Sistemas Biológicos: Circulação, Metabolismo e Trocas Gasosas

Transporte em Animais Simples

Os organismos simples realizam diretamente as suas trocas com o meio envolvente.

Sistema de Transporte

Componentes de um Sistema de Transporte

• Fluido circulante (sangue)
• Órgão propulsor do fluido circulante (coração)
• Sistema vascular ou sistema de lacunas

Constituição do Meio Interno

• Sangue
• Linfa

Funções dos Fluidos Circulantes

• Transporte de nutrientes, oxigénio, hormonas e excreções
• Defesa do organismo
• Manutenção da temperatura corporal

Sistema Circulatório Aberto

O fluido circulante, a hemolinfa, abandona os vasos sanguíneos e passa por lacunas.

Sistema Circulatório Fechado

O fluido circulante, o sangue, circula apenas dentro dos vasos sanguíneos.

Sistema Circulatório dos Vertebrados

• Sistema circulatório fechado
• O sangue é impulsionado pelo coração
• Possui um sistema contínuo de vasos sanguíneos

Circulação Simples e Dupla: Características do Coração dos Vertebrados

• Posição ventral
• O número de aurículas e ventrículos varia conforme a classe do animal
• O número de vasos sanguíneos ligados varia conforme a classe do animal

Circulação Simples: Peixes

• O coração tem apenas duas cavidades: uma aurícula e um ventrículo.
• A circulação é simples porque, ao fazer um circuito completo, o sangue passa apenas uma vez no coração.

Circulação Dupla Incompleta: Anfíbios

• O coração tem três cavidades: duas aurículas e um ventrículo.
• A circulação é dupla porque se divide em circulação pulmonar (pequena circulação) e circulação sistémica (grande circulação).
• Para realizar estes trajetos, o sangue passa duas vezes no coração.
• É incompleta porque há mistura parcial de sangue venoso com sangue arterial ao nível do ventrículo.

Circulação Dupla Incompleta: Répteis

Os répteis apresentam um septo incompleto a dividir a metade direita da esquerda do coração. Ocorre a mistura parcial de sangue venoso e arterial, limitando a taxa de oxigenação.

Circulação Dupla Completa: Aves e Mamíferos

• O coração tem quatro cavidades: duas aurículas e dois ventrículos.
• A circulação é dupla porque se divide em circulação pulmonar e circulação sistémica.
• Para realizar estes trajetos, o sangue passa duas vezes no coração.
• É completa porque não há mistura de sangue venoso com sangue arterial. (Ex: aorta; aves - direita; mamíferos - esquerda)

Funções do Coração

• Bombear o sangue, isto é, gerar uma pressão que vai condicionar o fluxo sanguíneo através dos vasos sanguíneos.
• As diferenças de pressão são geradas pelos movimentos de contração do ventrículo (sístole) e de relaxamento (diástole) do mesmo.
• O ciclo cardíaco diz respeito aos movimentos de contração das aurículas e, posteriormente, dos ventrículos, seguidos de relaxamento.

Pressão Sanguínea

A pressão que o sangue exerce sobre a parede dos vasos (pressão sanguínea) alcança o valor máximo nas artérias, diminui ao longo das arteríolas e dos capilares, apresentando valores quase nulos na veia cava.

Circulação do Sangue nas Veias

• Os músculos esqueléticos, quando se contraem, comprimem as veias, pressionando o sangue que nelas circula.
• As válvulas venosas (existentes nas veias) impedem o retrocesso do sangue.
• Movimentos respiratórios (efeito de sucção).
• Abaixamento da pressão nas aurículas durante a diástole (efeito de sucção).

Constituição e Função do Sangue

Componentes do Sangue

• Plasma: Solvente, transporte
• Elementos celulares: Glóbulos vermelhos, glóbulos brancos, plaquetas

Linfa

Tipos de Linfa

• Linfa intersticial: Linfa que banha as células e com a qual são realizadas as trocas celulares.
• Linfa circulante: Linfa que circula dentro dos vasos linfáticos.

Sistema Linfático

• Os capilares sanguíneos realizam trocas constantes com a linfa intersticial (plasma sanguíneo e glóbulos brancos).
• O excesso de linfa intersticial é drenado por capilares linfáticos, formando a linfa circulante. Esta é "filtrada" nos gânglios linfáticos e é novamente lançada nas veias, voltando à corrente sanguínea.
• Assim, o fluido intersticial está sempre em constante renovação, o que é indispensável, pois as células removem o oxigénio e nutrientes, lançando nele os produtos tóxicos resultantes da sua atividade.
• O sistema linfático está ligado ao sistema imunitário.

Metabolismo Celular

É o conjunto de todas as reações químicas que ocorrem numa célula.

• Anabolismo: Reações de síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples. Estas reações são consideradas endoenergéticas.
• Catabolismo: Reações de degradação de moléculas complexas em moléculas mais simples. Estas reações são consideradas exoenergéticas.

ATP (Adenosina Trifosfato)

• Adenina: Base azotada
• Ribose: Açúcar com 5 carbonos (5C)
• 3 grupos fosfato (compostos inorgânicos)

Reações Catabólicas

Respiração

Processo de obtenção de energia cujo aceptor final de eletrões é uma molécula inorgânica.

• Respiração aeróbia: O aceptor final de eletrões é o O₂.

Fermentação

Processo de obtenção de energia cujo aceptor final de eletrões é uma molécula orgânica.

• Fermentação alcoólica: O produto final é o etanol ou álcool etílico.
• Fermentação láctica: Ácido láctico.
• Fermentação acética: Ácido acético.
• Fermentação butírica: Ácido butírico.

Tipos de Anaeróbios

• Anaeróbios Obrigatórios: Não usam oxigénio.
• Anaeróbios Facultativos: Podem usar oxigénio.

