseável ou refutável. Isso não quer dizer que o experimento seja falso; mas sim que ele pode ser verificado, contestado. Ou seja, se ele realmente for falso, deve ser possível prová-lo.
* Explicação das Causas - Na maioria das áreas da Ciência é necessário que haja causalidade. Nessas condições os seguintes requerimentos são vistos como importantes no entendimento científico:
* Identificação das Causas
* Correlação dos eventos - As causas precisam se correlacionar com as observações.
* Ordem dos eventos - As causas precisam preceder no tempo os efeitos observados.
Na área da saúde a natureza da associação causal foi formulada por Hence e adaptada por Robert Koch em 1877 para demonstração da relação causal entre microrganismos e patologias consistindo basicamente no enunciado acima ou seja: força da associação (conectividade); seqüência temporal (assimetria); transitividade (evidência experimental); previsibilidade/ estabilidade.
Uma maneira linearizada e pragmática de apresentar os quatro pontos acima está exposto a seguir passo-a-passo. Vale a pena notar que é apenas um exemplo, não sendo obrigatória a existência de todos esses passos. Na verdade, na maioria dos casos não se seguem todos esses passos, ou mesmo parte deles. O método científico não é uma receita: ele requer inteligência, imaginação e criatividade. O importante é que os aspectos e elementos apresentados acima estejam presentes.
* Definir o problema.
* Recolhimento de dados
* Proposta de uma hipótese
* Realização de uma experiência controlada, para testar a validade da hipótese
* Análise dos resultados
* Interpretar os dados e tirar conclusões, o que serve para a formulação de novas hipóteses.
* Publicação dos resultados em monografias, dissertações, teses, artigos ou livros aceitos por universidades e ou reconhecidos pela comunidade científica.
Observe-se que nem todas as hipótese podem ser confirmadas ou refutadas por experimentos e que em muitas áreas do conhecimento o recolhimento de dados e a tentativas de interpretá-los já é uma grande tarefa como nas ciências humanas e jurídicas (criminologia).
A evolução do conceito de método
A história do método científico se mistura com a história da ciência. Documentos do Antigo Egito já descrevem métodos de diagnósticos médicos. Na cultura da Grécia Antiga, os primeiros indícios do método científico começam a aparecer. Grande avanço no método foi feito no começo da filosofia islâmica, principalmente no uso de experimentos para decidir entre duas hipóteses. Os principios fundamentais do método científico se consolidaram com o surgimento da Física nos séculos XVII e XVIII. Francis Bacon, em seu trabalho Novum Organum(1620)-uma referência ao Organon de Aristóteles-especifica um novo sistema lógico para melhorar o velho processo filosófico do silogismo.
A metodologia científica tem sua origem no pensamento de Descartes, que foi posteriormente desenvolvimento empiricamente pelo físico inglês Isaac Newton. René Descartes propôs chegar à verdade através da dúvida sistemática e da decomposição do problema em pequenas partes, características que definiram a base da pesquisa científica.
Lê-se no livro o Discurso do método:
...''E como a multiplicidade de leis serve frequentemente para escusar os vícios, de sorte que um estado é muito melhor governado quando, possuindo poucas, elas são aí rigorosamente aplicadas, assim, em lugar de um grande número de preceitos dos quais a lógica é composta, acrediteis que já me seriam bastante quatro, contanto que tomasse a firme e constante resolução de não deixar uma vez só de observá-los
O primeiro consistia em nunca aceitar, por verdadeira, coisa nenhuma que não conhecesse como evidente; isto é, devia evitar cuidadosamente a precipitação e a prevenção; e nada incluir em meus juizos que não se apresentasse tão claramente e tão distintamente ao meu espírito que não tivesse nenhuma ocasião de o pôr em dúvida.
O segundo – dividir cada uma das dificuldades que examinasse em tantas parcelas quantas pudessem ser e fossem exigidas para melhor compreendê-las.
O terceiro – conduzir por ordem os meus pensamentos, começando pelos objetos mais simples e fáceis de serem conhecidos, para subir, pouco a pouco, como por degraus, até o conhecimento dos mais compostos, e supondo mesmo certa ordem entre os que não se precedem naturalmente uns aos outros.
e o último – fazer sempre enumerações tão completas e revisões tão gerais, que ficasse certo de nada omitir''."...
Correntemente estas regras são 1 – da evidência; 2 – da divisão ou análise; 3 – da ordem ou dedução; 3 da enumeração (contar; especificar), classificação.
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O acidente (serendipity)
É comum considerar alguns dos mais importantes avanços na ciência, tais como as descobertas da radioatividade por Henri Becquerel ou da penicilina por Alexander Fleming, como tendo ocorrido por acidente. No entanto, o que é possível afirmar à luz da observação científica é que terão sido parcialmente acidentais, uma vez que as pessoas envolvidas haviam aprendido a "pensar cientificamente", estando, portanto, conscientes de que observaram algo novo e interessante.
Os progressos da ciência são acompanhados de muitas horas de trabalho cuidadoso, que segue um caminho mais ou menos sistemático na busca de respostas a questões científicas. É este o caminho denominado de método científico.
A hipótese
A Hipótese (do gr. Hypóthesis) é uma proposição que se admite de modo provisório como princípio do qual se pode deduzir pelas regras da lógica um conjunto dado de proposições, ou um mecanismo da experiência a explicar.
Literalmente pode ser compreendida como uma suposição ou pergunta, conjetura que orienta uma investigação por antecipar características prováveis do objeto investigado e que vale quer pela confirmação através de deduções lógicas dessas características, quer pelo encontro de novos caminhos de investigação (novas hipóteses e novos experimentos).
No método científico, a hipótese é o caminho que deve levar à formulação de uma teoria. O cientista, na sua hipótese, tem dois objetivos: explicar um fato e prever outros acontecimentos dele decorrentes (deduzir as consequências). A hipótese deverá ser testada em experiências laboratoriais controladas. Se, após muitas dessas experiências, os resultados obtidos pelos pesquisadores não contrariarem a hipótese, então ela será aceita como uma lei e integrada à uma teoria e/ou sistema téórico.
Metodologia Científica
Histórico das enzimas
Atividade enzimática
As enzimas convertem uma substância, chamada de substrato, noutra denominada produto, e são extremamente específicas para a reacção que catalisam. Isso significa que, em geral, uma enzima catalisa um e só um tipo de reacção química. Consequentemente, o tipo de enzimas encontradas numa célula determina o tipo de metabolismo que a célula efectua.
