Obtenção de matéria pelos seres heterotróficos
Os seres heterotróficos necessitam de obter matéria orgânica e não orgânica (água, minerais, vitaminas, glícidos, lípidos e proteínas) do meio ambiente, alimentando-se de outros organismos ou dos seus produtos. O processamento de alimentos pelos seres heterotróficos inclui os processos de ingestão, digestão e absorção.
Todos os animais, todos os fungos e grande parte dos protistas e das bactérias são heterotróficos.
A nível celular, o processamento e a utilização dos nutrientes são idênticos (fonte de energia e síntese de biomoléculas) nos seres unicelulares e nos pluricelulares e iniciam-se sempre com a sua absorção.
A absorção é a passagem de substâncias simples do meio externo para o meio interno. Nos seres unicelulares, a absorção ocorre directamente através da membrana celular. A ingestão de alimentos pelos seres pluricelulares, obriga a uma digestão extracelular, com transformação de moléculas complexas em moléculas mais simples, capazes de serem absorvidas pelas células.
Membrana plasmática É responsável pela integridade da célula; Delimita a fronteira entre o meio intracelular e o meio extracelular, constituindo uma barreira selectiva, através da qual a célula processa trocas de substâncias e energia com o meio; Funciona como sensor, permitindo à célula modificar-se em resposta a diversos estímulos externos.
A membrana plasmática não é visível ao microscópio óptico, o que evidencia que a sua espessura é inferior ao poder de ampliação desse microscópio. O isolamento de membranas por técnicas específicas permitiu a identificação dos seus constituintes: São complexos lipoproteicos podendo conter glícidos.
Qual a organização dos componentes das membranas? Resolva o Doc. 1 da página 52 do seu manual Sugestão de resposta ao Doc. 1
Ultra-estrutura da membrana O modelo de Singer e Nicholson (ou do mosaico fluido), proposto em 1972, é o modelo actualmente mais aceite.
A membrana é constituída por uma bicamada fosfolipídica, onde se encontram dispersos vários tipos de proteínas, e por glícidos, ligados à superfície membranar.
Na bicamada lipídica as cadeias hidrofóbicas dos fosfolípidos estão voltadas umas para as outras e as cabeças polares para o meio extracelular e intracelular, respectivamente.
A bicamada lipídica tem um papel essencialmente estrutural e é dotada de mobilidade, permitindo às moléculas de fosfolípidos executarem movimentos laterais e de flip-flop.
As proteínas membranares podem ser integradas ou intrínsecas, quando penetram na bicamada lipídica, e periféricas ou extrínsecas, quando se encontram ligadas à superfície da membrana. Podem ter uma função estrutural ou intervir no transporte de substâncias através da membrana. Também funcionam como receptores de estímulos químicos vindos do meio extracelular ou como enzimas, catalisando reacções que ocorrem na superfície da célula.
Os glícidos membranares situamse na parte exterior da membrana plasmática. Podem ligar-se a proteínas (glicoproteínas) ou a lípidos (glicolípidos). Têm um papel importante no reconhecimento de certas substâncias.
Transporte de materiais através da membrana plasmática A membrana plasmática pode facilitar, dificultar ou impedir a passagem de substâncias, uma propriedade designada por permeabilidade selectiva. O movimento de substâncias através da membrana pode ocorrer sem intervenção de moléculas transportadoras, transporte não mediado, ou com intervenção dessas moléculas, transporte mediado.
Transporte não mediado Muitas substâncias atravessam a membrana plasmática, ocorrendo esse movimento a favor do gradiente de concentração, ou seja, do meio em que se encontram em maior concentração para o meio onde se encontram em menor concentração. Esse movimento é regulado pelas leis físicas de transporte através de uma membrana permeável.
Quando o equilíbrio de concentrações é atingido, o movimento de partículas continua, mas a quantidade de partículas que passam num sentido é igual à quantidade de partículas que passam em sentido contrário, tratando-se, portanto, de um equilíbrio dinâmico. É a agitação térmica das partículas que desencadeia a sua movimentação, designando-se esse movimento por difusão simples.
Um importante exemplo de difusão simples é a difusão de gases respiratórios (moléculas sem carga). Um caso particular de difusão simples é o movimento da água.
