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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA APOSTILA DIDÁTICA Autor: Ana Caroline Barros Litaiff Manaus, 2012 Sumário Sumário ........................................................................................................................................ 1 EXTRAÇÃO DE DNA DO TOMATE .................................................................................................. 1 Introdução ................................................................................................................................ 1 Parte experimental ................................................................................................................... 2 Procedimento experimental ..................................................................................................... 3 Discussão .................................................................................................................................. 3 TESTE DO BAFÔMETRO ................................................................................................................. 5 Introdução ................................................................................................................................ 5 Parte experimental ................................................................................................................... 5 Procedimento experimental ..................................................................................................... 6 Discussão .................................................................................................................................. 6 DETECÇÃO DE IMPRESSÕES DIGITAIS .......................................................................................... 8 Introdução ................................................................................................................................ 8 1.Revelação de impressões digitais com vapor de cianoacrilato .............................................. 8 Parte experimental ............................................................................................................... 8 Procedimento experimental ................................................................................................. 9 Discussão .............................................................................................................................. 9 2.Revelação de impressões digitais com ninidrina .................................................................... 9 Parte experimental ............................................................................................................... 9 Procedimento experimental ............................................................................................... 10 Discussão ............................................................................................................................ 10 3.Revelação de impressões digitais com vapor de iodo .......................................................... 10 Parte experimental ............................................................................................................. 11 Procedimento experimental ............................................................................................... 11 Discussão ............................................................................................................................ 11 AIRBAG ....................................................................................................................................... 12 Introdução .............................................................................................................................. 12 Parte experimental ................................................................................................................. 12 Procedimento experimental ................................................................................................... 