Fermentação (Detalhes)

Processo anaeróbio (sem utilização de O₂), realizado por certas espécies de bactérias e leveduras, durante o qual moléculas orgânicas são utilizadas na produção de ATP.

Etapas da Fermentação

Os processos de fermentação envolvem conjuntos de reações enzimáticas que ocorrem no hialoplasma:

• Glicólise: Ocorre a degradação da glicose em ácido pirúvico.
• Redução do ácido pirúvico: Conduz à formação dos produtos de fermentação.

Etapas da Respiração Celular

• Glicólise: Hialoplasma
• Formação de Acetil-CoA: Matriz mitocondrial
• Ciclo de Krebs: Matriz mitocondrial
• Transporte de eletrões na cadeia respiratória/Fosforilação oxidativa: Cristas mitocondriais

Formação da Acetil-CoA

• Ocorre a remoção de duas moléculas de CO₂ (uma por cada ácido pirúvico), processo conhecido como descarboxilação.
• Não há produção de energia.
• Existe oxidação do ácido pirúvico e redução do NAD⁺ a NADH.
• Formam-se 2 moléculas de acetil-CoA (uma por cada ácido pirúvico).

Ciclo de Krebs

Por cada molécula de glicose degradada, formam-se duas moléculas de piruvato e estas, por sua vez, originam duas moléculas de acetil-CoA.

Consequentemente, ocorrem dois ciclos de Krebs onde sucedem os seguintes fenómenos:

• Libertação de 4 moléculas de CO₂.
• Formação de 6 NADH + H⁺ e 2 FADH₂.
• Saldo energético: 2 ATP.

Cadeia Transportadora de Eletrões

As moléculas transportadoras de hidrogénio (H) transferem os eletrões captados para cadeias transportadoras de eletrões (cadeias respiratórias), situadas na membrana interna das mitocôndrias. À medida que os eletrões vão sendo transportados na cadeia respiratória, a energia transferida vai permitir a síntese de 34 moléculas de ATP. Este processo de oxirredução é denominado fosforilação oxidativa.

Estomas (Plantas)

São estruturas existentes na epiderme dos órgãos aéreos das plantas que permitem trocas gasosas entre o interior e o exterior da planta. As paredes celulares que rodeiam a abertura do estoma (ostíolo) são mais espessas que as paredes que contactam com as outras células da epiderme. As zonas mais finas das paredes das células-guarda têm maior elasticidade que as zonas de maior espessura, o que lhes permite abrir e fechar o estoma de acordo com o seu grau de turgência.

Fatores que Influenciam a Abertura dos Estomas

• Concentração de iões
• Intensidade luminosa
• Concentração de CO₂
• pH
• Temperatura
• Vento

Funcionamento dos Estomas

Abertura do Estoma

1. Água entra nas células-guarda por osmose.
2. A célula fica túrgida.
3. A água exerce pressão sobre a parede celular (pressão de turgência).
4. A região delgada da parede da célula-guarda deforma-se mais facilmente, distendendo-se mais do que a zona espessa.
5. O estoma abre.

Fechamento do Estoma

1. Água sai das células-guarda por osmose.
2. A célula fica plasmolisada.
3. Diminuição da pressão de turgência.
4. O estoma recupera a sua forma original, aproximando-se as células-guarda.
5. O ostíolo fecha.

Trocas Gasosas nos Animais

Difusão dos Gases Respiratórios

As trocas gasosas nos animais, ou seja, o movimento dos gases respiratórios através das superfícies respiratórias ou ao nível celular, ocorrem por difusão em meio aquoso.

Difusão Direta

Não há intervenção de um fluido de transporte; os gases respiratórios difundem-se diretamente da superfície respiratória para as células.

Difusão Indireta

Os gases respiratórios passam da superfície respiratória para um fluido circulante e deste para as células ou para o meio externo.

Hematose

Designação dada às trocas de gases, na difusão indireta, que ocorrem ao nível das superfícies respiratórias.

Características das Superfícies Respiratórias

• São superfícies húmidas.
• São estruturas muito vascularizadas (difusão direta).
• São estruturas muito finas.
• Apresentam grande área de contacto entre o meio interno e o meio externo.

Na maioria dos seres aquáticos, as superfícies respiratórias são expansões da superfície do corpo que se mantêm em contacto com a água. Nos seres vivos terrestres, estas expansões não poderiam manter-se húmidas quando em contacto com o ar, pelo que apresentam estruturas invaginadas que comunicam com a atmosfera através de finos canais, reduzindo assim a evaporação. Nota: As superfícies respiratórias devem manter-se húmidas, pois o CO₂ e o O₂ atravessam a membrana sempre dissolvidos em água.

Exemplos de Trocas Gasosas

• Difusão direta: Hidra, planária, insetos.
• Difusão indireta: Minhoca, vertebrados.

A hidra apresenta apenas duas camadas de células, contactando ambas diretamente com a água. A planária apresenta uma forma achatada que proporciona uma grande superfície relativamente ao volume, por isso a grande maioria das células contacta diretamente com o meio externo.

A minhoca é um animal terrestre com hematose cutânea, favorecida por:

• Possuir numerosas glândulas produtoras de muco que permitem manter a pele húmida (tegumento), tornando possível a difusão de gases respiratórios.
• Ser muito vascularizado, permitindo a difusão de gases respiratórios que são transportados de ou para todas as regiões do corpo.

Nota: A hematose cutânea ocorre também nos anfíbios e em alguns peixes.

Trocas Gasosas nas Traqueias (Insetos)

É formado por uma rede de traqueias, pequenos tubos onde circula o ar, que se ramificam em canais cada vez mais finos ao longo do corpo do animal (traquíolas).