Transporte nos animais

 

 Todas as células do animal estão rodeadas de um líquido (linfa) que lhes permite que a troca das substâncias, entre ou saia da células, sob a forma dissolvida.

Nos animais mais simples não existe um sistema de transporte especializado, dado que são apenas constituídos por duas camadas de células, estando assim, em contato direto com o meio ambiente e as trocas dão-se por difusão simples. Nos animais mais complexos, torna-se mais eficaz a existência de órgãos especializados no transporte de substâncias, formando um sistema de transporte.

Hidra- é formadas por duas camadas de células e estão em contato direto com o meio. O Oxigénio difunde-se na água e esta "banha" as células. Os nutrientes difundem-se na cavidade gastroventricular para as células e os produtos de excreção  são enviados diretamente para o meio.

 

Tipo de sistema de transporte

 

Existem dois tipos de sistemas, o aberto e o fechado. O sistema aberto é quando os fluidos circulatórios saem dos vasos sanguíneos e banham as células, o sistema fechado o sangue circula sempre dentro dos vasos.

 

 

Sistema aberto ou lacunar

É comum em muitos invertebrados.

Não há distinção entre o sangue e a linfa, pois o sangue abandona os vasos e passa para espaço que se denominam LACUNAS, misturando-se com a linfa e daqui flui para as células. Os biólogos chama a este fluido circulatório HEMOLINFA.

A hemolinfa que circula nos vasos é bombeada por um coração tubular até chegar aos tecidos, aqui a hemolinfa abandona os vasos e vai para as lacunas(cavidades que no seu conjunto formam o HEMOCÉLIO). A hemolinfa contata diretamente com as células e fornece-lhes o que elas precisam e retira-lhes os produtos de excreção. A hemolinfa volta aos vasos e regressa ao coração pelos  ostíolos (digamos que correspondem às nossas aurículas), estes fecham, o coração contrai e a hemolinfa é impulsionada, de novo, para os vasos.

 

Sistema fechado

Todos os vertebrados têm e alguns invertebrados.

O líquido que circula nos vasos sanguíneos é o sangue e o que circunda os tecidos é a linfa. O sangue circula em vasos de diferentes calibres desde os maiores que são as artérias e veias, depois arteríolas e vénulas, até aos de menor calibre, os capilares que são constituídos por apenas uma camada de células e que envolvem, praticamente todas as células.  As trocas realizam-se entre o capilar e a linfa intersticial (o sangue fornece o oxigénio e nutrientes e recebe os produtos excretados da atividade celular).

Este tipo de sistemas é muito mais eficaz que o aberto, pois a velocidade da troca entre substâncias é mais rápida no fechado que no aberto. Os animais com sistema aberto, têm por esta razão movimentos lentos e taxas metabólicas baixas (exceção para os insetos em qua os gases são transportados diretamente às células, permitindo que estes animais tenham taxas metabólicas elevadas).

 

Tipos de circulação nos vertebrados

O sistema circulatório dos vertebrados, ou sistema cardio-respiratório, é um sistema fechado.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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1:

Tipo de Circulação: simples

2 Cavidades: -  1 aurícula e 1 ventrículo

O sangue venoso entra na aurícula, por uma estrutura, o seio venoso e o sangue passa pela sístole auricular para o ventrículo. Dá-se a sístole ventricular e o sangue sai do coração por outra estrutura, o cone arterial, até atingir as brânquias. Nas brânquias dá-se a hematose pulmonar e o sangue passa paraartéria aorta  que se ramifica emarteríolas e depois capilares. Dá-se a troca gasosa ao nível celular e o sangue carregado de dióxido de carbono, regressa ao coração pelasvénulas e destas para as veias, regressando ao coração.

 

2:

Tipo de Circulação: dupla e incompleta

3 Cavidades:-  2 aurículas e  1 ventrículo

O sangue vindo de todas as partes do corpo entra na aurícula direita e na esquerda entra o sangue vindo dos pulmões. Dá-se a sístole auricular e o sangue passa para o ventrículo (único). Ocorre a sístole ventricular e parte do sangue dirige-se aos pulmões (circulação pulmonar) e outra parte à restantes parte do corpo (circulação sistémica).