A velocidade da reacção catalisada por uma enzima é aumentada devido ao abaixamento da energia de activação necessária para converter o substrato no produto. O aceleramento da reacção pode ser da ordem dos milhões de vezes: por exemplo, a enzima orotidina-5'-fosfato descarboxilase diminui o tempo da reação por ela catalisada de 78 milhões de anos para 25 milissegundos.[2]
Como são catalisadores, as enzimas não são consumidas na reacção e não alteram o equilíbrio químico dela.
A atividade enzimática pode depender da presença de determinadas moléculas, genericamente chamadas cofactores. A natureza química dos cofactores é muito variável, podendo ser, por exemplo, um ou mais iões metálicos (como o ferro), ou uma molécula orgânica (como a vitamina B12). Estes cofactores podem participar ou não directamente na reacção enzimática.
Determinadas substâncias, podem inibir a actividade de algumas enzimas, diminuindo-a ou eliminando-a totalmente; são os chamados inibidores enzimáticos.
Pelo fato de serem proteínas com estrutura terciária ou quaternária, os enzimas são dotadas de dobramentos tridimensionais em suas ceias polipeptídicas, o que lhes confere uma forma característica e exclusiva. Assim, diferentes enzimas têm diferentes formas e, portanto, diferentes papéis biológicos. Para que um enzima atue, é necessário que os substratos "se encaixem" na enzima. Esse "encaixe", porém, depende da forma, isto é, do "contorno" da enzima. Por isso, substratos que se "encaixam" em uma determinada enzima não se "encaixam" em outras diferentes, e a reação não ocorre; daí a especificidade das enzimas quanto aos substratos em que atuam. Uma vez ocorrido o "encaixe", forma-se o complexo enzima-substrato, que se assemelha ao sistema "chave-fechadura". O local da enzima onde o substrato se "encaixa" é denominado sítio ativo (ou centro ativo). No caso de substâncias que reagem entre si, sob a ação catalisadora das enzimas, a reação é facilitada, tornando-se mais rápida, pois a proximidade entre as moléculas "encaixadas" acelera o processo reativo; após a reação, a enzima desliga-se do substrato e permanece intacta.
Localização
Podemos encontrar enzimas em quase todas as estruturas celulares e fluidos corporais. Algumas têm uma localização específica, de tal modo que podem servir para indicar que estamos em presença de um tal tecido, secreção ou fragmento celular se verificar a actividade de uma dada enzima.
História
Eduard Buchner
Era já sabido, entre o final do século XVII e início do século XVIII, que secreções estomacais eram capazes de digerir a carne; [3] era também conhecida a conversão de amido a açúcares pela saliva e extractos vegetais. O mecanismo subjacente a estas transformações não era, no entanto, conhecido. [4]
As enzimas foram descobertas no século XIX, aparentemente por Pasteur, que concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela levedura é catalisada por fermentos. Ele postulou que esses fermentos (as enzimas) eram inseparáveis da estrutura das células vivas do levedo. Pasteur declarou que "a fermentação alcoólica é um acto correlacionado com a vida e organização das células do fermento, e não com a sua morte ou putrefacção".[5]
Em 1878, Wilhelm Kühne empregou pela primeira vez o termo "enzima" para descrever este fermento, usando a palavra grega ενζυμον, que significa "levedar". O termo passou a ser mais tarde usado apenas para as proteínas com capacidade catalítica, enquanto que o termo "fermento" se refere à actividade exercida por organismos vivos.
Em 1897, Eduard Buchner descobriu que os extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até álcool e provou que as enzimas envolvidas na fermentação continuavam funcionando mesmo quando removidas das células vivas [6]. Esta descoberta valeu-lhe o prémio Nobel de Química em 1907.
Restava determinar qual a natureza das enzimas. Alguns afirmavam que as proteínas, associadas à actividade enzimática, apenas eram o suporte da verdadeira enzima, e, por si próprias, incapazes de catálise. Em 1926, James B. Sumner purificou e cristalizou a urease, mostrando tratar-se de uma proteína pura, e fez o mesmo, em 1937, para a catalase. A prova final foi feita por Northrop e Stanley em 1930, com o estudo de três enzimas digestivas, a pepsina, a tripsina e a quimotripsina, pelo que receberam o Prémio Nobel da Química em 1946.[7]
J.B.S. Haldane escreveu um tratado intitulado "Enzimas", onde continha a notável sugestão de que as interações por ligações fracas, entre a enzima e seu substrato, poderiam ser usadas para distorcer a molécula do substrato e catalisar a reação.
A cristalização de enzimas purificadas permitiu que as suas estruturas moleculares pudessem ser examinadas por cristalografia de raios X, o que aconteceu primeiro com a lisozima, uma enzima que ocorre na saliva, lágrimas e na clara de ovo e destrói a parede celular de bactérias, em 1965 [8]. Começaram assim a bioquímica e biologia estruturais, que se esforçam por compreender o funcionamento dos enzimas a nível atómico.
A tentativa de compreender o mecanismo da catálise enzimática a nível quântico tem sido facilitada recentemente pelo aumento de capacidade aritmética dos computadores.
Estruturas e mecanismos
Crystal Clear app xmag.pngVer artigo principal: Catálise enzimática
Diagrama PDB 1MOO mostrando a Anidrase carbónica II. A esfera a cinzento é um ião de zinco que funciona como cofactor no sítio activo.
As enzimas são proteínas, e podem ter um tamanho desde 62 resíduos de aminoácidos, como é o caso do monómero da enzima 4-oxalocrotonato tautomerase,[9] até um tamanho de 2.500 resíduos, como é o caso da sintase de ácidos gordos.[10] A actividade das enzimas são determinadas pela sua estrutura quaternária.[11] A maioria das enzimas são maiores do que o substrato sobre o qual actuam, e só uma pequena porção da enzima (cerca de 3-4 aminoácidos) está envolvida na catálise.[12] A região que contém estes resíduos catalíticos, que se liga-se ao substrato e que desempenha a reacção, é denominada de sítio activo. As enzimas também podem ter sítios onde se ligam cofactores, que são necessários às reacções catalíticas. Algumas enzimas também podem ter sítios de ligações para pequenas moléculas, que são produtos ou substratos, directos ou indirectos, da reacção catalisada. Estas ligações servem para aumentar ou diminuir a actividade da enzima, providenciando um meio de regulação por feedback.
