A QUÍMICA MEDICINAL NO CONTEXTO DO ENSINO SUPERIOR: PROPOSTA DE INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO NA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Monize Feijó Torres

A QUÍMICA MEDICINAL NO CONTEXTO DO ENSINO SUPERIOR: PROPOSTA DE INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE

COORDENAÇÃO NA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR

Monize Feijó Torres

A QUÍMICA MEDICINAL NO CONTEXTO DO ENSINO SUPERIOR: PROPOSTA DE INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE

COORDENAÇÃO NA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR

VIÇOSA - MINAS GERAIS 2015

Monografia, apresentada ao Curso de Licenciatura em Química da Universidade Federal de Viçosa como requisito para obtenção do título de licenciatura em Química.

A QUÍMICA MEDICINAL NO CONTEXTO DO ENSINO SUPERIOR: PROPOSTA DE INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE

COORDENAÇÃO NA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR

APROVADA: 02/07/2015.

____________________________ ______________________________ Profo Vinicius Catão de Assis Souza Profa Daniele Cristiane Menezes

Presidente da Banca Orientadora

__________________________ _____________________________ Profa Flávia Russo Silva Paiva Profo Angel Amado Recio Despaigne

Membro da Banca Membro da Banca

Monografia, apresentada ao Curso de Licenciatura em Química da Universidade Federal de Viçosa como requisito para obtenção do título de licenciatura em Química.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, pois sem ele esse sonho não se concretizaria.

À minha família, Mãe e meus irmãos Brener e Thales que sempre estiveram ao meu lado em todos os momentos dessa graduação.

Em especial ao meu pai, Carlos Geraldo Torres (in memorian) e minha Vó, Dalva, que sempre estiveram e estarão do meu lado e sempre me ajudaram dando apoio, força e bons exemplos para alcançar os meus objetivos.

À minha querida Orientadora Dani, minha segunda mãe, pelo carinho, amizade, dedicação, compreensão, incentivo e principalmente apoio e ensinamentos, muito obrigada por tudo!

Aos meus amigos, todos, essenciais na minha vida, os quais sempre participaram de todas as minhas lutas, tristezas, alegrias e conquistas.

Aos meus amigos do LACOBIO/LAQUIM e do departamento de Química por tudo, apoio, carinho e amizade nessa jornada que parecia não ter fim.

Às minhas queridas amigas irmãs e queridos amigos, Fernanda, Polly, Pâmela, Simone, Thamy, Jilma, Ane, Pat, Cleidi, Bárbara, Mari, Deza, Vivian, Rayane Jean, Wagner, Thomaz, Will, Mairon, Kevin, Márcio e Edmundo por todo apoio que me deram sempre quando eu mais precisei da presença de vocês.

Aos professores Flávia e Angel por aceitarem participar da minha defesa de monografia contribuindo significativamente para o meu trabalho e pela grande amizade.

À todos os professores e amigos que torceram por mim, e me ajudaram nessa árdua caminhada de graduação em especial ao Emílio, Edilton, Hallan, Vinícius Catão, Róbson e Patrícia.

SUMÁRIO

1 Introdução………...……....1

2 Objetivos………...…...3

2.1 Objetivos Gerais…………...………...………...3

2.2 Objetivos Específicos………...4

3 Revisão de Literatura………...……...4

3.1 Abordagens interdisciplinares no ensino superior de Química...4

3.2 A Química Inorgânica Medicinal e derivados de vanádio...7

3.3 Inibição Enzimática...14

4 Metodologia...15

4.1 Criação dos roteiros de aula prática...16

5 Resultados e Discussões...19

5.1 Ensaio biológico e enzimático...19

5.2 Questionários...22

5.3 Vantagens da utilização do material didático proposto...26

6 Considerações Finais...28

7 Referências Bibliográficas...30

RESUMO

1 1 INTRODUÇÃO

A Química é uma Ciência que aborda vários campos de pesquisa, sendo a Química Inorgânica um ramo importante desta que estuda os compostos de coordenação baseados em metais de transição e representativos. A Química Inorgânica Medicinal estuda as funções, metabolismo e aplicações de íons inorgânicos e seus complexos em sistemas biológicos correlacionando a atividade biológica apresentada por um sistema inorgânico com suas características estruturais e eletrônicas (BENITE et al., 2007).

Uma substância classificada como composto de coordenação possui pelo menos uma entidade de coordenação chamada complexo. A International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) define como complexos espécies químicas formadas por um átomo central, frequentemente um metal, que se liga a um conjunto de outros átomos ou grupos de átomos, os quais são chamados de ligantes (OLIVEIRA et al.,2010), como mostrado na figura 1.

Figura 1: Representação do complexo Hexacarbonilcromo(0).

Fonte: Disponível em: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C13007926&Mask=8 Acesso em 15 de Maio de 2015.

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três fármacos antitumorais à base de platina(II) contendo ligantes carboxilatos são frequentemente usados como agentes terapêuticos no tratamento do câncer.

Alguns metais e compostos de coordenação são essenciais para muitas funções metabólicas. Nos seres humanos, por exemplo, a hemoglobina presente nos glóbulos vermelhos contém um complexo de ferro-porfirina, o qual é usado para o transporte de oxigênio no corpo (GARNER, 1997). Metais como cobre, zinco, ferro e manganês também facilitam muitas reações químicas necessárias para a vida quando são incorporados, por exemplo, em proteínas catalíticas (GARNER, 1997).

Outro importante aspecto da Química Inorgânica se refere à diversidade de fármacos baseados em metais. Neste contexto, torna-se importante destacar antitumorais à base de platina, complexos de ouro(I) usados no tratamento da artrite (SCOTT, 2001), complexos de ferro usados como anti-hipertensivos, e principalmente compostos de bismuto como importantes componentes de fármacos estomacais que atuam contra a ação da bactéria Helicobacter pylori.

Compostos de coordenação possuem inúmeras aplicações. Na indústria, por exemplo, é significativa atenção à síntese de compostos metálicos que atuam como catalisadores, por exemplo, complexos de cobalto (II), ferro (II) e vanádio têm sido utilizados como catalisadores na polimerização de etileno e propileno (GUPTA; SUTAR, 2008). Dessa forma diante dos pontos de vista biológico e tecnológico, os metais e os compostos de coordenação apresentam vasta aplicação sendo essenciais para diversas funções metabólicas em animais e vegetais. Porém pode-se considerar que os estudantes do curso de Química da Universidade Federal de Viçosa (UFV) têm pouco contato com estes conhecimentos.

Na UFV são oferecidas duas disciplinas obrigatórias no campo da Química Inorgânica, (Química Inorgânica I e Química Inorgânica II), e de acordo com as suas ementas oferecem a abordagem de tópicos como estrutura e reatividade dos compostos de coordenação, não dando prioridade à importância e aplicação desses compostos. Tais conhecimentos podem ser vistos apenas em matérias optativas do curso, como nas disciplinas de caráter biológico oferecidas pelo Departamento de Microbiologia da UFV e na disciplina de Química Inorgânica III, onde são abordadas introduções às Químicas Bioinorgânica e Organometálica.

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vezes, são abordados nas disciplinas, e, de tal modo a poder relacionar esses conteúdos que tradicionalmente são tratados separadamente, possibilitando uma melhoria dinâmica na aprendizagem dos alunos de maneira interdisciplinar e contextualizada.

Assim, os temas dos roteiros experimentais propostos são formas de combinar assuntos associados a disciplinas distintas. A abordagem proposta oferece a possibilidade dos alunos conhecerem uma das grandes áreas científicas de atuação da Química Inorgânica, a Bioinorgânica, através do entendimento de como se dá a busca por fármacos baseados em metais que sejam eficazes, economicamente viáveis e seletivos associados ao metabolismo; estudo das aplicações de íons inorgânicos e seus complexos em sistemas biológicos, etc.