Embora possa haver mistura dos dois tipos de sangue, a morfologia do ventrículo dos anfíbios, esta mistura é apenas parcial.

 

3:

Tipo de Circulação: dupla e incompleta

2 Cavidades:-  2 aurículas e 2 ventrículos

A circulação nos répteis é semelhante à dos anfíbios com exceção do crocodilo que tem um coração com 4 cavidades.

As aurículas contraem em tempos diferentes o que faz com que não haja mistura total dos 2 tipos de sangue. Nos répteis existe um septo que divide parcialmente o ventrículo.

 

4:

Tipo de Circulação: dupla e completa

4 Cavidades: 2 aurículas e 2 ventrículos

O sangue venoso entra na aurícula direita pelas veias cavas, e o sangue arterial na aurícula esquerda pelas veias pulmonares. Dá-se a sístole auricular e o sangue sai pelas artérias (pulmonar - direita, e aorta - esquerda).

A artéria pulmonar leva ao sangue às arteríolas, estas aos capilares e dá-se a hematose pulmonar, o sangue rico em oxigénio é conduzido dos capilares para as vénulas e destas para as veias pulmonares, regressando ao coração, para a aurícula esquerda.

A artéria aorta leva o sangue arterial para as arteríolas e destas para os capilares. Dá-se a troca de oxigénio pelo dióxido de carbono (hematose celular) e o sangue regressa ao coração pelos capilares, vénulas que se reúnem na veia cava superior e inferior.

 

 

Fluídos circulantes

 

Um sistema de transporte inclui: Um fluido circulante (sangue ou hemolinfa); um órgão propulsor (coração); um sistema de vasos (e em alguns lacunas) ; fluido que banha as células (linfa ou hemolinfa).

Os fluidos extracelulares, sangue, linfa intersticial e circundante constituem o meio interno e asseguram as funções vitais das células, por conseguinte, do organismo

 

Plasma sanguíneo: É constituído por água (95%), nutrientes e gases (O2 e CO2). O plasma, para além de transportar estas substâncias, transporta as células sanguíneas.O plasma constitui cerca de 55% do sangue, os restantes 45% estão reservados aos constituintes celulares (glóbulos brancos e vermelhos e plaquetas sanguíneas).

 

Glóbulos brancos ou os leucócitos: Têm a função de defesa do organismo, uma forma irregular e duram cerca de uma semana na corrente sanguínea. A sua origem é na medula vermelha dos ossos, órgãos linfáticos (timo e baço) e gânglios linfáticos. Têm as propriedades diapedese, fagocitose e produção de anticorpos.

 

Glóbulos vermelhos, Hemácias ou eritrócitos: Têm a função de transporte de oxigénio e dióxido de carbono, uma forma regular, discos bicôncavos e duram cerca de 120 dias na corrente sanguínea. A sua origem é namedula vermelha dos ossos.

Os glóbulos vermelhos contêm hemoglobina.

A hemoglobina é a proteína responsável pelo transporte eficiente do O2 e do CO2.

 

 

Plaquetas sanguíneas ou trombócitos: A sua função é de mecanismos da coagulação do sangue.

Têm uma forma irregular e duração de cerca de uma semana na corrente sanguínea. Têm origem na medula vermelha dos ossos, e as suas propriedades são da intervenção no mecanismo da coagulação do sangue.

 

Linfa é o segundo fluido circulatório. Deriva do sangue, é constituído por glóbulos brancos, plaquetas, plasma, nutrientes, cloreto de sódio (sal) e gases (oxigénio e dióxido de carbono). Como não tem glóbulos vermelhos a linfa é incolor ou ligeiramente rosada, pois pode conter um ou outro glóbulo vermelho.É a linfa que distribui os nutrientes e transporta os gases para o sangue e deste para as células.Ao contrário do sangue, que anda sempre em vasos sanguíneos, a linfa circula quer em vasos denominados linfáticos quer a circular nos espaços entre as células (interstícios). À linfa que circula em vasos linfáticos chama-se LINFA CIRCULANTE e à que circula nos interstícios das células, a LINFA INTERSTICIAL.