12 Discussão ................................................................................................................................13 EXTRAÇÃO DE DNA DO TOMATE Introdução De todas as moléculas conhecidas, o ácido desoxirribonucléico ou DNA é uma das mas complexas de entendimento. A natureza do material genético, o DNA, começou a ser desvendada em 1869, quando Johann Friederich Miescher verificou que quase todas as células vivas continham um núcleo, em cujo interior havia uma substância, que Miescher denominou de nucleína. Posterior mente, por volta de 1889, Richard Altmann verificou a natureza ácida da nucleína, mudando-a subsequentemente para o nome de ácido nucleico. A estrutura da molécula de DNA foi concomitantemente elucidada por James Watson e Francis Crick, em 1953, consagrando a descoberta da estrutura de dupla hélice das duas longas fitas de DNA que se enrolam. O ácido desoxirribonucleico (DNA) é composto por nucleotídeos que tem uma estrutura básica, com três tipos de componentes químicos: (1) fosfato; (2) desoxirribose, um açúcar classificado como pentose; e (3) bases nitrogenadas, que se comportam de maneira a formar uma estrutura em hélice complementar. Os nucleotídeos são mantidos na fita por ligações fosfodiester, na qual um grupo fosforil fica entre dois nucleotídeos, criando um esqueleto repetitivo de açúcar-fosfato e não permitindo quebras. O grupo fosforil também dá ao DNA a característica negativa. Os filamentos de nucleotídeos são mantidos juntos por ligações de hidrogênio, sendo que estas são sempre entre uma purina (guanina e adenina) e uma pirimidina (citosina e timina). O número de ligações de hidrogênio varia conforme a combinação das bases nitrogenadas, sendo três ligações entre guanina e citosina e duas entre adenina e timina. Esta estrutura complexa do DNA, mantida por ligações químicas covalentes e não covalentes, está armazenada no núcleo. Portanto, para que se possa ter acesso a ela, é necessário romper paredes celulares, membranas lipoproteicas e diminuir a interação de proteínas necessárias para o empacotamento do DNA. Parte experimental Materiais Necessários 1 tomate 1 faca de cozinha Água 4 mL Álcool etílico 96% gelado 6 mL Detergente comercial Gelo Papel de filtro Funil Béquer de 500 mL Béquer de 100 mL Fogão para aquecimento Termômetro Saco plástico 1 Isopor 4 colheres de café de cloreto de sódio (sal de cozinha) Procedimento experimental Em um béquer de 500 mL, picar o tomate com uma faca colocando-os em um saco plástico. Depois triturá-los, amassando o saco plástico. Em seguida utilizando um béquer de 100 mL, preparar a solução de lise: 6 mL de detergente concentrado, 4 g de cloreto de sódio, completando o volume com água até 60 mL. A solução de lise (60 mL) deve ser adicionada ao saco plástico contendo o tomate triturado, homogeneizando esta mistura e em seguida colocado em um béquer. Após isto, colocar o béquer em banho-maria (55⁰C) por 10 minutos, cuidando para que a solução não entre em fervura. Figura . Banho-maria da solução de lise com tomate triturado. Preparar um banho de gelo em um isopor e após 10 minutos de banho-maria, transferir o béquer para o banho de gelo por um período de 5 minutos. Filtrar 4 mL desta solução para outro béquer e adicionar 4 mL de álcool etílico gelado. Durante a adição do álcool etílico, observar atentamente o que ocorre no béquer. Discussão O experimento de extração de DNA envolve três procedimentos básicos: 1) lise dos tecidos e células; 2) remoção de proteínas e outros fragmentos de material do DNA; 3) precipitação do DNA. Na extração de DNA, cada uma das etapas tem a sua importância. A homogeneização do tecido (aumento da superfície de contato) faz com que a parede celular seja rompida. Esse aumento faz com que a solução de lise aja sobre um maior número de células, liberando um grande número de moléculas de DNA. O detergente e o sal são utilizados para provocar a lise das células e os núcleos. Como as membranas plasmática e nuclear são compostas principalmente por lipídios, as moléculas de detergente as desestruturam e provocam a sua ruptura, deixando assim o DNA disperso na solução. A adição de sal (cloreto de sódio) proporciona um ambiente favorável para extração do DNA, pois o sal, depois de dissolvido, sofre dissociação e contribui com os íons positivos (Na+), que neutralizam a carga negativa do grupo fosfato do DNA, e com íons negativos (Cl-), que por sua vez neutralizam a carga positiva das proteínas ligadas inicialmente no DNA. Desta forma, a molécula de DNA não sofre repulsão de cargas entre si, o que favorece sua aglomeração. O aumento da temperatura aumenta a energia cinética entre as moléculas, favorecendo o processo de solubilização das membranas pelo detergente. Além disso, a alta temperatura provoca a desnaturação térmica de várias proteínas e enzimas, dentre elas as DNAses que podem degradar o DNA. O choque térmico, por sua vez, é responsável pela diminuição rápida da temperatura do sistema, que serve para manter “inativadas” as proteínas e as enzimas. A diminuição brusca da temperatura desfavorece a interação entre as fitas da molécula de DNA, mantendo-as abertas no meio. O processo de filtração faz com que