Ao trazer este tema para a sala de aula prática do curso de Química Inorgânica, o professor permite estabelecer uma ponte para sair do ensino tradicional. Verifica-se também que um dos objetivos da Bioinorgânica é justamente conferir caráter interdisciplinar, pois engloba o conhecimento de disciplinas de várias áreas, como a Farmacologia, Biologia Molecular, Biologia Celular, Ecologia Química, Química Ambiental e Microbiologia, que favorece um ensino diferente do tradicional.

Como proposta desta monografia tem-se a utilização do tema “A Química Medicinal no contexto do ensino superior: “Proposta de investigação da atividade biológica de compostos de coordenação na perspectiva Interdisciplinar” para a reformulação e preparação de roteiros experimentais a serem utilizados em aulas práticas no ensino superior para alunos do curso de Química da Universidade Federal de Viçosa.

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivos Gerais

4 2.2 Objetivos específicos

(Re)formulação e elaboração de roteiros experimentais para aula prática de Química Inorgânica, envolvendo a investigação da atividade biológica (antibacteriana e de inibição enzimática) exibida por complexos de vanádio(IV).

Nestes roteiros são abordados conteúdos sobre síntese dos compostos de coordenação, atividades biológicas, bem como aspectos interdisciplinares essenciais na química inorgânica medicinal.

3 Revisão de Literatura

3.1 Abordagens interdisciplinares no ensino superior de química

No ensino superior, muitos estudantes apresentam dificuldades em compreender e utilizar corretamente os conhecimentos da ciência Química. Esse problema pode ser entendido, pois na maioria dos casos os alunos não conseguem relacionar os conteúdos com a prática cotidiana. Além disso, os currículos tradicionais enfatizam aspectos muito conceituais da Química, não abrangendo contextos sociais, históricos e tecnológicos (BONENBERGER, et al.) Pode-se verificar também que alguns dos conceitos abordados em Química são de difícil entendimento pelos alunos, pois são muito abstratos e a quantidade de conteúdo a ser transmitido é extensa com pouco tempo para compreensão de maneira significativa. Alguns autores afirmam que existe necessidade de relacionar os conteúdos a serem ensinados à realidade do aluno como forma de evitar o alto índice de rejeição da Química pelo estudante (LIMA, 2000) o que dificulta o processo de aprendizagem destes muitas vezes causado pela não contextualização do conteúdo a ser ministrado.

Assim, de modo a favorecer o processo de ensino e aprendizagem no curso de Química, ressalta-se a importância da criação de roteiros de aula prática com abordagem interdisciplinar com o objetivo de diminuir a fragmentação dos conhecimentos e aliar teoria/ prática e aplicações dos conteúdos abordados na disciplina de inorgânica.

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seu currículo (FAZENDA, 1994) e como resposta às necessidades de integrar o conhecimento a realidade. Muitas vezes ela era associada ao modismo ou à realização de projetos, na área da educação, aparentemente ou pseudo-interdisciplinares. Além disso, nasceu da hipótese da possibilidade de superar os problemas decorrentes da excessiva especialização, contribuindo para vincular conhecimento à prática (DENCKER, 2002).

A Ciência Química abordada no ensino superior demanda de uma boa compreensão dos alunos devido a grande subjetividade de muitos conceitos teóricos presentes nos conteúdos além do caráter abstrato. Nesse contexto é papel do professor mediar a construção desse conhecimento a fim de suprir dificuldades de possam surgir na aprendizagem. A interdisciplinaridade pode ser vista como uma alternativa para superar dificuldade no processo de ensino-aprendizagem.

Carvalho Define interdisciplinaridade como (...) uma maneira de organizar e produzir conhecimento, buscando integrar as diferentes dimensões dos fenômenos estudados de modo a superar uma visão especializada e fragmentada do conhecimento em direção à compreensão, pode ser vista como postura diante do conhecer (CARVALHO,1998). Além disso, consiste muito mais do que a simples integração/relação entre as disciplinas e a conexão de conteúdo, pois envolve a interação professor-aluno, aluno-aluno e escola-família, dando significados os conteúdos da realidade diante da relação estabelecida entre teoria e prática, pois pode-se considerar que todo conhecimento mantém um diálogo com outros conhecimentos(IVANI, 2008).

A contextualização é uma postura consequente de uma ação interdisciplinar. Um trabalho contextualizado parte do conhecimento dos alunos para desenvolver competências para ampliar o saber inicial. Essa ação pode auxiliar na superação das dificuldades de aprendizagem e dissociação do conhecimento produzido e ajudar na construção do novo conhecimento, condição para melhorar qualidade do ensino superior (PIETROCOLA, 2003).

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contato do conhecimento para com a realidade é característica significativa. Dessa forma o professor pode e deve mudar sua prática docente quando julgar que o currículo não possibilita o uso da interdisciplinaridade para melhoria do seu planejamento de aula (FAVARÃO; ARAÚJO,2004).

Assim a interdisciplinaridade e a contextualização devem ser sempre adotadas, estimulando e motivando o aluno a construir o conhecimento. De forma que a abordagem pode auxiliar na não fragmentação e orientar a produção do novo conhecimento, constituindo uma condição necessária que pode melhorar a qualidade do ensino superior (FAVARÃO; ARAÚJO,2004).

Uma possível integração entre os conteúdos de química e biologia, por exemplo, é fundamental para a melhoria da qualidade da educação oferecida e contribui para a compreensão de alguns conteúdos específicos pelos estudantes. Essa experiência vem sendo realizada com sucesso em trabalhos acadêmicos e alguns resultados positivos foram alcançados como mostram resumos de alguns trabalhos apresentados no XIV Encontro Nacional de Ensino de Química. Por exemplo, o trabalho intitulado “A bananiculcultura como abordagem temática para o ensino de Química no ensino médio” (RIBEIRO, A.; RIBEIRO, K., 2008), explicou sobre o cultivo da banana, mostrando que é possível associar conceitos químicos e outras áreas do conhecimento científico a processos ligados a essa cultura. Segundo o autor do trabalho, os alunos se sentiram envolvidos nas discussões, mostrando interesse e curiosidade, além de disposição em aprender e entender o que ocorre no dia a dia.

Há relatos na literatura que muitos outros trabalhos têm sido descritos apresentando a utilização de diversas abordagens temáticas interdisciplinares no ensino de Química. Pode-se destacar algumas edições da Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química as quais abordaram algumas temáticas como a

Fisiologia da pressão arterial (PINTO, 2009) e os alimentos e o processo de digestão

(MANHÃES, et al.,2009). De acordo com os autores destes trabalhos, houve grande participação dos alunos na realização das atividades e ao final do estudo verificou-se uma evolução conceitual dos estudantes em relação ao conteúdo sobre velocidade das reações químicas.

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no ensino superior, porém destacam-se alguns trabalhos como interessantes formas de melhorar a qualidade da aprendizagem dos alunos:

- O 49º Congresso Brasileiro de Química, cujo tema foi “Estudo fitoquímico da planta Dioscorea altissima” utilizado em um mini-curso para discentes em formação inicial dos cursos de graduação em Licenciatura Plena em Ciências Naturais (PINHEIRO, et al., 2009). Através de questionários aplicados durante o mini-curso, a maioria dos alunos disseram que o método de ensino foi “atrativo” além da abordagem interdisciplinar, o tema foi muito bem explorado e influenciou de modo positivo na aprendizagem de conceitos químicos e na relação da química com o cotidiano dos alunos.

- A 31ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química apresentou um trabalho com o tema “Biodiesel”, foi utilizado em um mini-curso para alunos da graduação em Licenciatura em Ciências Naturais e Pedagogia da Universidade do Estado do Pará (UEPA),onde foram realizados estudos químicos e sócio-ambientais da cadeia produtiva do biodiesel. Sob aplicação de questionários, como forma de avaliação, o trabalho mostrou que a abordagem utilizada também favoreceu um grande interesse pelos alunos devido à relação estabelecida entre conteúdo-realidade (RIBEIRO, et al., 2008).