É a linfa intersticial fornece os nutrientes e oxigénio às células e recebe os produtos excretados por estas e, grande parte da linfa entra de novo nos capilares venosos. Com a passagem dos nutrientes e oxigénio para a linfa o sangue, a pressão sanguínea diminui e o sangue torna-se hipertónico, fazendo com a linfa entre para os capilares.

A renovação da linfa é fundamental pois permite que as células obtenham as substâncias que necessitam e que eliminem o que não necessitam.

 

Vasos sanguíneos:

Os vasos sanguíneos são tubos pelo qual o sangue circula. Há três tipos principais: as artérias, que levam sangue do coração ao corpo; as veias, que o reconduzem ao coração; e os capilares, que ligam artérias e veias. Num circulo completo, o sangue passa pelo coração duas vezes: primeiro rumo ao corpo(grande circulação)depois rumo aos pulmões (pequena circulação).

As artérias transportam sangue arterial e sangue venoso do coração para o resto do corpo.As veias levam o sangue arterial e venoso para o coração.

As veias na parte inferior do organismo possuem válvulas que impulsionam o sangue para o coração. Foi a forma que a natureza arranjou na passagem de quadrúpedes a bípedes. São estruturas frágeis e com a idade, excesso de peso, por exemplo, deixam de funcionar e originam as varizes. Para além das válvulas o sangue circula nas veias auxiliado pela pela contração muscular que comprimem os veias que envolvem o músculo, pelas sístoles do coração, pelos movimentos respiratórios e também porque as aurículas entram em diástole permitindo que o sangue entre nestas.

Os capilares são vasos constituídos por apenas uma camada de células, são extremamente fininhos comunicam com as veias através das vénulas e com as artérias através das arteríolas. Só para teres uma ideia da dimensão, os glóbulos vermelhos passam um a um por estes vasos sanguíneos e os glóbulos brancos passam através das paredes por diapedese. A velocidade do sangue é mínima nos capilares permitindo que os nutrientes e o oxigénio saiam e os produtos excretados entrem.

 

 

 

 

 

 

Ao conjunto de todas as reações químicas essenciais à vida, dá-se o nome de  METABOLISMO CELULAR.

A energia localiza-se nas ligações entre átomos, quando estas ligações são quebradas liberta-se energia que não é diretamente utilizada, para poder ser utilizada pelas células, o ser vivo utiliza uma molécula aceptor de energia que já falamos, o ATP.   Esta molécula é a transportadora universal de energia a nível celular. No ser vivo o ATP não se acumula, o que significa que estas moléculas estão sempre a ser produzidas e regeneradas. 

 

O metabolismo celular ocorre em dois processos:

 

 

-Um resulta da degradação de substâncias complexas em simples com libertação de energia que irá ser transferida para as moléculas ATP - São as reações CATABÓLICAS e como há libertação de energia, dizem-se EXOENERGÉTICAS. O produto final da decomposição da molécula complexa é mais pobre em energia da que lhe deu origem.

Estas reações catabólicas podem dar-se em presença de oxigénio, isto é, AEROBIOSE, ou com ausência de oxigénio, ou seja, ANAEROBIOSE.

Dois exemplos de reações catabólicas, que serão aqui estudados, deste tipo de reações é a FERMENTAÇÃO (via anaeróbica)  e RESPIRAÇÃO AERÓBICA (via aeróbia).

 

-Outro processo resulta da síntese de substâncias complexas a partir de outras mais simples, reações de ANABOLISMO. Nestas reações há consumo de energia por isso dizem-se ENDOENERGÉTICAS.

 

Como resultado da degradação da molécula de glicose, temos sempre um processo comum à fermentação e à respiração aeróbia, a GLICÓLISE.

 

GLICÓLISE

A molécula de glicose, é uma molécula estável, para que se inicie o processo de glicólise é necessário energia fornecida pelo ATP.

A molécula de glicose é composta por 6 átomos de Carbono e vai ser desdobrada, com a ajuda das enzimas e 2 moléculas ATP, em 2 moléculas com três átomos de carbono, cada uma. Após uma série de reações forma-se, no final, duas moléculas de PIRUVATO, duas moléculas de NADH e 4 moléculas de ATP. O rendimento energético neste processo é de duas moléculas ATP (gastaram-se 2, formaram-se 4, restaram 2).