Tal como todas as proteínas, as enzimas são formadas por longas cadeias lineares de aminoácidos que sofrem um enovelamento que tem como resultado um produto com estrutura tridimensional. Cada sequência única de aminoácidos produz também uma estrutura tridimensional única que tem propriedade específicas. Cadeias individuais de proteínas podem por vezes agrupar-se para formar um complexo proteico. A maioria das enzimas pode sofrer desnaturação, isto é, a sua estrutura pode sofrer desagregação e inactivação pelo aumento de temperatura, o que provoca alterações na conformação tridimensional da proteína. Dependendo da enzima, a desnaturação pode ter efeitos reversíveis ou irreversíveis.
Especificidade
As enzimas possuem normalmente uma alta especificidade em relação às reacções que catalizam e aos substratos que estão envolvidos nessas reacções. A forma complementar, carga e características hidrofílicas/hidrofóbicas, são responsáveis por esta especificidade. As enzimas exibem também elevados níveis de estereoespecificidade, regioselectividade e quimioselectividade.[13]
Algumas das enzimas que apresentam maior especificidade e precisão, estão envolvidas na cópia e expressão do genoma. Estas enzimas possuem mecanismos de proof-reading (revisão). Um destes casos é a DNA polimerase, que cataliza uma reacção num primeiro passo, para de seguida confirmar, num segundo passo, se o produto é o correcto.[14] Este processo em duas etapas resulta em médias de taxa de erro muito diminutas, na ordem de uma para cem milhões de reacções, no caso de polimerases de mamíferos.[15] Mecanismos de revisão similares também podem ser encontrados na RNA polimerase,[16] na aminoacil-tRNA sintetases[17] e em ribossomas.[18]
Algumas enzimas que produzem metabolitos secundários são descritos como promíscuos, visto que podem actuar num largo espectro de diferentes substratos. Tem sido sugerido que este tipo de especificidade alargada é importante nos processos de evolução de novas vias de biossíntese.[19]
Modelo chave-fechadura
As enzimas exibem uma elevada especificidade, e foi sugerido por Emil Fischer, em 1894, que esse facto era devido a que tanto as enzimas como os substatos apresentam formas geométricas complementares, fazendo com que encaixem de maneira precisa umas nos outros.[20] Este processo é muitas vezes referido como modelo chave-fechadura. No entanto, apesar de estes modelo explicar a especificidade das enzimas, falha em explicar a estabilização dos estados de transição que as enzimas exibem.
Modelo do encaixe induzido
Diagramas que mostram a actividade enzimática através do modelo do encaixe induzido.
Em 1958, Daniel Koshland sugeriu uma modificação ao modelo de chave-fechadura: uma vez que as enzimas exibem estruturas flexíveis, o sítios activo altera a sua forma de maneira continuada através de interacções com o substrato, enquanto esse mesmo substrato vai interagindo com a enzima.[21] Como resultado, o substrato não se liga simplesmente a um sítio activo que é rígido. As cadeias laterais dos aminoácidos que formam o sítios activo sofrem um reorientação de maneira a que as suas posições potenciem a acção catalítica da enzima. Em alguns casos, como nas glicosidases, a molécula de substrato também sofre alterações de conformação à medida que vai se aproximando do sítio activo.[22] O sítio activo continua a sofrer modificações até que o substrato esteja completamente ligado e é neste momento em que a conformação final e a carga são determinadas.[23]
Mecanismos
As enzimas actuam de diversas formas, todas elas baixando o valor de ΔG‡:[24]
* Baixando a energia de activação, através da criação de um ambiente no qual o estado de transição é estabilizado (por exemplo, distorcendo a forma da molécula do substrato - a enzima distorce o substrato, gastando energia neste passo, de modo a baixar a energia do estado de transição da reacção catalisada, resultando numa diminuição global da energia requerida para completar a reacção).
* Providenciando uma via alternativa (por exemplo, reagindo com o substrato formando um complexo enzima-substrato, de existência impossível sem a presença da enzima).
* Reduzindo a variação da entropia da reacção ao orientar os substratos de forma correcta para facilitar a reacção. Na ausência de enzima, as moléculas colidem em todas as direcções possíveis de forma aleatória, um processo menos eficiente que na presença da enzima. Ao considerar-se ΔH‡ isoladamente, este aspecto é negligenciado.
Dinâmica e funções
Investigações recentes providenciaram novos conhecimentos sobre a ligação entre a dinâmica interna de uma enzima e o seu mecanismo de catálise[25][26][27]. A dinâmica interna de uma enzima é descrita como o movimento de partes internas (como aminoácidos individuais, grupos de aminoácidos, um laço da cadeia, uma hélice alfa, folhas beta vizinhas ou até domínios proteicos inteiros) destas biomoléculas, que podem ocorrer a diversas escalas de tempo, desde femtossegundos a segundos. Redes de resíduos de aminoácidos de uma estrutura podem contribuir para a catálise através de movimentos dinâmicos[28][29][30][31]. Os movimentos em proteínas são importantes para diversas enzimas mas o tipo de reacção que elas catalisam determina que tipos de movimento são mais importantes: pequenas e rápidas vibrações ou lentas e significativas alterações conformacionais. Estes estudos têm consequências na compreensão dos efeitos alostéricos, na produção industrial de enzimas e no desenvolvimento de novos fármacos.
Regulação alostérica
As enzimas alostéricas mudam a sua estrutura aquando da ligação de determinadas moléculas. A modulação da actividade da enzima pode ser directa, quando a molécula se liga directamente a um local de ligação na enzima, ou indirecta, quando a molécula se liga a outras proteínas ou subunidades que interagem com a enzima alostérica, influenciando então a sua actividade.
Cofactores e coenzimas
Cofactores
Algumas enzimas não necessitam de componentes adicionais para mostrarem uma actividade completa. No entanto, outras requerem ligação a moléculas não proteícas para que possam exercer a sua actividade. Os cofactores podem ser inorgânicos (iões metálicos e complexos ferro-enxofre) ou compostos orgânicos (flavina ou heme). Os cofactores orgânicos (coenzimas) são normalmente grupos prostéticos, que estão intimamente ligados às enzimas a que eles prestam assistência. Os cofactores que possuem ligação forte às enzimas são distintos de outras coenzimas, tal como a NADH, visto que não são libertados do sítio activo durante a reacção catalisada.
Um exemplo de uma enzima que contém um cofactor é a anidrase carbónica, que é mostrada em figura acima com um ião de zinco como cofactor.[32] Estas moléculas que possuem uma ligação estreita com as enzimas são normalmente encontradas no sítio activo e estão envolvidas na reacção catalítica. Por exemplo, a flavina e grupos heme estão muitas vezes envolvidos em reações de oxidação-redução.