3.2 A Química Inorgânica Medicinal e derivados de vanádio

A Química Inorgânica Medicinal abrange as áreas de Química Orgânica e Inorgânica, Farmacologia e Bioquímica. Dessa forma, contribuições da Química Inorgânica à Química Medicinal aumentam cada vez mais, uma vez que todas essas áreas contribuem para o desenvolvimento de novos fármacos e ampliação dos compostos terapêuticos (BERALDO, 2005).

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complexo “cisplatina” no organismo, contribuindo para talvez o maior sucesso da Química Inorgânica Medicinal (BERALDO, 2005). Havia então o interesse sobre a inclusão de complexos metálicos como possíveis agentes terapêuticos, aumentando assim as aplicações da Química Inorgânica em Medicina, que continua a crescer graças à busca por novos compostos que contribuam para avançar os conhecimentos de participação da Química de Coordenação na Química Medicinal (BERALDO, 2005).

Essa área da Química possui muitas aplicações, dentre elas, estudo de agentes quelantes, interação de íons metálicos com biomoléculas, desenvolvimento de radiofármacos e fármacos baseados em metais (ALMEIDA, 2010).

Além disso, no início do século XX deram-se os primeiros estudos em relação à estrutura química e atividade biológica empregando-se elementos inorgânicos como ouro, no tratamento da tuberculose, do antimônio para o tratamento de leishmaniose e de compostos à base de arsênio para o tratamento da sífilis (BERALDO, 2005).

O vanádio é o décimo nono elemento mais abundante da crosta terrestre e o quinto elemento mais abundante dentre os de transição, sendo encontrado em concentrações mais baixas (10-8M) em células animais e vegetais (BARBOSA, 2004).

O vanádio é o 23º elemento químico da tabela periódica, e sua configuração eletrônica é [Ar] 4s2 _3d3_{. Ele está presente no grupo 5, é um metal de transição, sua} massa atômica é 50,9u. Existem complexos nos quais os estados de oxidação do vanádio vão desde 3- a 5+ (GUILHERME, 2007).

Sua aceitação como biometal ocorreu em 1977 com a descoberta de Cantley e colaboradores de que o metal inibe enzimas in vitro, se tornando interessante para a Bioinorgânica quando foi confirmada presença deste metal no sítio ativo de determinadas enzimas, dentre elas as haloperoxidases, presentes em algas marinhas e líquens e as nitrogenases, além da presença na bactéria fixadora de nitrogênio Azobacter (BARBOSA,2004).

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marinhos, muitos deles com potentes propriedades antifúngicas, antibactericidas ou antivirais (contra o HIV).

Historicamente, o vanadato de sódio foi usado no tratamento da Diabetes mellitus em 1899, antes da descoberta da insulina em 1921. Sais de vanádio foram primeiramente relatados por Lyonnet e Martin, 22 anos antes da descoberta da insulina por ter efeito antidiabético (GUILHERME, 2007). Quando pacientes diabéticos eram tratados com vanadato de sódio eles observaram uma menor excreção de glicose na urina, sal que até então era recomendado nos casos de patologias como má nutrição, anemia e tuberculose. Diante da descoberta da insulina, o interesse no vanádio ressurgiu quase 100 anos mais tarde, quando Heyliger e colaboradores demonstraram com experimentos in vivo que quando compostos de vanádio eram administrados oralmente em ratos com Diabetes induzida por injeções havia efeitos redutores nos níveis de glicose, (GUILHERME, 2007).

Então estudos da década de 1970, em relação aos complexos de vanádio, mostraram que compostos à base deste metal são capazes de mimetizar in vitro a maioria dos efeitos metabólicos da insulina (AHMAD et al., 2006), sendo o complexo bis(pirrolidino)oxovanádio(IV) ativo no tratamento de ratos diabéticos (SAKURAI, 2002). Além disso, descobertas de que o vanádio apresenta atividade antitumoral, tem motivado estudos de seus complexos com diferentes tipos de ligantes (GUILHERME, 2007). Como exemplo, complexos de vanádio efetivamente antitumorais têm sido investigados, dentre os quais os mais ativos são o bis(ciclopentadienil) cis – dicloro vanádio(IV) e os peroxovanadatos(V) (GUILHERME, 2007).

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A possível função biológica do vanádio ainda não é esclarecida, mas há relatos de alguns experimentos apontando para a regulação nas enzimas transportadoras de fosfato, na adenilato-ciclase e nas proteínas-quinases. Sabe-se também que ele afeta o metabolismo do fosfato, devido à semelhança estrutural e dentre suas funções biológicas, observou-se muitos efeitos terapêuticos importantes como efeitos hormonais, cardiovasculares, anticarcinogênicos e o efeito de mimetizar a insulina (GUILHERME, 2007).

Figura 2 - Semelhanças estruturais entre o fosfato e o vanadato. (GUILHERME, 2007).

Para o entendimento da química do oxovanádio, a interação de vanádio em sistemas biológicos vem se tornando o foco de vários estudos por muitos pesquisadores e os efeitos bioquímicos e fisiológicos têm sido revisados desde 1997, uma vez que as reações biologicamente mais importantes ocorrem em ambientes à base de água (como o plasma sangüíneo e o fluído intracelular), dessa forma a química da solução aquosa do vanádio torna-se interessante. Nos seres vivos, em condições fisiológicas (pH, solução aquosa aeróbica, temperatura ambiente), os estados de oxidação que prevalecem são o 4+ e o 5+. O vanádio pode interagir, em suas formas aniônica e catiônica, com diferentes biomoléculas e a maioria das oxirreduções se passa entre o V(V) e o V(IV), com estes dois estados de oxidação coexistindo em equilíbrio, ambos intra - e extra – celulares (GUILHERME, 2007).

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particularmente devido à presença deste elemento em pequenas quantidades em alguns organismos e o seu envolvimento em processos enzimáticos (RAO, 1997).

Derivados oxovanádio(IV) com semicarbazonas e tiossemicarbazonas também se mostraram ativos contra alguns tipos de bactéria (MAURYA et al., 2006 apud PAVAN, 2009).

Além disso, complexos de vanádio(IV) com ligantes dietilditiocarbamato, têm-se mostrado eficientes como agentes espermicidas e, estudos nesta área buscam desenvolver uma nova classe de anticoncepcionais (D'CRUZ; UCKUN, 2001).

Complexos formados por vanádio e ligantes orgânicos também apresentam muitas vezes baixa toxidez e são solúveis em meio aquoso. Como exemplo tem-se também o complexo bis-(maltolato)oxovanádio(IV), BMOV (figura 3), fármaco utilizado por via oral, com este propósito podendo ser até três vezes mais potente que seu sucessor administrado por via intramuscular (KRATOCHWIL etal., 1996 citado por BENITE, 2007), utilizado como mimetizador da insulina (BARBOSA, 2004).

Figura 3: bis-(maltolato)oxovanádio(IV) - BMOV

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Figura 4: Possíveis compostos com potenciais mimetizadores de insulina (BARBOSA,2004).

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Tabela 1: Comparação do efeito de alguns complexos em testes in vivo de mimetismo da glicose.

Composto Resultado Vantagens Desvantagens

BMOV Abaixamento da taxa de glicose (3X mais

que VOSO4

)

Não tóxico Dores estomacais em doses altas.

VOPA 64% de Abaixamento da taxa de glicose

Ocorrência natural do ligante

Não mantém a glicemia normal.

Vo(metf)2

Abaixamento da taxa de glicose

O ligante é usado como hipoglicêmico

Não é solúvel em água e pode causar problemas

estomacais. Vo(etacac)2

35% de Abaixamento da taxa de glicose

Melhora a sensibilidade a

insulina

Não há relação entre presença de vanádio e abaixamento da glicose. VCME 62% de Abaixamento

da taxa de glicose

Disponibiliza

aminoácido Não é solúvel em água. VP Abaixamento da taxa

de glicose

Prolonga glicemia

normal Não é solúvel em água. VOSALEN

Taxa de glicose próximo ao normal

Solúvel e estável em água

Hipoglicemia. Abaixamento da glicose

não é mantido.