ocorra a separação entre partículas sólidas e líquidas. A adição do álcool etílico gelado faz com que ocorra a precipitação do DNA devido a sua baixa solubilidade nesse solvente. Nele também o DNA aumenta sua compactação e tende a formar fibras. Portanto, a nuvem esbranquiçada que se forma é constituída por DNA. Figura . Separação do DNA pela adição de alcool etilico gelado TESTE DO BAFÔMETRO Introdução O bafômetro é um aparelho que permite determinar a quantidade de álcool no sangue. Quando uma pessoa ingere bebidas alcoólicas, o álcool passa rapidamente para a corrente sanguínea, pela qual é levado para todas as partes do corpo. A consequência é a intoxicação, que varia de uma leve euforia até estados mais adiantados de estupor alcoólico. Como resultado, a capacidade da pessoa para conduzir veículos é altamente comprometida, tendo em vista que a intoxicação afeta a coordenação motora e a rapidez dos reflexos. Embora a existência de álcool no sangue possa ser detectada por uma análise direta do mesmo, é muito mais conveniente detectar o mesmo no ar expirado. Por isso o instrumento usado para esta finalidade é bafômetros, e seu funcionamento baseia-se em reações de oxidação e redução. Parte experimental Materiais Necessários 1 kitassato 1 béquer de 100 mL 1 rolha 1 balão de festa 1 balão volumétrico 1 vidro de âmbar Balança analítica Pipeta graduada Álcool comercial Água destilada Solução de dicromato de potássio P.A Solução de ácido sulfúrico P.A (95%) ou 6 mol/L Procedimento experimental Primeiramente deve ser preparada 100 mL de uma solução 6 mol/L de ácido sulfúrico em balão volumétrico de 100 mL. Para isto deve se adicionar 40 mL de água destilada no balão e posteriormente acrescentar lentamente 33,7 mL de ácido sulfúrico P.A (95%). Em seguida o volume do balão deve ser completado com água destilada. Em um béquer acrescentar 50 mL da solução de ácido sulfúrico 6 mol/L e misturar lentamente a este 6 gramas de dicromato de potássio P.A mantendo constante agitação para que a mistura seja homogeneizada. Em seguida transferir a solução para um vidro de âmbar para armazenagem. Em um kitassato adicionar solução de dicromato de potássio, preparada anteriormente, e tampar este com uma rolha. Depois adicionar algumas gotas de álcool no balão e enche-locom ar, agitando-o. Em seguida, prender o balão na extremidade livre do kitassato, deixando que o ar do balão, com vapores de álcool, entre em contato com a solução presente no kitassato, observar atentamente a mudança de cor que ocorre. Figura . Execução do teste do bafômetro. Discussão No teste do bafômetro a detecção da embriaguez é visual, pois a reação que ocorre é a oxidação de álcool a aldeído e a redução do dicromato a cromo (III), ou mesmo a cromo (II). A coloração inicial é amarelo-alaranjada, devido ao dicromato, e a final é verde-azulada, visto ser o cromo (III) verde e o cromo (II) azul. Os bafômetros são apenas utilizados para indicar se a pessoa está abaixo ou acima do limite legal (de acordo com a legislação brasileira em vigor). As equações que representam a reação química do bafômetro são mostradas abaixo. Equação completa: K2Cr2O7(aq) + 4H2SO4(aq) + 3CH3CH2OH(g) → Cr2(SO4)3(aq) + 7H2O(l) + 3CH3CHO(g) + K2SO4(aq) Equação na forma iônica: Cr2O72-(aq) + 8H+(aq) + 3CH3CH2OH(g → 2Cr3+(aq) + 3CH3CHO(g) +7H2O(l) Figura . Coloração obtida no bafômetro, a esquerda a cor da solução ápos contato com álcool e a direita a solução estocada de dicromato de potássio. DETECÇÃO DE IMPRESSÕES DIGITAIS Introdução A datiloscopia é a ciência que se propõe a identificar as pessoas fisicamente por meio da impressão digital ou produção física dos desenhos formados pelas cristas papilares das extremidades digitais. Esta refere-se as digitais presentes na ponta dos dedos e baseia-se nos princípios da perenidade (os desenhos datiloscópicos em cada ser humano já estão definitivamente formados a partir do sexto mês de gestação), imutabilidade (o desenho não se altera ao longo dos anos, salvo devido à ação de agentes externos como queimaduras, cortes ou doenças de pele como hanseníase), variabilidade (os desenhos são diferentes, tanto entre pessoas como entre os dedos do mesmo indivíduo) e classificabilidade (indica o potencial uso dos desenhos na identificação humana). Uma impressão digital nada mais é do que um depósito de materiais orgânicos deixado em uma superfície no instante em que houve o contato dos dedos com a superfície de um objeto. Quanto maior a oleosidade da pele ou o suor das mãos, mais facilmente a impressão digital poderá ser revelada. O objetivo de revelar uma impressão latente é visualizar o desenho das cristas papilares, que são as linhas do desenho das impressões digitais. Os detalhes dos desenhos destas linhas é que irão permitir a classificação da impressão e um posterior confronto da impressão latente com as impressões digitais dos suspeitos. Veja adiante algumas das principais técnicas utilizadas para revelação de impressões digitais latentes. 