Enzimas que requerem um cofactor mas que não se ligam a estes, são denominadas apoenzimas. Uma apoenzima juntamente com o(s) seu(s) cofactor(es) são denominadas holoenzimas. A maioria dos cofactores não se ligam por covalência a uma enzima, mas estabelecem ligações fortes. No entanto, os grupos prostéticos orgânicos podem ligar-se de maneira covalente. Um exemplo disso é a ligação da tiamina pirofosfato à enzima piruvato desidrogenase.
Coenzimas
Modelo tridimensional da coenzima NADH.
As coenzimas são pequenas moléculas que transportam grupos químicos de uma enzima para outra.[33] Alguns destes compostos químicos, como a riboflavina, a tiamina e o ácido fólico, são vitaminas, compostos que não são sintetizados no organismo e que têm de ser assimilados através da dieta. Os grupos químicos transportados incluem o ião hidreto (H-) transportado pelo NAD ou NADP+, o grupo acetilo transportado pela coenzima A, os grupos formilo, metenilo e metilo transportados pelo ácido fólico e o grupo metilo transportado pela S-adenosilmetionina.
Dado que as coenzimas são modificadas quimicamente como consequência da acção enzimática, é útil considerá-las como sendo uma classe especial de substratos, ou substratos secundários, que são comuns em muitos tipos de enzimas diferentes. Por exemplo, sabe-se que existem cerca de 700 enzimas que utilizam a coenzima NADH.[34]
As coenzimas sofrem regeneração e as suas concetrações são mantidas a um nível estável dentro da célula. Por exemplo, o NADPH é regenerado através da via das pentoses-fosfato e a S-adenosilmetionina é regenerada pela metionina adenosiltransferase.
Termodinâmica
Diagrama de uma reacção catalítica, mostrando o nível de energia em cada etapa da reacção. Normalmente, o substrato necessita de uma quantidade elevada de energia para conseguir chegar ao estado de transição, decaindo depois até a um produto final. A enzima estabiliza o estado de transição, reduzindo o valor de energia necessário para que se formem os produtos. A linha a vermelho (cheio) representa a reacção na ausência de catalisador; a azul (tracejado), na presença de enzima. S: nível de energia do(s) substrato(s); P: nível de energia do(s) produto(s); G: energia de Gibbs; R: coordenada de reacção (sentidos de progressão de reacção); ΔG'º: energia livre padrão bioquímica; ΔG‡: energia de activação (S-P: do(s) substrato(s); P-S: do(s) produto(s)).
Tal com acontece com todos os compostos catalizadores, as enzimas não alteram a posição do equilíbrio químico da reacção. Normalmente, na presença de uma enzima, a reacção desenvolve-se na mesma direcção que se seria tomada se ela não estivesse presente, mas de maneira mais rápida. no entanto, Na ausência da enzima, as reacções poderão dar origem a diferentes produtos, porque nessas condições esses produtos são formados de maneira mais rápida.
Para além disso, as enzimas podem executar duas ou mais reacções, de tal maneira que a actuação numa reacção termodinamicamente favorável possa facilitar a actuação numa reacção menos favorável. Por exemplo, a energia disponibilizada pela hidrólise do ATP é normalmente utilizada para executar outras reacções.
As enzimas catalisam as reacções em ambos os sentidos. Elas não alteram o equilíbrio em si, mas a velocidade em que este é alcançado. Por exemplo, a anidrase carbónica catalisa a sua reacção nas duas direcções, dependendo da concentração dos seus reagentes.
Se o equilíbrio estiver substancialmente deslocado para uma das direcções, isto é, se for uma reacção muito exergónica, a reacção é efectivamente irreversível. Nestas condições, a enzima só catalizará a reacção na direcção termodinamicamente permitida.
Cinética
Mecanismo de reacção de uma enzima com substrato único. A enzima (E) liga o substrato (S) e liberta o produto (P).
A cinética enzimática é o estudo do mecanismo pelo qual as enzimas ligam substratos e os transformam em produtos. São utilizados dados sobre a velocidade de reacção de enzimas através de ensaios enzimáticos.
Em 1902, Victor Henri[35] propôs uma teoria quantitativa de cinética enzimática, mas os seus dados experimentais tinham pouca utilidade porque não era então considerada a importância da concentração do ião H+. Depois de Peter Lauritz Sørensen definir a escala logarítmica de pH e introduzir o conceito de solução tampão em 1909[36], o químico alemão Leonor Michaelis e a sua pós-doc canadiana Maud Leonora Menten repetiram as experiências de Henri e confirmaram a sua equação, sendo esta cinética conhecida como cinética de Henri-Michaelis-Menten (muitas vezes simplificado para cinética de Michaelis-Menten)[37]. Este trabalho foi desenvolvido por G. E. Briggs e J. B. S. Haldane, que derivaram equações cinéticas usadas ainda hoje em dia[38].
Henri contribuiu significativamente para este campo ao teorizar as reacções enzimáticas ocorrendo em dois passos. No primeiro, o substrato liga-se de forma reversível à enzima, formando o complexo enzima-substrato. Este complexo é por vezes designado complexo de Michaelis. A enzima catalisa então o passo químico da reacção e liberta o produto.
Curva de saturação numa reacção enzimática, mostrando a relação entre a concentração de substrato ([S]) e a velocidade (V).
As enzimas podem catalisar até vários milhões de reacções por segundo. Por exemplo, a reacção catalisada pela orotidina 5'-fosfato descarboxilase tem uma semivida de 78 milhões de anos na ausência de enzima, diminuindo para apenas 25 milissegundos na presença desta[39]. As velocidades de reacção dependem das condições em que as enzimas se encontram e da concentração de substrato. Condições de alta temperatura, pH extremos ou altas concentrações salinas desestabilizam a estrutura da proteína, desnaturando-a. Por outro lado, em geral, um aumento na concentração de substrato tende a aumentar a actividade enzimática.
Experimentalmete, encontra-se a velocidade máxima de reacção aumentando progressivamente a concentração de substrato, até se verificar uma velocidade constante de formação de produto. Tal é visível na curva de saturação do gráfico à direita. A saturação acontece porque, à medida que é aumentada a concentração de substrato, aumenta também a quantidade de enzima presente sob a forma de complexo enzima-substrato (ES). À velocidade máxima, Vmax, todos os centros activos estão ocupados (saturados) com substrato, ou seja, não existe enzima livre para ligar mais substrato e a concentração de complexo ES é igual à concentração de enzima.