Verifica-se também que na literatura há relatos de que o vanádio é um potente inibidor de várias enzimas in vitro, tais como Na+_{, K}+ _{ATPase, Ca}2+_{ATPase e} várias proteínas tirosino-fosfatases (GUILHERME, 2007).

14 3.3 Inibição Enzimática

Em 1926, James B. Sumner cristalizou a urease a partir de sementes de Canavalia ensiformis (jackbean ou feijão-de-porco). Este trabalho teve importância fundamental, pois pela primeira vez, foi demonstrado que enzimas são proteínas que podem ser cristalizadas (SUMMER, 1926).

A urease é uma metaloenzima que dentre outras funções catalisa reações de hidrólise fundamentais para a sobrevivência de certas bactérias, conforme a reação mostrada no trabalho de krajewska & ciurli, 2005, adaptada e apresentada na figura 5.

Figura 5: Representação da Reação catalisada pela urease adaptada (KRAJEWSKA & CIURLI, 2005).

Além disso, a urease é produzida pela bactéria Helicobacter pylori, um agente microbiológico carcinogênico. Ela é necessária na catálise para a síntese de amônia o que aumenta o pH no estômago humano, processo essencial para a ploriferação da H. pylori (MENEZES et al, 2012).

A presença da urease em bactérias patogênicas, como Helicobacter pylori e Staphylococcus Aureus, por exemplo, pode estar fortemente associada a mecanismos biológicos de patologias diversas (MOBLEY et al., 1995). Na literatura destacam-se algumas doenças como ulcera péptica, câncer gástrico e infecção crônica (OLIVEIRA, 2010).

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científicas, pois podem atuar como potenciais para novos fármacos (AMTUL et al, 2002).

Em humanos, o sistema urinário e digestivo são os locais mais comuns de infecção por essas bactérias. O aumento do pH da urina pode causar várias complicações em humanos, com a precipitação de sais solúveis na urina, causando a formação de cálculos renais, incrustação de catéteres e pionefrite (MOBLEY et al., 1995, BURNE & CHEN, 2000).

Sabe-se também que a colonização da mucosa gástrica pela Helicobacter pylori é possibilitada pela ação de sua urease, que cria um micro-ambiente de pH mais favorável à sobrevivência dessa bactéria patogênica, podendo causar gastrite e câncer gástrico (OLIVEIRA et al., 2006).

Assim o estudo da atividade de inibição enzimática da urease corresponde a um bom tema de caráter contextual e interdisciplinar que também pode ser utilizados na proposta interdisciplinar.

4 METODOLOGIA

A organização e elaboração dos roteiros foram realizados da seguinte forma: 1. Explicação teórica sobre importância da contextualização no ensino de

química inorgânica.

2. Abordagem histórica - conceitual sobre a química inorgânica medicinal com foco em atividade antibacteriana e enzimática (MENEZES et al, 2012).

3. Nesse o estudante fará a síntese do complexo II e os ensaios de atividade biológica de ambos complexos (CATRINCK, 2010):

(I) bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2], onde acac é acetilacetonato.

(II) bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2].

16 4.1 Criação dos roteiros de aula prática

O material proposto tem como objetivo ser inicialmente destinado a estudantes da disciplina Química Inorgânica II oferecida nos cursos de Química e Licenciatura em Química da UFV.

Nestes roteiros propõe-se viabilizar os conhecimentos sobre os temas Química de coordenação e Bioinorgânica de forma contextualizada e interdisciplinar de modo que o processo de ensino-aprendizagem seja promissor.

Desta forma, foram previamente testados dois compostos de coordenação cuja atividade biológica foi frente à bactéria patogênica Staphylococcus aureus (ATCC25923) e enzimática frente à urease (Jack Bean Urease de procedência Sigma-Aldrich): Sendo estes complexos o bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2] (I) e o complexo de vanádio(IV) com o ligante dietilditiocarbamato, bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2] (II) (CATRINCK, 2011; MENEZES et al, 2012).

O primeiro roteiro consiste na síntese do complexo II de vanádio: [VO{S2CN(C2H5)2}2]. O segundo roteiro baseia-se na investigação da atividade antibacteriana de ambos os complexos de vanádio(IV) através do teste de difusão em ágar. O terceiro roteiro implica na investigação da atividade de inibição enzimática do complexo II [VO{S2CN(C2H5)2}2].

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Figura 6: Teste de difusão em ágar Fonte: Disponível em:

http://www.anvisa.gov.br/servicosaude/controle/rede_rm/cursos/boas_praticas/modulo5/inter pretacao.htm

Acesso em 20 de Maio de 2015.

Este teste fornece resultados qualitativos e quantitativos acerca da atividade antimicrobiana dos complexos sintetizados. Os diâmetros dos halos de inibição do crescimento bacteriano ao redor de cada disco são mensurados em milímetros, como mostrado na figura 7.

Figura 7: Resultados do teste de Difusão em ágar.

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Estes são relacionados à sensibilidade da amostra bacteriana e à velocidade de difusão do antimicrobiano no ágar. Desta maneira, as amostras bacterianas são categorizadas em sensíveis, resistentes ou intermediárias.

Para sua realização preparou-se em fluxo laminar previamente esterilizado uma suspensão (3x108 bact/mL ou UFC/mL), padrão 1 da escala Mc Farland) do microorganismo a ser analisado, nesse caso Staphylococcus aureus (ATCC25923) e todo material utilizado foi esterilizado em autoclave. Preparou-se uma solução 65 g/L do meio de cultura semi-sólido Ágar Nutriente (Sabourad Dextrose Agar) e uma solução 30g/L do meio líquido (Sabourad Broth).

Posteriormente, procedeu-se ao preparo do inóculo bacteriano, em que meio líquido foi adicionado a tubos de ensaio com a bactéria por um período de 18 à 24 horas à uma temperatura de 37ºC e armazenamento em estufa apropriada para crescimento. Foram preparadas também placas em duplicatas contendo 10 mL de meio sólido e armazenadas em geladeira. As soluções dos complexos testados foram preparadas na concentração de 250 mmol.L-1

Em seguida, pipetaram-se alíquotas de 10 L das soluções dos complexos I e II sobre discos de papel de filtro estéreis com 5 mm de diâmetro. Para comparação com os complexos, foram preparadas placas com o controle positivo, o fármaco Norfloxacino e outro disco com o controle negativo (solvente dimetilsufóxido). As placas foram incubadas por 18 a 24 horas em estufa a 37°C e a avaliação da atividade foi feita mediante a presença ou ausência de halo de inibição em torno dos discos.

Dessa forma os alunos poderão avaliar o perfil antibacteriano in vitro exibido pelos complexos de vanádio sintetizados através de ensaio biológico do teste de difusão em ágar.

A partir do gráfico de monitoramento de absorção da enzima no espectrofotômetro na região do UV-Visível obtido para o complexo será possível verificar a atividade inibitória do composto de coordenação e a não desnaturação do mesmo no decorrer do tempo.

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preparada em tampão fosfato salina, PBS (0,0095g de urease em 1mL de PBS e a concentração da solução utilizada no experimento é de 3,305 X10-7 mol.L-1. A solução do complexo de vanádio preparada inicialmente consiste em 0,018g do complexo em 200µL de solvente dimetilsulfóxido (DMSO), retira-se uma alíquota de 2µL dessa solução e dilui-se para 500µL de DMSO, cuja concentração final é de 9,9X10-4 mol.L-1.

O experimento baseia-se no monitoramento durante 30 minutos da solução (3mL de PBS, 10 µL de solução de urease e 2µL da solução do complexo de vanádio) no comprimento de onda máximo de absorção para urease que de acordo com a literatura é de 280 nanômetros (nm).

O gráfico da curva cinética é obtido através do programa gráfico Origin, Após o experimento cinético, o gráfico é plotado em função da absorbância versus o tempo (em minutos), no comprimento de onda de 280 nm.