Osmose É o movimento da água, por difusão, dos meios menos concentrados (hipotónicos) para os meios mais concentrados (hipertónicos).
O modelo representado evidencia a pressão necessária para contrabalançar a tendência da água para se mover, através de uma membrana selectivamente permeável, da região onde há maior quantidade de moléculas de água para a região onde há menor quantidade de moléculas de água. Essa pressão é chamada pressão osmótica de uma solução.
Assim, a água tende a mover-se de uma região com menor pressão osmótica para uma região com maior pressão osmótica. No caso de o meio extracelular ser isotónico em relação ao meio intracelular, as células recebem água ao mesmo ritmo com que a perdem.
Qual a influência da concentração do meio extracelular no comportamento de células? Trabalho prático página 56 do manual
Num meio hipertónico, a água sai da célula por osmose, diminuindo o volume celular a célula fica no estado de plasmólise. Num meio hipotónico, a água entra por osmose, levando a um aumento do volume celular a célula fica no estado de turgescência.
Numa célula animal túrgida, quando a entrada de água ultrapassa a capacidade elástica da membrana, ocorre a lise (destruição) celular. Isto não sucede nas células vegetais, devido à existência da parede celular. Nestas, a parede celular exerce uma pressão pressão de parede que contrabalança a pressão causada pelo conteúdo celular numa situação de turgescência pressão de turgescência.
Difusão simples Na difusão simples as moléculas movimentam-se do meio onde a sua concentração é mais elevada para o meio onde a sua concentração é mais baixa, isto é, a favor do gradiente de concentração. A osmose e a difusão simples são processos de transporte passivo, porque a sua ocorrência não implica gasto de energia por parte da célula.
Trabalho mediado O movimento de algumas substâncias através da membrana celular verifica-se devido à intervenção de proteínas transportadoras específicas. Estão neste caso os processos de difusão facilitada e de transporte activo.
Em que diferem a difusão facilitada do transporte activo? Resolva o Doc. 2 da página 59 do seu manual Sugestão de resposta ao Doc. 2
Difusão facilitada Muitas moléculas polares de dimensões consideráveis atravessam a membrana celular a favor do gradiente de concentração, mediante a intervenção de proteínas transportadoras, denominadas permeases. Este processo denomina-se difusão facilitada e não exige gastos de energia pela célula (transporte passivo).
Transporte activo O movimento de substâncias através da membrana contra um gradiente de concentração, mediante a intervenção de proteínas transportadoras específicas, designa-se transporte activo e requer gasto de energia por parte da célula.
Endocitose O transporte, para o interior da célula, de macromoléculas, de partículas com maiores dimensões ou mesmo de pequenas células, por invaginação da membrana plasmática, chama-se endocitose. Existem três tipos de endocitose: A pinocitose, A fagocitose, A endocitose mediada por receptor.
Na fagocitose, a membrana plasmática engloba partículas de grandes dimensões ou mesmo células inteiras, através da emissão de prolongamentos da membrana, denominados pseudópodes. A pinocitose constitui um processo semelhante à fagocitose, no qual as substâncias que entram na célula são dissolvidas ou fluidos, sendo as vesículas de menores dimensões. Na endocitose mediada por receptor, as macromoléculas entram na célula ligadas à membrana das vesículas de endocitose.
Exocitose É o processo inverso à endocitose, no qual as células libertam para o meio extracelular substâncias armazenadas em vesículas.
Ingestão, digestão e absorção Como os alimentos contêm, em regra, moléculas complexas, nos seres heterotróficos, desde os seres unicelulares até aos mais complexos, ocorre um conjunto de processos de modo que os constituintes dos alimentos sejam simplificados para poderem ser aproveitados a nível celular. Deste modo, após a ingestão, as moléculas experimentam digestão a qual pode ocorrer no interior das células digestão intracelular ou fora das células digestão extracelular. As substâncias mais simples resultantes da digestão podem então experimentar uma absorção.