A actividade de uma enzima é geralmente descrita através de Vmax e também da constante de Michaelis-Menten, KM, que representa a concentração de substrato à qual se detecta uma velocidade de reacção igual a metade de Vmax. Cada enzima possui um KM característico para um dado substrato; este parâmetro é muitas vezes usado para demonstrar a força de ligação de um substrato à enzima. É também usada outra constante cinética, kcat, para descrever o comportamento de uma enzima, representando o número de moléculas de substrato que podem ser catalisadas por centro activo por segundo.
A eficiência catalítica de uma enzima pode ser expressa através da constante de especificidade, igual à razão kcat/Km. A constante de especificidade relaciona-se tanto com a afinidade da ligação do substrato à enzima como com a capacidade catalítica desta, pelo que se torna útil para a comparação entre diferentes enzimas, ou a mesma enzima com diferentes substratos. Existe um valor máximo teórico para esta constante, cerca de 108 to 109 M−1 s−1, denominado limite de difusão. Considerando-se que cada colisão entre enzima e substrato resulta em catálise, a velocidade global de formação do produto não será limitada pela velocidade de reacção da enzima mas sim pela velocidade de difusão das moléculas em solução. Enzimas que possuam uma constante de especificidade perto deste valor são designadas enzimas cataliticamente (ou cineticamente) perfeitas; alguns exemplos incluem as enzimas triose fosfato isomerase, anidrase carbónica, acetilcolinesterase, catalase, fumarase, ß-lactamase e superóxido dismutase.
A cinética de Michaelis-Menten baseia-se na lei da acção das massas, que é derivada das assunções sobre difusão livre e sobre colisões aleatórias com base termodinâmica. No entanto, muitos dos processos bioquímicos ou celulares não se comportam da forma prevista por estes modelos devido à alta concentração de substâncias no meio celular, separação de fases entre enzima, substrato e produto e restrição do movimento molecular a uma ou duas dimensões[40]. Nestas situações, é aplicável um modelo fractal da cinética de Michaelis-Menten[41][42][43][44].
Algumas enzimas apresentam cinética mais veloz que as velocidades de difusão, no que aparenta ser uma impossibilidade. Diversos mecanismos foram usados como razão para explicar este fenómeno. Uma explicação é a de algumas enzimas acelerarem a sua catálise ao captar e orientar o seu substrato usando dipolos eléctricos. Outros modelos usam um mecanismo quântico-mecânico de tunneling, em que um protão ou electrão podem atravessar barreiras de activação, embora o modelo de tunneling de protões seja controverso[45][46], tendo sido no entanto observado na triptamina [47]. Estes modelos sugerem que a catálise enzimática seja possivelmente melhor descrita em termos de "atravessar um barreira" em detrimento do modelo tradicional de "passar por cima" de uma barreira energética diminuída.
Inibição
Os inibidores competitivos ligam-se de maneira reversível à enzima, prevenindo a ligação do substrato. Por outro lado, a ligação do substrato previne a ligação do inibidor. O substrato e o inibidor competem pela enzima. a) Reacção normal, (b) Inibição. S: substrato; E: enzima; I: inibidor; A: centro activo. (1) O substrato liga-se à enzima; (2) A enzima liberta produtos; (3) O inibidor liga-se à enzima; (4) O inibidor compete com o substrato.
As taxas de reacção enzimáticas podem ser diminuídas por acção de vários tipos de inibidores enzimáticos.
Inibição competitiva
Na inibição competitiva, o inibidor e o substrato competem pela enzima, isto é, não se podem ligar ao mesmo tempo à enzima. Os inibidores são muitas vezes semelhantes ao substrato da enzima. Por exemplo, o metotrexato é um inibidor competitivo da enzima dihidrofolato redutase, que cataliza a redução do dihidrofolato em tetrahidrofolato. A similitude entre as estruturas do ácido fólico e desta droga são mostradas na figura adjacente. Notar que o local de ligação do inibidor não é necessariamente o mesmo que o local de ligação do inibidor, se a ligação de este último mudar a conformação da enzima com vista a impedir a ligação do substrato, e vice versa. Na inibição competitiva, a velocidade máxima da reacção não é alterada, mas níveis mais altos de concentração do substrato são requeridos para que se atinja uma determinada velocidade, aumentando o KM aparente.
Inibição acompetitiva ou incompetitiva
Na inibição acompetitiva, o inibidor não se pode ligar à enzima no estado livre, mas somente ao complexo E-S. O complexo E-I-S assim formado, é enzimaticamente inactivo. Este tipo de inibição é raro, mas pode ocorrer em enzima multiméricas.
Inibição não-competitiva
Os inibidores não-competitivos podem ligar-se à enzima e ao substrato ao mesmo tempo, ou seja, nunca se ligam ao sítio activo. Quer o complexo E-I, quer o complexo E-I-S, são enzimaticamente inactivos. Tanto o KM aparente como o Vmax mudam neste caso, pois o inibidor não pode ser desligado da enzima por aumento da concentração de substrato (em contraste com o que acontece na inibição competitiva).
Inibição mista
Este tipo de inibição assemelha-se à inibição não-competitiva. Neste caso, o complexo E-I-S possui actividade enzimática residual.
Em muitos organismos, os inibidores podem agir como parte do mecanismo de retroalimentação. Se uma enzima produz um determinada substância em demasia, essa substância poderá agir como inibidor da enzima, no início da via que a produz, causando a redução ou paragem da produção da substância quando esta se acumula. Esta é um forma de retroalimentação negativa. Enzimas que estão sujeitas a esta forma de regulação são muitas vezes multiméricas e possuem sítios de ligação alostéricos para substâncias reguladoras. Os seus gráficos substrato/velocidade não têm a forma hiperbólica mas sim forma sigmóide (curva em forma de S)
O ácido fólico (à esquerda) e a droga anticancerígena metotrexato são semelhantes na sua estrutura. Como resultado, o metotrexato é um inibidor competitivo de muitas das enzimas que utilizam os folatos.
Os inibidores irreversíveis reagem com a enzima e formam ligações covalentes com a cadeia polipeptídica. Este tipo de inactivação é irreversível. Um exemplo de inibidor irreversível é a eflornitina, uma substância utilizada no tratamento da doença do sono[48]. A penicilina e a aspirina também actuam deste modo. Nestes casos, o composto liga-se ao centro activo e a enzima converte-o a uma forma activada que reage irreversivelmente com um ou mais resíduos de aminoácidos.