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1 Ensaio Biológico e enzimático

O teste de difusão em ágar foi realizado para os dois compostos, além dos controles positivo (antibiótico Norfloxacino) e negativo (solvente dimetilsulfóxido), sendo as placas realizadas em duplicata para avaliar inicialmente se os compostos apresentam atividade frente à bactéria patogênica Staphylococcus aureus (ATCC25923). O solvente dimetilsufóxido não apresentou halo de inibição frente a bactéria S. aureus como esperado. Ambos os compostos de vanádio se mostraram ativos justificando então a possibilidade de elaboração dos testes biológicos para esses compostos.

Na tabela 2 abaixo encontram-se os resultados do teste de difusão em ágar para os complexos bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2] (I) e o complexo de vanádio(IV) com o ligante dietilditiocarbamato, bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2] (II).

Tabela 2: Halos de inibição (mm) para os compostos em estudo.

Complexos Xmédio Y médio Z

médio Média total Controle Positivo (Antibiótico) Controle negativo

[VO(acac)2] 14,5 16,5 19,5 16,8 ± 2,5 35 ± 2,7 ___

20

*X, Y, Z correspondem à média de uma triplicata do teste de difusão em ágar.

Nota-se que ambos os complexos, bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2] e dietilditiocarbamato, bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2] se mostraram ativos frente à bactéria patogênica, cujos valores dos halos de inibição observados foram próximos, porém comparado ao antibiótico observa-se que estes compostos apresentam menor inibição.

Como resultados experimentais as figuras as seguir (8,9 e 10) mostram as placas obtidas para o ensaio biológico, teste de difusão em ágar para ambos compostos de vanádio:

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Figura 9: Teste de difusão em ágar para o controle positivo (Norfloxacino) para o complexo (II) bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2].

Figura 10: Teste de difusão em ágar para o controle negativo (DMSO) para o complexo(II) bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2].

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0 20 40 60

0,072 0,080 0,088

bis(dietilditiocarbamato)oxovanadio(IV)

A

B

S

Tempo(min)

Figura 11: Monitoramento da absorbância de urease a 280 nm após ação do complexo de vanádio.

Observa-se que o complexo (I) apresenta atividade de inibição enzimática. Verificou-se uma notável diminuição da concentração da urease ao longo do tempo, com tempo reacional de aproximadamente 30 minutos, conforme mostrado na figura 11. Este fato evidencia a interação do complexo com a respectiva enzima o que permite sua utilização no roteiro experimental proposto.

5.2 Questionários

Neste trabalho, buscou-se elaborar roteiros que abordassem novas estratégias de ensino na disciplina prática de Inorgânica II (QUI320) de forma contextualizada e interdisciplinar. Dessa forma os roteiros podem também ser utilizados como forma de uma reformulação dos roteiros antigos para a disciplina experimental.

Foram criados três roteiros experimentais com temáticas diferentes, os quais mostram a importância da aplicabilidade do conteúdo de inorgânica de modo a favorecer a aquisição de conhecimento pelos alunos, uma vez que são mais interessantes e correspondem outros tipos de aplicação do conteúdo dentro do contexto da Química Inorgânica Medicinal.

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inorgânica II na Universidade Federal de Viçosa. E como resultados de uma análise qualitativa das respostas dos alunos pode-se observar que:

De acordo com a primeira pergunta: “Qual seu grau de interesse, considerando uma escala de 0 a 10, pela parte prática da disciplina química inorgânica II (QUI 320) na atual forma como é ministrada? explique”. Nota-se que existe certo interesse pela parte prática da disciplina por parte dos alunos, pois as notas dadas pelos alunos estão entre 4 e 6 na escala, porém para maioria dos estudantes, as práticas são demoradas, a maioria delas repetitivas mesmo sendo ministrada de forma dinâmica o que torna a disciplina cansativa, com pouca demonstração das aplicações do conteúdo, como afirmam os estudantes:

“Em muitas práticas fazemos o mesmo experimento de semanas anteriores com complexos diferentes, tornando as práticas cansativas”.

“As práticas de síntese são um pouco monótonas e em geral, não analisamos o composto obtido para verificar se a prática ocorreu como esperado”.

“Há pouca aplicação do conteúdo abordado, só sabemos sintetizar complexos diferentes”.

- Nas respostas da segunda pergunta: “Qual seu grau de interesse, considerando uma escala de 0 a 10, pela PARTE TEÓRICA da disciplina Química Inorgânica II (QUI 320)? Explique”. Observa-se maior interesse dos alunos devido as notas dadas entre 8 a 10, pois a parte teórica é bem explicada e alguns estudantes alegam mais interessante por apresentar conteúdos diferentes, há estudo dos complexos e suas estruturas moleculares. Além disso, a disciplina consiste em uma base fundamental para o curso de química segundo os estudantes. Como pode ser observado claramente nas citações dos alunos:

“É bem explicado todo o conteúdo teórico e há muitos exemplos aplicáveis, é mais interessante, pois são conteúdos diferentes”.

“A parte teórica da disciplina é base teórica para outras disciplinas do curso”. Para analisar a relação entre a teoria e prática tem-se a terceira pergunta:

“Considerando uma escala de 0 a 10, em sua opinião há uma correlação entre a atual apostila de práticas de Química Inorgânica II (QUI 320) e o conteúdo teórico da disciplina? Explique”.

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seguem o mesmo cronograma. Algumas práticas estão avançadas e/ou atrasadas com relação ao conteúdo teórico como afirmam alguns estudantes:

“Algumas práticas estão adiantadas em relação a matéria teórica outras atrasadas, não contribuindo para o entendimento da prática”.

“Muitas práticas são repetitivas e boa parte da parte teórica não é abordada na prática”.

Muitos alunos matriculados podem não entender e/ou não gostar do conteúdo sobre a química de coordenação. Nesse contexto a quarta pergunta “O que você entende por compostos de coordenação? Conhece alguma aplicação destes compostos? Se sim, qual aplicação?”. Questiona-se justamente a concepção dos alunos sobre compostos de coordenação e sua aplicação no âmbito da química.

Ao analisar as respostas, nota-se que para a maioria dos alunos há aquele conceito enraizado de que compostos de coordenação são moléculas que apresentam centro metálico, normalmente um metal de transição, com ligantes coordenados a ele. Alguns alunos conhecem aplicações como catálise e Bioinorgânica, porém a maioria exemplificou sobre o complexo da cisplatina, utilizado como fármaco no tratamento de câncer, aplicação essa vista na parte teórica da disciplina, conforme analisado nas respostas a seguir:

“Compostos de coordenação são complexos que apresentam um centro metálico e ligantes se coordenam a esse centro metálico. Sim, conheço uma das aplicações o complexo cisplatina, que é usado no tratamento de câncer de ovário”.

Muitos estudantes podem não concordar com o ensino contextualizado no ensino da Química Inorgânica, diante dessa hipótese a quinta pergunta retrata sobre importância das aplicações dos conteúdos específicos em Química: “Você considera importante saber qual a aplicação no cotidiano de conteúdos específicos em química? Justifique”.

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“Sim. Motiva o aluno a conhecer mais sobre a área da Química e fornece a base para entender outras disciplinas”.

“Sim, com toda certeza. Sinto que muitas disciplinas falham em não mostrar a aplicação dos estudos da química no cotidiano”.

“É de suma importância. O ensino deve ser colocado no cotidiano do estudante para facilitar, estimular/motivar o estudo e assimilação dessa ciência por parte dos discentes”.

Para finalizar a sexta pergunta questiona sobre o uso da interdisciplinaridade e contextualização na parte prática da disciplina de QUI320: “Você considera que as aulas práticas da disciplina Química Inorgânica II (QUI 320) são interdisciplinares e contextualizadas? Justifique”.

Alguns alunos acreditam que a parte prática da disciplina é contextualizada devido à parte teórica. Muitos dos alunos acreditam que não é interdisciplinar, uma vez que há pouca relação entre a parte teórica e prática e as práticas são voltadas para sínteses de complexos, alegam:

“Não. Não tem relação com a parte teórica efetivamente. O contexto usado é básico e só há relação com a Química e não com outras disciplinas como a biologia, farmacologia”.