Esta energia, na formação de moléculas ATP vem da sequências de reações que ocorrem na degradação das substâncias. Estas reações são reações de oxidação-redução. Ao dar-se inicio à degradação a molécula oxida, perde eletrões, liberta energia e os eletrões são cedidos a outra molécula que fica reduzida.

 

Oxidação - quando a molécula perde eletrões.    

Redução - quando a molécula recebe eletrões.

 

 Fermentação

A fermentação é um processo que ocorre no citoplasma da células (local onde existem as enzimas que intervém neste processo), cujo objetivo é a obtenção de energia. Consiste na degradação da molécula de glicose, como matéria inicial e numa sequência de reações que se agrupam em duas etapas.

 

            Primeira: dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO;

 

            Segunda: O piruvato é reduzido e é transformado em num outro produto, como álcool etílico ou etanol (fermentação alcoólica), ácido lático (fermentação lática) e ácido acético (fermentação acética).

 

Durante a glicólise a NAD (+) converte-se em NADH + H(+)e esta transporta eletrões e protões que vão ser utilizados nesta segunda fase para reduzir o Piruvato.

O produto final desta redução vai depender do ser onde ocorre a fermentação. Há seres em que a redução do piruvato leva à libertação de dióxido de carbono (descarboxilação), como por exemplo no fermento de padeiro (levedura), dá-se a descarboxilação, fermentação alcoólica) em que o produto resultante é o álcool etílico. Noutros seres não há esta descarboxilação, como por exemplo nas bactérias do iogurte e nas células musculares do Homem, trata-se da fermentação láctica e o produto é o ácido láctico.

As células musculares dos Homens utilizam com frequência a fermentação láctica que ocorre ao mesmo tempo que a respiração aeróbica. Isto acontece quando o oxigénio não é suficiente para degradar a molécula de glicose. Forma-se o ácido láctico para auxiliar a célula na obtenção de energia, embora este tipo de obtenção de energia não seja de grande rendimento, como vamos verificar na respiração aeróbica. O excesso de ácido láctico origina as caibras.

 

 Respiração aeróbia

A respiração aeróbia ocorre numa primeira fase a glicólise, no citoplasma da célula (citosol ou hialoplasma) e numa segunda fase dentro das mitocôndrias. Ocorrem, então, uma série de reações oxidação-redução em que aceptor final de eletrões é o oxigénio e os produtos finais são a água e o dióxido de carbono.

Repara, na fermentação os produtos finais ainda eram ricos em energia, o que significa que o saldo final da degradação da molécula de glicose é muito maior na respiração aeróbia, pois a degradação da glicose originou dois produtos pobres em energia (CO2 e H2O).

 

Nós já falamos das mitocôndrias, mas vamos relembrar.

São organitos presentes nas células eucarióticas.

São formadas por duas membranas fosfolipídicas, a externa é semelhante à membrana citoplasmática e a interna tem pregas formando as cristas mitocondriais orientadas para o interior onde se encontra a matriz mitocondrial.

Dentro da mitocôndrias encontram-se proteínas, ribossomas e DNA.

 O número de mitocôndrias por célula é grande, principalmente em células cujo necessidade energética é elevada, como sejam as células nervosas, cardíacas, por exemplo.

Basicamente, a mitocôndria recebe o piruvato, vindo da glicose e o oxigénio oxida numa série de reações em cadeia os compostos orgânicos, libertando energia transferida para moléculas ATP, formando-se água e dióxido de carbono. Esta energia será utilizada para a síntese de substâncias, divisão celular, transporte ativo, locomoção, etc..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A respiração aeróbica faz-se em 4 fases:

 

1ª etapa - GLICÓLISE

 Dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO, este processo ocorre no citosol da célula.

(descrito em cima)

 

2ª etapa - Formação de ACETIL-COENZIMA A

O piruvato entra na mitocôndria e na presença de oxigénio perde uma molécula de dióxido de carbono ( é descarboxilado) e perde um hidrogénio que serve para reduzir o NAD (+) para formar o NADH + H (+) (é oxidado).