1. Revelação de impressões digitais com vapor de cianoacrilato Parte experimental Materiais Necessários Lâmina de vidro 1 unidade de Super Bonder® 1 recipiente de conserva Lâmpada incandescente Procedimento experimental Em uma lâmina de vidro nova coletar uma impressão digital. Após isto, adicionar 3 gotas de cola Super Bonder® na parte interna da tampa do recipiente de conserva. Coloca-se a lâmina de vidro dentro do recipiente, fechando-o. Em seguida, colocar uma lâmpada incandescente próxima à tampa. Após 5 minutos, observa-se a deposição do adesivo sobre a superfície da impressão digital e desliga-se o sistema. (a) (b) Figura 5. Revelação com cianoacrilato (a) recipiente contendo a lâmina para revelação (b) lâmina com impressão digital revelada Discussão O cianoacrilato é uma das substâncias que compõem as supercolas, por exemplo, a Super Bonder®. A técnica de revelação por vapores de cianoacrilato é bastante utilizada na perícia criminal, e baseia-se na reação do vapor de cianoacrilato com lipídios e outros possíveis componentes das impressões digitais formando um depósito duro e esbranquiçado sobre as impressões reveladas. Este depósito rígido é um polímero que protege as impressões reveladas. 2. Revelação de impressões digitais com ninidrina Parte experimental Materiais Necessários Papel A4 Solução de ninidrina Lâmpada incandescente Procedimento experimental Primeiramente prepara-se a solução de ninidrina, onde em um erlenmeyer de 250 mL adicionamos 1g de ninidrina. Em seguida, adicionamos 6 mL de metanol e agita-se manualmente, até iniciar a dissolução da ninidrina. Em seguida, adiciona-se 6 mL de isopropanol, e finalmente, 180 mL de hexano. Agita-se até a completa dissolução e transferi-se o conteúdo para um balão dotado de tampa. Em uma superfície de papel coletar impressões digitais. Após isto, levar o papel para uma capela e borrifar a solução de ninidrina de longe (cerca de 15 cm). Colocar uma lâmpada incandescente próximo ao papel e esperar alguns instantes até que o solvente evapore e que a superfície do papel fique totalmente seca, observar a mudança de cor que ocorre no papel. Figura 6. Revelação de digital usando ninidrina. Discussão A ninidrina é um reagente para diversos propósitos desenvolvido para revelar impressões latentes sobre papel e outras superfícies porosas. A técnica é baseada na reação entre a ninidrina e aminoácidos, presentes no suor humano e deixado no papel por meio de toques digitais. Ela reage com aminoácidos e outros compostos presentes nas impressões digitais, os quais produzem aminoácidos quando decompostos. A ninidrina produz uma imagem colorida que pode variar do laranja ao roxo dependendo dos componentes da impressão e das condições de revelação. A revelação completa pode demorar várias semanas apesar da reação poder ser acelerada através do calor e da umidificação. A reação é indicado a seguir. Figura 7. Reação da ninidrina com aminoácido presente no suor humano. 3. Revelação de impressões digitais com vapor de iodo Parte experimental Materiais Necessários Béquer de 500 mL Chapa de aquecimento Pinça de madeira ou metálica Tira de papel A4 Cristais de Iodo (I2) Procedimento experimental Em várias tiras de papel coletar impressões digitais. Em seguida, colocar alguns cristais de iodo no papel e aquecê-lo. Após isto, colocar as várias tiras de papel em contato com os vapores de iodo por aproximadamente 30 segundos, tampando com o béquer. Figura 8. Coleta de impressão digital em papel Discussão Os vapores de iodo reagem com depósitos de gorduras que foram colocados nas tiras de papel, com isso ocorre à substituição de iodo nas cadeias de lipídeos deixadas pela impressão digital, produzindo temporariamente, um produto de coloração amarelo amarronzado. Figura 9. Impressão digital récem revelada Nessa técnica pode-se observar a mudança de estado físico a partir da sublimação do iodo, mas o fato do iodo sublimar faz com que este método de revelação seja temporário. Figura 10. Impressão digitall revelada com vapor de iodo. AIRBAG Introdução Os Airbag, também conhecido por bolsa de ar ou almofada de ar, é um componente de segurança dos carros, mas também pode ser usado em algumas máquinas industriais e em robôs de pesquisa. Este funciona de forma