“As aulas práticas são contextualizadas com a aula teórica muitas vezes, porém não são contextualizadas com relação ao uso/aplicação dos complexos sintetizados. Não são interdisciplinares”.

“Não. As aulas práticas são restritas ao conteúdo da disciplina”.

Como era esperado, observa-se que a parte prática da disciplina de Química Inorgânica II não está na abordagem interdisciplinar e não apresenta contextualização devido ao seu caráter meramente repetitivo e técnico e centrado apenas no conteúdo específico como observações dos estudantes.

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a aprender, mas também o próprio professor através da busca por ações, atitudes e planejamentos que se adequem a realidade do cotidiano.

Trindade define essa atitude:

“A atitude que se articula com a prática interdisciplinar exige que o professor esteja sempre avaliando seu trabalho, verificando se está adequado à realidade e se leva aprendizagem significativa” (FAZENDA; TRINDADE, 2002).

Dessa forma é importante ressaltar que adotar a interdisciplinaridade pode favorecer a comunicação dos saberes por meios da interação entre as disciplinas como a Química Inorgânica e Química Inorgânica Medicinal com os conhecimentos prévios do aluno fazendo uma aproximação do conteúdo teórico- prático com a sua vivência, não visando somente conteúdos específicos da área, mas evidenciando suas aplicações. Através da aplicação daquilo que é realizado no laboratório pode-se mostrar a contextualização e importância da teoria estudada.

5.3. Vantagens da utilização do material didático proposto

Diante dessas análises torna-se importante uma mudança e/ou reformulação dos roteiros experimentais. Como enfatizado na revisão de literatura, abordagens contextualizadas e interdisciplinares tem muito a contribuir para a formação e aquisição do conhecimento ao discente, uma vez que além de tornar o ensino atrativo e não somente repetitivo, facilita aprendizagem dos conteúdos devido à relação teórico-prática poder ter relação com cotidiano vivenciado pelo aluno. A Química é uma ciência ampla que abrange muitos conceitos que podem ser tratados juntamente de outras áreas de conhecimento da química, como a Química aliada a Química Inorgânica Medicinal, por exemplo.

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discussões interdisciplinares que associam fundamentos químicos, biológicos e medicinais.

É importante ressaltar que o uso de novos roteiros experimentais também pode ser indicado a professores da disciplina que estejam interessados em expandir seus conhecimentos sobre o assunto, pois é cada vez maior o desafio de planejar aulas de caráter contextual de maneira que promovam maior participação e interesse dos alunos.

O tema “Química Inorgânica Medicinal” escolhido apresenta um bom caráter interdisciplinar e contextual, pois abrange desde as origens do emprego de metais na medicina através dos trabalhos de Paul Ehrlich, aplicações da Química Inorgânica, como a utilização dos metais como agentes quelantes ou de diagnóstico para patologias e disfunções do organismo (uso de radiofármacos), até investigação da interação dos íons metálicos com biomoléculas. Por fim, destaca-se o conhecimento sobre fármacos e compostos baseados em metais que são utilizados com sucesso na medicina.

Além disso, abordagens contextualizadas com foco em Química Inorgânica Medicinal podem complementar o ensino em relação aos conteúdos sobre compostos de coordenação. Normalmente, são priorizados noções sobre estrutura e reatividade dos compostos, sendo a aplicabilidade muitas das vezes ignorada.

Em uma próxima etapa, seria pertinente a aplicação dos roteiros experimentais propostos para uma possível análise sobre como essa nova abordagem contribui para a aprendizagem dos estudantes diante da realização de ensaios para verificação da atividade biológica dos compostos sintetizados.

A idéia central dessa monografia foi contribuir para mudar ou complementar as atividades docentes para que sejam diferentes daquelas que normalmente estão sendo empregadas no curso de Química da UFV. Com a realização de aulas práticas temáticas envolvendo verificação de atividade biológica exibida por complexos metálicos, acredita-se que os estudantes demonstrarão grande interesse e motivação em aprender os conteúdos abordados na disciplina de Química Inorgânica.

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No decorrer deste trabalho foram elaborados três roteiros experimentais contextualizados sobre o conteúdo de Química Inorgânica Medicinal evidenciando aplicações destes através de ensaios de atividade biológica (teste de difusão em ágar) e inibição enzimática frente à urease.

Diante das análises realizadas e em virtude de que a atividade experimental é um recurso importante para o docente quando bem estruturada e relacionada com aulas teóricas sobre o assunto a ser tratado, espera-se que os roteiros experimentais propostos sejam empregados com sucesso nas aulas de Química Inorgânica II envolvendo a temática “Investigação da atividade biológica de compostos de coordenação”.

Através dessa perspectiva, ressalta-se que o conteúdo sobre “compostos de coordenação” abordado durante o curso de inorgânica pode ser complementado de maneira interdisciplinar e contextualizada, uma vez que esse tema pode envolver aspectos históricos das ciências, química, biológica e medicinal.

Essa proposta pode propiciar ao aluno associar e adquirir maior curiosidade sobre os conteúdos abordados, interesse pela Química, conhecimentos sobre diversas áreas que muitas vezes são disponíveis de forma isolada em outras disciplinas específicas, favorecer uma maior eficácia no processo de ensino e aprendizagem no ensino superior. Além de contribuir para aquisição de conhecimentos e melhoria de práticas de ensino para os docentes, uma vez que permite a possibilidade de superação dos limites impostos de um ensino teórico.

29 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AHMAD, S.; ISAB, A.; ALI, S.; Al-ARFAJ, A.R. Perspectives in bioinorganic chemistry of some metal based therapeutic agents. Polyhedron, 25,p. 1633-1645, 2006.

ALMEIDA, A.O.; MENEZES, D.C; Monografia: “Perfil farmacológico de complexos metálicos: Tema interdisciplinar para aulas de Química Inorgânica”, 2010.

AMTUL, Z.; ATTA-UR-R.; SIDDIQUI, R. A.; CHOUDHARY, M. I. Chemistry and mechanism of urease inhibition. Curr. Med. Chem. 9, 1323, 2002.

BARAN, E.J. Suplementação de elementos-traços. Cadernos temáticos de Química Nova na Escola. N° 6. JULHO, 2005.

BENITE, A. M. C.; MACHADO, S. P.; BARREIRO, E. J. Considerações sobre a Química Bioinorgânica Medicinal. Revista eletrônica de farmácia. v. 4, n. 2, p. 131-142, 2007.

BERALDO, H. Contribuições da Química Inorgânica para a Química Medicinal. QNEsc. V.6, p.4 – 6. 2005.

BONENBERGER, C. J., SILVA. J., MARTINS. T. L. C. Uso do tema gerador FUMO para o ensino de química na educação de jovens e adultos. Disponível em: http://www.nutes.ufrj.br/abrapec/vienpec/CR2/p1069.pdf Acesso em 25 de março de 2015.

BURNE, R.A., CHEN, Y.Y. Bacterial ureases in infectious diseases. Microbes.infects. 2, 533-542. 2000.

30

Interdisciplinaridade e educação ambiental. Cadernos de educação ambiental 2. Brasília: Ipê- Instituto de Pesquisas Ecológicas, 1998.

CASTRO, A. B. Quelatos complexos de oxovanádio(IV):potenciais mimetizadores de insulina. São Carlos: UFSCAR, 2005.

CATRINCK, M. N. Monografia: “Síntese e avaliação biológica de derivados ditiocarbamatos de vánadio”, 2011.

DENCKER, A. F. M. Pesquisa e interdisciplinaridade no Ensino Superior: uma experiência no curso de turismo. São Paulo: Aleph, 2002.

DIXON, N.E., GAZZOLA, C.,BLAKELEY, R.L., ZERNER, B. Jack Bean urease (EC 3.5.1.5). A metalloenzyme. A simple Biological rule for nickel? J.Am. chem. Soc. 97, 4131-4133, 1975.