Usos de inactivadores
Os inactivadores são muitas vezes usados como medicamentos, mas também poderão actuar como venenos. No entanto, a diferença entre um medicamento e um veneno é normalmente uma questão de dosagem, visto que a maior parte dos medicamentos e drogas são tóxicas a partir de certo nível. Como Paracelso disse: "Todas as coisas são um veneno e nada existe sem veneno, apenas a dosagem é razão para que uma coisa não seja um veneno"[49] Igualmente, os antibióticos e outras drogas anti-infecciosas são apenas venenos que matam o agente patogénicos e não o hospedeiro deste.
Um exemplo de um inactivador que é usado como medicamento é a aspirina, que inibe a ciclooxigenase 1 e a ciclooxigenase 2, que são enzimas que produzem um mensageiro que age em casos de inflamação, neste caso uma prostaglandina, suprimindo assim a dor e a inflamação. O cianureto é um inactivador enzimático irreversível, que se combina com cobre e zinco no sítio activo da anzima citocromo c oxidase, bloqueando a respiração celular.[50]
[editar] Funções biológicas
A acção da luciferase induz bioluminiscência nos pirilampos
As enzimas exercem uma grande variedade de funções nos organismos vivos. São indispensáveis para a transdução de sinais, na regulação celular, muitas vezes por acção de cinases e fosfatases.[51] Através da sua acção podem gerar movimento, como no caso da miosina que hidroliza ATP, gerando contracções musculares. Também movimentam carga através da célula, através da acção do citoesqueleto.[52] Algumas enzimas são ATPases (funcionam como bombas iónicas), que se localizam na membrana celular, estando envolvidas do processo de transporte activo. Algumas funçõe smais oxóticas são operadas por enzimas, como é o caso da luciferase que gera luz nos pirilampos.[53] Os vírus podem conter enzimas que auxiliam na infecção de células (HIV-integrase e transcriptase reversa) ou na libertação celular de vírus (neuraminidase no vírus influenza).
Uma importante função das enzimas tem lugar no sistema digestivo dos animais. Enzimas como as amilases e proteasess, quebram grandes moléculas como o amido e proteínas, respectivamente, em moléculas de menores dimensões, de maneira a que estas possam ser absorvidas no intestino. O amido não é absorvível no intestino, mas as enzimas hidrolizam as cadeias de amido em moléculas menores tais como a maltose e a glucose, podendo desta maneira ser absorvidas. Diferentes enzimas actuam sobre diferentes tipos de alimento. Nos ruminantes, que possuem uma dieta herbívora, bactérias no sistema digestivo produzem uma enzima denominada celulase que quebra as paredes celulares das células vegetais.
As enzimas podem trabalhar em conjunto, seguindo uma ordem de actuação específica. Desta maneira podem formar vias metabólicas. Nestas vias, uma enzima processa o produto da acção de outra enzima como o seu substrato. Após a reacção catalítica, o produto é depois entregue a outra enzima. Por vezes, mais do que uma enzima pode catalisar a mesma reacção, em paralelo. Isto permite uma regulação mais complexa:
As enzimas determinam que passos é que ocorrem nessa vias metabólicas. Sem a presença de enzimas, o metabolismo não progride através dos mesmo passos, nem é suficientemente rápido para que sirva as necessidades da célula. De facto, uma via metabólica tão importante como a glicólise não poderia existir sem a presença de enzimas. A glucose, por exemplo, pode reagir directamente com o ATP para dar origem a um produto fosforilado em um ou mais carbonos. Na ausência de enzimas, este processo é tão lento que se torna insignificante. No entanto, se a enzima hexocinase for adicionada, estas reacção lentas continuam a ser efectuadas, mas a fosforilação do carbono número 6 ocorre de maneira tão rápida que, se a mistura for testada pouco tempo depois, a glicose-6-fosfato o único produto significativo. Consequentemente, pode-se dizer que a rede de vias metabólicas existentes dentro de cada célula depende do conjunto de enzimas funcionais que estão presentes.
[editar] Controlo da actividade
A actividade enzimática na célula é controlada de cinco principais modos:
1. A produção da enzima (transcrição e tradução dos genes que codificam a enzima) pode ser aumentada ou diminuída pela célula em resposta a mudanças no ambiente celular. Esta forma de regulação genética é designada como indução ou inibição da expressão enzimática. Por exemplo, as bactérias podem desenvolver resistência a antibióticos como a penicilina porque são induzidas enzimas (β-lactamases) que hidrolisam o anel beta-lactâmico presente na estrutura do antibiótico e essencial para a sua actividade biológica. Outro exemplo é a importância das enzimas hepáticas citocromo P450 oxidases, envolvidas no metabolismo de desintoxicação de xenobióticos.
2. As enzimas podem encontrar-se compartimentadas, com difentes vias metabólicas (ou partes de vias metabólicas) ocorrendo em diferentes compartimentos celulares. Por exemplo, os ácidos gordos são sintetizados por um conjunto de enzimas no citoplasma, no retículo endoplasmático e no complexo de Golgi e usados por um conjunto diferente de enzimas como fonte de energia na mitocôndria, através da β-oxidação[54].
3. As enzimas podem ser reguladas por inibidores e activadores. Por exemplo, os produtos finais de uma dada via metabólica são frequentemente inibidores das enzimas que catalisam os primeiros passos da via (normalmente o primeiro passo factualmente irreversível), regulando assim a quantidade de produto final produzido pela via. Este tipo de regulação é denominado mecanismo de feedback (ou autoalimentação) negativo porque a quantidade de produto final é regulada pela sua própria concentração. Na prática, o feedback negativo ajusta a velocidade de síntese de metabolitos intermediários da via de acordo com a necessidade da célula. Este mecanismo ajuda na distribuição económica e eficiente de compostos, evitando a produção excessiva de produtos finais. Tal como outros mecanismos homeostáticos, o controlo da actividade enzimática ajuda na manutenção de um ambiente interno estável em organismos vivos.
4. As enzimas podem ser reguladas através da sua modificação pós-traducional. Este tipo de modificação inclui a fosforilação, a miristoilação e a glicosilação. Por exemplo, a fosforilação de diversas enzimas, como a glicogénio sintase, em resposta a um sinal da insulina, ajuda no controlo da síntese ou degradação do glicogénio e permite a resposta celular a variações da glicemia[55]. Outro exemplo é a quebra da cadeia polipeptídica da quimotripsina, uma protease digestiva que é produzida numa forma inactiva (quimotripsinogénio) no pâncreas e transportada então para o estômago, onde é activada. Este mecanismo evita a digestão de tecidos pancreáticos (ou outros) pela quimotripsina antes de entrar no tracto digestivo. Este tipo de precursor inactivo de uma enzima é denominado zimógeno.