PIRUVATO É DESCARBOXILADO E OXIDADO E FORMAM-SE duas ACETIL-COENZIMA A

 

3ª etapa - CICLO DE KREBS

No ciclo de Krebs dá-se na matriz da mitocôndria e é uma série de reações em que se dá oxidação completa da glicose, através de enzimas. Como se formam duas moléculas de acetil-coenzima A, dá-se dois ciclos de Krebs ao mesmo tempo.

O grupos Acetil da coenzima A combina-se com o ácido oxaloacético e forma o ácido cítrico.

Por cada molécula de glicose degradada forma-se no ciclo de Krebs: 6 moléculas de NADH, 2 moléculas de FADH2(função semelhante ao NADH), 2 moléculas de ATP e 4 moléculas de CO2.

 

4ª etapa - Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa

As moléculas transportadoras de eletrões, o NADH e o FADH2 vão percorrer uma cadeia transportadora de eletrões até chegarem ao oxigénio que é o aceptor final. Esta cadeia transportadora, ou cadeia respiratória é constituída por proteínas existentes na membrana interna da mitocôndria e as moléculas NADH e FADH2 ao passarem pela cadeia vão sendo reduzidas e oxidadas até chegarem o oxigénio, produzindo energia que irá servir para transformar o ADP em ATP (fosforilação oxidativa).

O Oxigénio quando recebe os eletrões reage com protões da matriz mitocondrial e forma água.

 

BALANÇO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO E DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA

A respiração aeróbica em termos energéticos e utilizando o mesmo composto químico (a glicose), é muito mais rentável que a fermentação e esta é uma via muito mais rápida de obtenção de ATP.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A percentagem de energia aproveitada na respiração aeróbica de uma molécula de glicose é cerca de 34 a 38% e a da fermentação de 2 a 2,5%. A restante energia fica retida nos produtos finais e a maior parte é libertada sob a forma de calor.

 

 

Trocas gasosas em seres multicelulares

 

A vida aeróbia exige um fluxo constante de oxigénio e de libertação do dióxido de carbono.

Enquanto que nos seres unicelulares a troca é feita através da membrana do organismo, nos pluri ou multicelulares a forma como efetuam a troca, vai depender da complexidade do ser vivo (a quantidade de oxigénio necessária ao ser vivo depende do volume do mesmo mas a quantidade de oxigénio que penetra no ser vivo, vai depender da sua área superficial e espessura) e das condições do seu habitat.

Para seres vivos complexos a razão entre a área superficial e o volume é muito pequena, logo terão que existir estruturas respiratórias especializadas.

O processo físico responsável pelas trocas é a difusão.

A maior parte dos animais terrestres e as plantas têm a sua superfície impermeabilizada, porque as células expostas ao ar, perdiam água e o ser desidratava, assim, através da impermeabilização da superfície com queratina (ex: Homem)  e quitina (ex: insetos), os seres ficam defendidos da desidratação mas da mesma forma que não permite que a água saia, a impermeabilização da superfície dificulta a difusão dos gases e é esta é uma das razões para que existam as superfícies permeáveis onde se realiza a difusão. As plantas têm o estoma que é a estrutura que lhes permite a troca gasosa.

  

 

Respiração nas plantas

As plantas fazem a respiração aeróbica e a fotossíntese.

 Na respiração consomem o O2 mas como durante o dia o libertam na fotossíntese, este é mais que suficiente para a respiração. Na consequência da respiração  libertam o CO2, que durante o dia, vai utilizado para a fotossíntese (fase escura). O dióxido de carbono libertado não é suficiente e as plantas têm de absorvê-lo, também, durante o dia. 

Durante a noite a planta faz a respiração aeróbica mas não faz a fotossíntese, pelo que tem de absorver o Oxigénio e libertar o dióxido de carbono, tal como nos animais.

Estes dois gases vão ser absorvidos pela difusão.

É através do estoma que se realizam as trocas gasosas. 

Os iões potássio entram nas células guarda por transporte ativo e a água entra por osmose e a célula fica turgida e o estoma abre. Quando os iões potássio saem a água sai por osmose o estoma fecha.  