FAVARÃO, N. R. L., ARAÚJO, C. S. A. Importância da interdisciplinaridade no ensino superior. Educere. 4, 103-115, 2004.

FAZENDA, I. A. A interdisciplinaridade: história, teoria e pesquisa. Campinas: Papirus, 1994.

FAZENDA, I. A. O que é Interdisciplinaridade? São Paulo: Cortez, 2008.

FAZENDA, I. A; TRINDADE, V. Atitude in: “Interdisciplinaridade: Dicionário em construção” São Paulo: Cortez, 2002.

FONTES, A. P. S.; CÉSAR, E. T.; BERALDO, H. A Química Inorgânica Medicinal na Terapia do Câncer. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 6, n. c. temática, p. 13-18, 2005.

31 Soc. 3903-3908, 1997.

GUILHERME L. R. Tese de Doutorado: Síntese e caracterização de novos complexos de vanádio: estudo da utilização dos complexos no tratamento da Diabetes mellitus. Instituto de Química de Araraquara,2007.

GUPTA, K.C.; SUTAR A.K. Catalytic activities of Schiff base transition metal complexes. Coordination Chemistry Reviews, 252, 1420–1450, 2008.

LIMA, J. F.L; PINA, M. do S.L etal. A contextualização no Ensino de Cinética Química. QNESC, pg 26-29, 2000.

MANHÃES, J. O.; TELES, A. P., PASSOS, L. O. Os alimentos e o processo de digestão como tema gerador para o estudo da cinética química. 32a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, Livro de Resumos 32a.RASBQ, SBQ, 2009.

MENEZES, D. C.; BORGES, E.; TORRES, M.F.; BRAGA, J.P. A kinetic study of jack-bean urease denaturation by a new dithiocarbamate bismuth compound. Chemical Physics Letters, p. 85, 548, 2012.

MENEZES, D. C. Síntese e caracterização de complexos de ditiocarbamatos de Sn(IV), Ln(III), Ga(III) e metais de transição: Decomposição térmica e perfil farmacológico in vitro. Universidade Federal de Minas Gerais, 2008.

MOBLEY H.L; ISLAND M.D.; HAUSINGER R.P. Molecular biology of microbial ureases.Microbiol. Rev. 59, 451-480, 1995.

32

Journal of Medical and Biological Research 39, 851-861.Ribeirão Preto Julho, 2006.

OLIVEIRA, L. S. PROSPECÇÃO DE NOVOS PRODUTOS NATURAIS E SINTÉTICOS BIOATIVOS COM ATIVIDADE ANTIMICROBIANA FRENTE A HELICOBACTER PYLORI. Monografia de Conclusão de Curso – Mestrado Profissional em Farmácia, Universidade Bandeirante de São Paulo, São Paulo, 2010.

OLIVEIRA, M., ET AL. Práticas de Química Inorgânica: complexos. 1ª Ed, 68p.Viçosa, mg : ufv/cead, 2010.

Disponível em: https://www2.cead.ufv.br/serieconhecimento/?p=21 Acesso em 5 de março de 2015.

PINHEIRO, S. S., PINHEIRO, C. R., BARBOSA, C. C., ET AL. O Estudo fitoquímico da planta Dioscorea altíssima como tema gerador para o ensino de química: uma experiência no ensino superior. 49º Congresso Brasileiro de Química. Livro de resumos 49º CBQ, 2009.

PIETROCOLA, M.; FILHO, J DE P.A; PINHEIRO, T DE F. Prática interdisciplinar na formação disciplinar de professores de ciências. v.8, n.2, ago. 2003.

PINTO, C. R. A abordagem fisiológica da pressão arterial na contextualização do fenômeno da osmose. 32a _{Reunião Anual da} Sociedade Brasileira de Química, Livro de Resumos 32a_{.RASBQ, SBQ, 2009.}

RAO, C. P.; SREEDHARA, A. Biomimetic and biointeraction studies of vanadium: role of oxovanadium complexes. Journal of Inorganic Biochemistry, v. 67, n. 1/4, p. 393, 1997.

33

SILVA, L. P. O biodiesel como tema gerador para o ensino de química: uma experiência no ensino superior. 31a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, Livro de Resumos 31a_{.RASBQ, SBQ, 2008.}

RIBEIRO, A. D. S., RIBEIRO, K. D. F. A bananiculcultura como abordagem temática para o ensino de Química no ensino médio. XIV Encontro Nacional de Ensino de Química. Livro de Resumos XIV ENEQ, 2008.

ROSENBERG, BARNETT; VANCAMP, LORETTA; KRIGAS, THOMAS. Inhibition of cell division in escherichia coli by electrolysis products from a platinum electrode. Nature. Volume 205, p 698, 1965.

SADLER, P.J.; LI, H., SUN, H. Coordination chemistry of metals in medicine: target sites for bismuth. Coord. Chem. Rev., 185-186 ,689-709, 1999.

SCOTT, T. E. Pharmaceutical Agents for the Treatment Of Rheumatoid Arthritis. Managed Care. Vol. 10, nº 7, julho 2001.

34 8 ANEXOS

A seguir encontram-se os três roteiros experimentais a serem utilizados em aulas prática da disciplina QUI 320 – Química Inorgânica II e o questionário avaliativo que foi aplicado.

Roteiro Experimental I

SÍNTESE DO COMPLEXO BIS(DIETILDITIOCARBAMATO)OXOVANÁDIO(IV)

1 INTRODUÇÃO

A pesquisa química baseada na síntese e a avaliação biológica de complexos metálicos têm conduzido à descoberta de importantes agentes terapêuticos, utilizados com sucesso no tratamento de diversas doenças.

Após a descoberta da atividade antitumoral do fármaco comercial Cisplatina, [PtCl2(NH3)2] tornou-se crescente a busca por complexos inorgânicos capazes de explicar mecanismos de ação biológicos, além de estimular o desenvolvimento de fármacos baseados em metais.

Dentre os fármacos destacados na literatura destacam-se tiolatos e tioglicolatos à base de Au(I) como o tiogliconato de ouro(I) e a auranofina, que possuem notável ação antiinflamatória sendo usados no tratamento de artrite. Fármacos contendo Sb(V), como gluconato de antimônio e antimoniato de N -metilglucamina, são bastante utilizados no tratamento da leishmaniose.

Agentes anticancerígenos baseados em complexos de platina, como a Carboplatina, Nedaplatina e Oxaliplatina, são disponíveis comercialmente e mostram-se ativos frente a vários tipos de carcinomas humanos, como de pulmão, ovário e bexiga. Antimicrobianos com Ag(I) e Hg(II) como centros metálicos, como citrato de zinco e acetato de estrôncio, por exemplo, são antibacterianos de uso tópico conhecidos, especialmente frente a enfermidades relacionadas à presença da bactéria Staphylococcus aureus.

35

citado por BENITE, 2007). Além disso, complexos formados por vanádio e ligantes orgânicos apresentam baixa toxidez e são frequentemente solúveis em meio aquoso. Um exemplo típico é o complexo bis-(maltolato)oxovanádio(IV) (BMOV), fármaco para tratamento de diabete, um complexos metálico capaz de biomimetizar a Insulina. (KRATOCHWIL etal, 1996 citado por BENITE, 2007).

Desta forma, nesta prática será preparado um derivado de vanádio(IV), o complexo bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV) [VO{S2CN(C2H5)2}2, utilizando como precursor o complexo bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2], para posterior avaliação biológica (CATRINCK, 2011).

A Figura 2 representa o esquema de reação para obtenção do complexo bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2.

Figura 1: Esquema de reação para obtenção do complexo bis(dietilditiocarbamato)oxovanadio(IV), [VO(acac)2].

2 OBJETIVOS

Preparação do complexo bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2].

3 REAGENTES, MATERIAIS E EQUIPAMENTOS A SEREM UTILIZADOS

[VO{S2CN(C2H5)2}2], [VO(acac)2] , álcool etílico, água destilada, ligante dietilditiocarbmato de sódio, balança semi- analítica, chapa de agitação, erlenmeyer de 125 mL, funil de Büchner de 50 mL para filtração.