5. Algumas enzimas tornam-se activas quando são colocadas num ambiente diferente (por exemplo, de um ambiente citoplasmático redutor para um ambiente periplasmático oxidativo). Um exemplo encontra-se na hemaglutinina dos vírus Influenza (vírus da gripe), que sofre uma mudança conformacional quando encontra o ambiente acídico de vesículas da célula hospedeira, provocando a sua activação[56].
Envolvimento em doenças
Fenilalanina hidroxilase. PDB 1KW0
Uma vez que controlo da actividade enzimática é essencial para a homeostase, qualquer alteração em genes que codifiquem enzimas (mutações ou delecções) poderá ter como efeito o aparecimento de doenças genéticas. A importância das enzimas é demonstrada pelo facto de que uma doença letal pode ser causada pelo mau funcionamento de um único tipo de enzima entre as milhares que estão presentes no corpo humano.
Um exemplo disso é que o acontece com o tipo mais comum de fenilcetonúria. Uma mutação num único aminoácido da enzima fenilalanina hidroxilase, que cataliza o primeiro passo na degradação da fenilalanina, resulta na acumulação da fenilalanina e dos produtos associados. Isto pode causar atraso mental se a doença não for tratada.[57]
Outro exemplo acontece quando mutações em genes que codificam enzimas envolvidas no reparo de DNA causam síndromas de cancro hereditário, tal com a xerodermia pigmentosa. Defeitos nestas enzimas podem causar cancro, visto que o corpo fica com uma habilidade menor para reparar mutações no genoma. Isto causa uma lenta acumulação de mutações e resulta no desenvolvimento de muitos tipos de cancro no paciente.
[editar] Nomenclatura
A determinação do nome das enzimas é normatizada por um comitê especializado, o Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB).
[editar] Classes de enzimas
Classe 1 Oxirredutases Catalisam reacções de oxirredução, transferindo electrões, hidretos (H-) ou protões (H+).
Classe 2 Transferases Transferem grupos químicos entre moléculas.
Classe 3 Hidrolases Utilizam a água como receptor de grupos funcionais de outras moléculas.
Classe 4 Liases Formam ou destroem ligações duplas, respectivamente retirando ou adicionando grupos funcionais.
Classe 5 Isomerases Transformam uma molécula num seu isómero.
Classe 6 Ligases Formam ligações químicas por reacções de condensação, consumindo energia sob a forma de ATP.
A partir destas categorias principais, as enzimas ainda são subdivididas em outras categorias, podendo ser identificadas pelo seu número da EC; por exemplo, EC 5.4.2.2 é a fosfoglicomutase.
[editar] Aplicações
Enzimas digestivas tais como a amilase, protease e lipase, reduzem os alimentos em componentes menores que são mais facilmente absorvidos no tracto digestivo.
As enzimas contribuem enormemente para inúmeras indústrias. Enzimas de processamento alimentar tais como a glucoamilase podem reduzir o alimento em glicose.
Uma aplicação industrial é a produção de antibióticos em larga escala. Encontram-se também determinados tipos de enzimas em produtos de limpeza, para ajudar a digerir gorduras e proteínas presentes em nódoas.
Também são usadas em investigação laboratorial e na medição de concentrações de substâncias com interesse clínico (Patologia Clínica, análises clínicas).
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Corte de emissões de gás-estufa no agronegócio é novo desafio brasileiro
Gafanhotos e formigas
Boa parte das pessoas associa desmatamento com a ação de madeireiros, e de fato são eles que se apropriam da renda inicialmente gerada com a derrubada da floresta. Ao lado dos garimpeiros, são as cigarras – ou melhor, os gafanhotos – da exploração da Amazônia: chegam com alarido, gastam pequenas fortunas com bebidas e prostíbulos, ajudando a fundar vilas sem futuro. Depois vão em frente, para esgotar outro pedaço de floresta.
As formigas, verdadeiras saúvas, são os pecuaristas de todos os portes, de assentados da reforma agrária a latifundiários. Transformam a mata derrubada em pastagens e ganham a vida com a atividade mais rentável do campo amazônico hoje.
Metano e óxido nitroso respondem por mais de um quarto das emissões brasileiras e a maior responsável por sua produção é a agropecuária
Não é por menos que o rebanho bovino da região Norte é o que mais cresce no país, 81,4% no período entre 1996 e 2006 (119,6% no Pará), segundo o Censo Agropecuário 2006 do IBGE. São hoje 56,7 milhões de cabeças em Estados da Amazônia Legal, um terço do efetivo nacional de 171,6 milhões de bois.
Há também alguma incompreensão quanto às substâncias envolvidas no efeito estufa. Assim como se associa aquecimento global com destruição de florestas, no Brasil, sempre se aponta o dióxido de carbono (CO2) como principal culpado.
De fato, esse gás produzido pela queima de combustíveis fósseis e de biomassa é um dos que mais contribui para reter na atmosfera radiação originalmente vinda do Sol. Absorvida na superfície do planeta, parte dela se converte em radiação infravermelha (calor) e se dissiparia de volta ao espaço – não fosse pelos GEE presentes na atmosfera, que funcionam como uma manta. O efeito estufa é um fenômeno natural, mas pode se tornar um pesadelo pela ação do homem.
As atividades humanas não produzem só CO2, porém. Dois outros gases se destacam pela alta capacidade de retenção de calor na atmosfera, ou o que especialistas chamam de potencial de aquecimento global (GWP, na abreviação mais comum, em inglês): o metano (CH4) e o óxido nitroso (N2O). O metano é 21 a 25 vezes mais danoso que o CO2; o óxido nitroso, ainda pior, 292 a 310 vezes.
Para facilitar as contas e a comparação de emissões de GEE, todas elas são convertidas numa quantidade equiparável ao potencial do CO2 (medida conhecida como CO2-equivalente, ou CO2-eq).
Na medida CO2-eq, metano e óxido nitroso respondem por mais de um quarto das emissões brasileiras de GEE. E o maior responsável por sua produção não é o desmatamento, nem a energia ou os transportes, mas a agropecuária.
Gases bovinos
O metano é gerado sobretudo pela digestão anaeróbica (sem presença de oxigênio) de matéria orgânica, por exemplo, pela ação de bactérias na decomposição de restos vegetais submersos. É o caso de reservatórios de usinas hidrelétricas que alagam florestas, ou de campos de arroz irrigados por inundação. Mas 93% do CH4 emitido no Brasil vêm de uma fonte sobre a qual se costumam fazer mais piadas do que análises, embora seja assunto sério para valer: fermentação entérica.