 

Os ESTOMAS regulam as trocas relativas à fotossíntese e transpiração mas também as TROCAS GASOSAS. O espaço preenchido por ar entre as células também facilita a troca de gases, formando um circuito de ar.

 

 Nos animais

A troca de gases ocorre sempre em meio aquoso e por difusão simples.

Nos animais mais simples, como a hidra por exemplo, a troca gasosa faz-se diretamente do meio para as células por difusão.

Nos animais mais complexos existe um conjunto de órgãos que constituem o sistema respiratório, onde estão incluídas as SUPERFÍCIES RESPIRATÓRIAS que têm caraterísticas comuns, embora apresentem algumas diferenças, consoante a complexidade do animal.

As superfícies são sempre húmidas, constituídas por apenas uma camada de células, e com uma grande superfície de contato.

A difusão simples pode ser DIRETA quando os gases passam diretamente para a superfície respiratória e INDIRETAquando os gases passam da superfície para um fluido intermediário e deste para as células.

 

 

Tipos de superfícies

 

Tegumento - a superfície do corpo do animal é a própria superfície respiratória. O oxigénio passa através da pele para o fluido circulatório que o leva às células e traz o dióxido de carbono das células para o exterior, tudo por difusão. É uma difusão indireta, pois existe um fluído intermediário e chama-se neste caso HEMATOSE CUTÂNEA. Ex: minhoca e outros invertebrados, a  rã tem também este tipo de hematose mas é um complemento à hematose pulmonar.

 

Brânquias - O opérculo é uma tampa óssea protetora que se localiza lateralmente na cabeça do peixe. No interior  do opérculo avistamos asbrânquias (guelras) que são extensões da superfície do corpo e localizam-se na cavidade branquial (ou câmara branquial) . A estrutura das branquias permite que haja uma grande área de contato entre o meio interno e meio externo.  Cada brânquia é constituída por filamentos branquiais e estes, por sua vez,  contêm várias lamelas, ricamente vascularizadas, onde ocorre a HEMATOSE BRANQUIAL.

O fluxo de sangue flui em sentido oposto ao da entrada de água que banha as lamelas branquiais. Desta forma, à medida que o sangue pobre em oxigénio contata com a água mais rica em oxigénio, este passa por difusão para o sangue. Da mesma forma o dióxido de carbono que está em maior quantidade no sangue do que na água que banha as lamelas, passa por difusão para a água.

O movimento da água é controlado pela abertura e fecho da boca coordenado com os movimentos dos opérculos. Quando as fendas operculares estão fechadas, a água entra pela boca passa para a faringe, da faringe para as câmaras branquiais e sai pelas fendas operculares que se abrem.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A maioria dos seres marinhos respiram pelas brânquias. Existe uma grande variedade de estruturas branquiais, estas dependem da complexidade dos seres vivos.

Sistema de traqueias - É constituído por uma rede de canais cheios de ar -Traqueias - que se vão ramificando ao longo de todo o corpo - Traquíolas - que contatam diretamente com os tecido. As extremidades dos traquíolas são fechadas e contêm um líquido que permite a difusão. A difusão é direta, o sistema circulatório não intervém na distribuição dos gases.

Nos pequenos insetos a difusão através das traqueias é suficiente mas para os insetos voadores que necessitam de grande consumo de oxigénio, têm uns sacos de ar que funcionam como reservas de ar e que se localizam juntos aos músculos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sistema pulmonar - Tal como nos outros sistemas, existe uma grande variedade de sistemas pulmonares que está diretamente ligado ao grau de complexidade do ser vivo. Existem em todos os vertebrados terrestres.

 

Os pulmões apresentam uma grande eficiência entre o meio externo (o ar que se encontra no alvéolo pulmonar) e o meio interno (sangue dentro do capilar).

Esta eficiência está relacionada com:

  -vasta área de superfície alveolar (existem milhões de alvéolos);

  -a camada do alvéolo pulmonar ser constituída por apenas uma camada de células, assim como a do capilar;

   -e a existência de uma vasta rede de capilares que envolvem os alvéolos.