4 PROCEDIMENTOS

36

- Em um balão de fundo redondo colocar 0,20 g do complexo [VO(acac)2] e adicionar a menor quantidade de etanol, P.A., necessária para solubilizar a maior porção do complexo.

- Em seguida adicionar lentamente pequenas quantidades dietilditiocarbamato de sódio (C5H10NNaS2.3H2O).

- Deixar o sistema reacional sob agitação até que observar a total mudança na coloração da suspensão (azul para alaranjado), cerca de 30 minutos.

- Após o tempo de 30 minutos a mistura deve ser filtrada em papel de filtro. - Lavar o sólido com água e etanol, em seguida armazenar em dessecador.

5 RESULTADOS E EXERCÍCIOS

1 Representa a estrutura dos complexos sintetizados nessa prática. Qual o número o número de oxidação do vanádio no complexo obtido?

2 Complete a reação de síntese do complexo de vanádio abaixo:

6 LEITURA COMPLEMENTAR

D'CRUZ, Osmond J.; UCKUN, Fatih M. Intravaginal Toxicity Studies of a Gel-Microemulsion Formulation of Spermicidal Vanadocenes in Rabbits. Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 170, Issue 2, 15 January 2001, Pages 104-112, 2001.

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Roteiro Experimental II

INVESTIGAÇÃO DA ATIVIDADE BIOLÓGICA DE COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO DE VANÁDIO(IV)

1. INTRODUÇÃO

A Química Inorgânica Medicinal estuda o metabolismo, as funções e aplicações de íons inorgânicos e seus devidos complexos em sistemas biológicos relacionando a atividade biológica apresentada por um sistema inorgânico com suas características estruturais e eletrônicas (BENITE et al., 2007). Além disso, a Química Inorgânica Medicinal é considerada uma área multidisciplinar, pois combina a Química Orgânica e Inorgânica, Farmacologia e Bioquímica (BERALDO, 2005). Alguns exemplos de compostos de coordenação empregados como fármacos na clínica médica atualmente são mostrados na figura 1.

Figura 1: Alguns exemplos de fármacos baseados em metais diversos: (a) Auranofina, Auranofin®_{; (b) tiogliconato de ouro(I) , Solganol}®_{; (c) Oxaliplatina;(d)} Citrato de bismuto(III).ranitidina, Pylorid®; (e) Gluconato de antimônio(V) sódico,

38

A atividade antimicrobiana exibida por um composto pode ser determinada através de ensaios de atividade biológica como o teste de difusão em ágar. Este teste fornece resultados quantitativos e qualitativos e baseia-se na utilização de discos de papel nos quais é colocado o composto que se deseja investigar. Este disco é adicionado a uma placa de petri contendo um meio de cultura sólido apropriado previamente inoculado com o microorganismo escolhido para o teste. Posteriormente a placa Petri é incubada em uma temperatura adequada para o crescimento do microorganismo, ocorrendo a difusão do composto sob investigação na placa, podendo ocasionar neste processo a inibição do crescimento microbiano. A atividade antimicrobiana exibida pelo composto é visualizada a partir da presença de um halo de inibição em torno do disco de papel, conforme mostrado na figura 2.

.

Figura 2: Atividade antimicrobiana exibida pelo composto: Presença de um halo de inibição em torno do disco de papel.

Pode-se verificar que o diâmetro do halo de inibição é proporcional à quantidade de agente antimicrobiano presente naquele disco, solubilidade do agente, coeficiente de difusão e eficácia do composto a ser investigado (ALMEIDA, 2010).

Constatada a atividade biológica de um composto, ensaios biológicos podem ser realizados com o objetivo da investigação do possível mecanismo de ação exibido.

39

são frequentemente solúveis em meio aquoso. Um exemplo típico é o complexo bis-(maltolato)oxovanádio(IV) (BMOV), fármaco para tratamento de diabete, um complexos metálico capaz de biomimetizar a Insulina. (KRATOCHWIL etal, 1996 citado por BENITE, 2007).

Sais e compostos simples de vanádio(IV) e de vanádio(V) mostram esse tipo de atividade e foram testados uma gama de quelatos de oxovanádio(IV), oxovanádio(V) e peroxovanadatos e de outros complexos similares. Um exemplo interessante desse complexo é o bis(maltolato) oxovanádio(IV) (Figura 2), que tem se mostrado como um sistema com excelentes perspectivas farmacológicas (BARAN, 2005).

Figura 3: Estrutura do complexo bis(maltolato)oxovanádio(IV)

Dessa forma, nesta prática tem-se o estudo da atividade biológica de dois complexos de vanádio, os quais podem apresentar atividade antimicrobiana, através do teste de difusão em ágar.

2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Verificação da atividade biológica dos complexos:

(I) bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2] (figura 4) e (II) bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2] (figura 5) através do teste de

40

Figura 4: Complexo bis(dietilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2]

Figura 5: bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2]

3 REAGENTES, MATERIAIS E EQUIPAMENTOS A SEREM UTILIZADOS

[VO{S2CN(C2H5)2}2], [VO(acac)2] , álcool etílico 70%, água destilada e esterilizada, norfloxacino, balança semi- analítica, fluxo laminar esterilizado, autoclave, estufa, pipetas automáticas, balão, alça de platina e de Drigausky, lamparina, pipeta e micropipeta de 10 e 100µL e ponteiras, placas de petri, discos de papel de filtro esterilizados com 6mm de diâmetro, suporte para tubos de ensaio e tubos de ensaio estéreis, espátulas, escala padronizada de turbidez tipo Mac Farland padrão 1 , meios de cultura solido e líquido, cepa microbiológica S. aureus (ATCC25921) e vidrarias de uso comum em laboratório.

4 CUIDADOS NECESSÁRIOS PARA O ENSAIO BIOLÓGICO

41 5 PROCEDIMENTOS

5.1 Teste de difusão em ágar

- Preparar uma solução de 250mmol.L-1 _{de norfloxacino e também para os} complexos bis(etilditiocarbamato)oxovanádio(IV), [VO{S2CN(C2H5)2}2 e bis(acetilacetonato)oxovanádio(IV), [VO(acac)2].

- Realizar os procedimentos em fluxo laminar previamente esterilizado com álcool etílico 70% e com luz UV por 20 minutos:

- Em cada placa Petri com o meio sólido adicionar 50 µL de meio líquido contendo o microorganismo;

- Com a alça de Drigalsky esterilizada espalhar o meio líquido sobre a placa; - Com a pinça flambada na lamparina adicionar os discos de papel de filtro às placas;

- Gotejar sob cada disco 10 µL da solução do complexo e dos controles positivo (antibiótico norfloxacino) e negativo( água estéril) e deixe secar por alguns segundos.

- Levar as placas à estufa de 37ºC por 24 horas.

- Após 24 horas medir os diâmetros dos possíveis halos em diferentes pontos e fazer a média para cada microorganismo.

6 RESULTADOS E EXERCÍCIOS

1 Complete o quadro com os resultados obtidos na prática

Quadro- Diâmetros de inibição do complexo frente à S. aureus Complexos Halos de inibição frente à S. aureus/ mm

I

II

DMSO

42

2 Qual a possível geometria para os complexos I e II de vanádio desta prática? 3 Qual a importância biológica dos compostos de vanádio?

4 Qual dos complexos é o mais ativos frente ao teste de difusão em ágar? Como se verificou sua atividade?

7 LEITURA COMPLEMENTAR

D'CRUZ, Osmond J.; UCKUN, Fatih M. Intravaginal Toxicity Studies of a Gel-Microemulsion Formulation of Spermicidal Vanadocenes in Rabbits. Toxicology and Applied Pharmacology. Volume 170, Issue 2, 15 January 2001, Pages 104-112, 2001.

BENITE, A. M. C.; MACHADO, S. P.; BARREIRO, E. J. Considerações sobre a Química Bioinorgânica Medicinal. Revista eletrônica de framácia, v. 4, n. 2, p. 131-142, 2007.