A agropecuária bem praticada tem potencial significativo de redução de emissões"
Pense bem antes de rir quando ouvir falar em flatulência e arrotos do gado. Mais da metade das emissões de GEE da agricultura brasileira brotam na forma de metano do rúmen ou dos intestinos dos animais de criação, sobretudo bovinos (mas também caprinos e ovinos).
Micro-organismos que vivem no trato digestivo de ruminantes degradam a celulose da matéria vegetal para extrair energia química nela fixada por meio da fotossíntese. Um dos subprodutos é o gás metano. Quanto mais massa vegetal e menos proteína houver na dieta do gado, mais CH4 ele produzirá, contribuindo para o aquecimento global.
Em média, cada boi no pasto produz por ano até 55 kg de metano, ou mais de uma tonelada de CO2-eq.
Para reduzir a quantidade de metano emitido, é preciso melhorar a qualidade dos pastos. O grupo de pesquisa de Telma Teresinha Berchielli, da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da Unesp em Jaboticabal, verificou que o enriquecimento da dieta pode reduzir em 9% o CH4 bovino, com manejo de pastagens.
O capim mais jovem e com mais folhas diminui a produção de ácido acético no rúmen e aumenta a de ácido propiônico, a condição necessária para conter a produção de metano. Esses dados experimentais foram obtidos com cangas especiais, que empregam a metodologia de gases traçadores (como hexafluoreto de enxofre) para medir o metano expelido pelo animal nas condições reais do pasto.
A maior parte do óxido nitroso – 95% – também se origina das atividades agropecuárias, em geral reunidas sob a rubrica “solos agrícolas”. De novo, está na pecuária a maior fonte desse gás centenas de vezes mais potente que o CO2, pois o grosso do N2O escapa do estrume diretamente depositado sobre o solo, sendo o gado bovino de corte de longe o maior contribuinte.
Se acrescentado o óxido nitroso na dívida per capita bovina com o clima global, ela salta para uma tonelada e meia de CO2-eq por animal.
O emprego de fertilizantes sintéticos nitrogenados é a segunda fonte mais importante. Em compensação, a técnica agronômica da fixação biológica de nitrogênio – em que bactérias do gênero Rhizobium associadas a plantas leguminosas retiram nitrogênio do ar – economiza emissões pelo uso do solo em agricultura, na medida em que diminui a quantidade de fertilizantes utilizada pelos produtores.
No caso da fixação biológica de nitrogênio, a agricultura pode ajudar a combater o aquecimento global, e não piorá-lo.
E essa não é a única modalidade potencial de mitigação, como se diz no jargão da mudança do clima, da agricultura. Longe disso.
O mais falado é a produção de biocombustíveis, como etanol de cana-de-açúcar e biodiesel de oleaginosas: durante seu crescimento a cada safra, as plantas retiram do ar para fotossíntese o CO2 que será depois emitido na queima do combustível, sendo por isso considerados uma fonte renovável de energia, como a energia hidrelétrica, eólica ou solar.
Agricultura acuada
Demorou, porém, para o Ministério da Agricultura dar-se conta da chance de dar ao setor o papel de herói – e não de vilão – no combate ao aquecimento global.
Até há poucas semanas, era mais comum ver o ministro Reinhold Stephanes na defensiva, tentando livrar o agronegócio da pecha de destruidor da Amazônia e grande responsável pelas emissões brasileiras. Isso só ocorreu de verdade com o debate sobre metas de redução de GEE que o país poderia levar a Copenhague, depois que especialistas das universidades e da Embrapa entraram em campo carregados de números.
“Nós estamos manejando mal as nossas pastagens”, alerta Ricardo Andrade Reis, zootecnista da Unesp de Jaboticabal que trabalha com Telma. “Por isso a pecuária aparece como vilão [do aquecimento global].”
Isso apesar de países tropicais como o Brasil disporem de uma grande vantagem comparativa sobre nações agrícolas temperadas: sem inverno rigoroso, a pastagem faz fotossíntese o ano todo, retirando CO2 da atmosfera e acumulando matéria orgânica no solo.
“A agropecuária bem praticada tem potencial significativo de redução de emissões [de GEE]”, complementa o engenheiro agrônomo Carlos Alexandre Costa Crusciol, da Faculdade de Ciências Agronômicas da Unesp,
câmpus de Botucatu.
Boi gordo no pasto
A pecuária aparece com grande destaque na proposta de mitigação aprovada pelo governo Lula. Nada menos que três quartos do esforço de redução de GEE emitidos pelo setor agrícola viriam da criação animal. Só com a recuperação de pastagens degradadas projeta-se uma economia anual de 104,5 milhões de toneladas de CO2-eq, que deixariam de contribuir para agravar o efeito estufa.
Ao recuperar um pasto exaurido pelo uso contínuo, pelas intempéries e pelo pisoteio do gado, o pecuarista aumenta a quantidade de matéria orgânica no solo, um saldo positivo de carbono fixado na forma de biomassa.
Além disso, um pasto mais rico permite ter mais bois – ou bois que engordam mais rápido porque o capim é melhor – por unidade de área, ou seja, aumentar a produtividade. Ela é muito baixa no Brasil, menos de uma cabeça por hectare. “Se sair de 0,4 para 1 está ótimo”, afirma Eduardo Assad, engenheiro agrícola e climatologista da Embrapa em Campinas.
Animais que engordam mais rápido alcançam mais cedo o peso de abate, explica Carlos Clemente Cerri, da USP em Piracicaba: “Eles ficam menos tempo emitindo [metano e óxido nitroso]”. Reis concorda: “Temos tecnologia hoje para dobrar essa ocupação, sem derrubar uma árvore da Floresta Amazônica”.
Essa modernização da pecuária extensiva, na realidade, já está acontecendo. O último Censo Agropecuário do IBGE revela que a área dedicada a pastagens nas propriedades diminuiu 10,7% em uma década, enquanto o rebanho bovino aumentava 12,1%.
O benefício para mitigar a mudança do clima, assim, é duplo: os animais emitem menos GEE e a terra não mais usada para pasto é liberada para o aumento da produção agrícola, por exemplo para plantio de soja ou cana-de-açúcar. Diminui, dessa maneira, a pressão por abertura de novas áreas por meio de desmatamento – ainda o grande vilão das emissões.