simples: quando o carro sofre um grande impacto, vários sensores dispostos em partes estratégicas do veículo (frontal, traseiro, lateral direito e esquerdo, atrás dos bancos do passageiro e motorista, tipo cortina no forro interno da cabina) são acionados emitindo sinais para uma unidade de controle que por sua vez checa qual sensor foi atingido e assim aciona o airbag maisadequado. Este dispositivo é constituído de pastilhas de nitrogênio que são acionadas por uma descarga elétrica pela central eletrônica dentro de um balão de ar muito resistente, que é o próprio Airbag; este, por sua vez, se enche rapidamente, amortecendo assim o choque e evitando que motorista e passageiros sofram danos físicos principalmente no rosto, peito e coluna. Para evitar o asfixiamento, o Airbag vai perdendo pressão após o acionamento. Parte experimental Materiais Necessários 1 pacote de Bicarbonato de sódio (NaHCO3) Vinagre (CH3COOH) Uma sacola hermética Procedimento experimental Colocar no fundo da sacola o bicarbonato de sódio. Em seguida, fazer algumas dobras na sacola e adicionar o vinagre, fechando-a. Após isso, agitar a sacola. (a) (b) Figura 11. Procedimento para prática do airbag (a) adição do bicarbonato de sódio na sacola. (b) adição do vinagre a sacola. Discussão O airbag da experiência é formado por um dispositivo que contém a mistura química do vinagre (CH3COOH) com o bicarbonato de sódio (NaHCO3) que é responsável pela liberação do gás. Isso é básicamente o que acontece com um airbag utilizados nos automóveis, onde esse dispositivo está acoplado a um balão que fica no painel do carro e quando ocorre uma colisão (ou desaceleração), os sensores localizados no pára-choque do automóvel transmite um impulso elétrico que causa a detonação da reação. Alguns centésimos de segundo depois, o airbag está completamente inflado, salvando vidas. Na experiência mostrada, o impulso que ativa a reação do airbag é agitação que se dá na sacola, pois quando o vinagre entra em contado com o bicarbonato de sódio, produzem uma reação química que libera um gás, o dióxido de carbono (CO2). Este gás é o responsável por fazer com que a sacola encha de ar. As equações que representam a reação química do airbag são mostradas abaixo. Reação do bicarbonato de sódio com o vinagre: NaHCO3 + CH3COOH → HC3COONa + H2CO3 Reação de decomposição do ácido carbônico (instável) a dióxido de carbono: H2CO3 → H2O + CO2 A grande quantidade de gás liberada pela reação e que enche o airbag, é o que impede com que os ocupantes se choquem contra as partes duras do automóvel. Imediatamente após o seu enchimento, o airbag começa a esvaziar, pois o gás escapa por furinhos que existem na bolsa, para impedir que a vítima fique sufocada. Figura 12. Liberação de CO2. Figura 13. Saco hermético inflado pelo gás. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. LIMA, R. e FRACETO, L. F. Abordagem Química na Extração de DNA do Tomate. Química Nova na Escola, n. 5, 2007. 2. FURLAN, C. M., ALMEIDA, A. C., RODRIGUES, C. N., TANIGUSHI, D. N., SANTOS, D. Y., MOTTA, L. B. e CHOW, F. Extração de DNA Vegetal: O que Estamos Realmente Ensinando em Sala de Aula?. Química Nova na Escola, vol. 33, n. 1, 2011. 3. http://www.bioinfo.ufpb.br/difusao/pdf/extracaodednademorango.pdf , acessado em maio 2012. 4. http://www.educared.org/educa/index.cfm? pg=ensinar_e_aprender.turbine_interna&id_dica=57, acessado em novembro 2011. 5. BRAATHEN, P. C. O Princípio Químico do Bafômetro. Química Nova na Escola, n. 5, maio 1997. 6. CHEMELLO, E. Química Virtual (2006), dezembro. “Ciência Forense: impressões digitais”. 7. http://pt.wikipedia.org/wiki/Airbag , acessado em julho de 2012. 8. http://www.denatran.gov.br/download/AEA_Air-Bag.pdf , acessado em julho de 2012 9. http://www.brasilescola.com/química/air-bag-reacao-decomposicao.htm , acessado em julho de 2012 10. http://www.quimicaonline.net/?tag=quimica-no-cotidiano-2&paged=3 , acessado em julho de 2012 Sumário EXTRAÇÃO DE DNA DO TOMATE Introdução Parte experimental Procedimento experimental Discussão TESTE DO BAFÔMETRO Introdução Parte experimental Procedimento experimental Discussão DETECÇÃO DE IMPRESSÕES DIGITAIS Introdução 1. Revelação de impressões digitais com vapor de cianoacrilato Parte experimental Procedimento experimental Discussão 2. Revelação de impressões digitais com ninidrina Parte experimental Procedimento experimental Discussão 3. Revelação de impressões digitais com vapor de iodo Parte experimental Procedimento experimental Discussão AIRBAG Introdução Parte experimental Procedimento experimental Discussão
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