Digestão intracelular As células englobam, muitas vezes, por endocitose, partículas alimentares, constituídas por moléculas complexas. Nas células eucarióticas existe um conjunto de organitos membranares, alguns dos quais elaboram moléculas com uma intervenção importante na digestão intracelular. Neste conjunto de organitos, incluem-se o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi e os lisossomas, que mantém entre si uma relação funcional.
Como se processa a digestão intracelular? Resolva o Doc. 3 da página 63 do seu manual Sugestão de resposta ao Doc. 3
A digestão intracelular ocorre no interior da célula, em cavidades resultantes da fusão de vesículas endocíticas com lisossomas, designadas por vacúolos digestivos. As macromoléculas existentes nos vacúolos são decompostas em moléculas mais simples pelas enzimas hidrolíticas dos lisossomas. Estas podem, então, transpor as membranas dos vacúolos digestivos para o hialoplasma por diferentes processos de transporte. Os resíduos alimentares são expulsos para o exterior da célula por exocitose.
A digestão intracelular é típica, mas não exclusiva, de seres heterotróficos unicelulares.
Digestão extracelular Na maioria dos seres heterotróficos multicelulares, a digestão realiza-se fora das células digestão extracelular podendo ocorrer fora do corpo (digestão extracorporal) ou dentro do corpo (digestão intracorporal).
Nos fungos a digestão é extracorporal, com lançamento de enzimas hidrolíticas para o exterior do corpo, onde se realiza a digestão, e posterior absorção de nutrientes.
Na maioria dos animais, a digestão extracelular ocorre em cavidades digestivas onde, após a ingestão, são lançados sucos digestivos contendo enzimas, que actuam sobre os alimentos, transformando-os em substâncias mais simples, capazes de serem absorvidas. É uma digestão intracorporal.
Qual a relação entre a complexidade dos animais e a estrutura dos sistemas digestivos? Resolva o Doc. 4 da página 65 do seu manual Sugestão de resposta ao Doc. 4
A evolução dos sistemas digestivos deu-se no sentido de um aproveitamento cada vez mais eficaz dos alimentos, podendo apresentar uma simples cavidade ou diferentes órgãos especializados. A digestão em cavidades digestivas representa uma vantagem para os animais visto que permite a ingestão de quantidades significativas de alimentos num curto período de tempo. Esses alimentos ficam armazenados nas cavidades digestivas e vão sendo digeridos durante um período de tempo mais ou menos longo.
Organismos mais simples, como a hidra, possuem um tubo digestivo incompleto, pois possuem uma só abertura. Nestes animais, a digestão ocorre na cavidade gastrovascular, onde são lançadas enzimas digestivas.
Na planária, a cavidade digestiva apresenta uma maior diferenciação. À boca segue-se uma faringe musculosa que se pode projectar para o exterior e captar os alimentos. Além disso, a cavidade gastrovascular é ramificada, o que aumenta a área de digestão e de absorção. Tal como na hidra, a digestão é extra e intracelular e o tubo digestivo é incompleto pelo facto destes animais só apresentar uma abertura.
Muitos animais possuem tubo digestivo completo, com duas aberturas: a boca, para a entrada dos alimentos, e o ânus, para a saída dos resíduos. A digestão pode ocorrer em vários órgãos, por processos mecânicos e acções enzimáticas distintas.
No Homem, a digestão extracelular inicia-se na boca, logo após a ingestão do alimento, e termina no intestino, com a absorção dos nutrientes e a expulsão das fezes através do ânus. Assim, o tubo digestivo no Homem é completo porque possui duas aberturas (boca e ânus). A digestão é mecânica (devido a contracções involuntárias dos músculos das paredes dos órgãos digestivos) e química (por acção das enzimas presentes nos sucos digestivos). Existem três glândulas anexas ao tubo digestivo glândulas salivares, fígado e pâncreas.
A absorção dos nutrientes é eficiente devido à enorme superfície da parede intestinal, que resulta do grande comprimento do intestino e da existência de pregas válvulas coniventes) recobertas por vilosidades. Por sua vez, as células do epitélio intestinal possuem microvilosidades que aumentam ainda mais a superfície de absorção.
Os nutrientes só poderão ser utilizados pelas células, após serem levados até elas através de variados sistemas de transporte (sangue e linfa).
Vantagens do tubo digestivo completo Os alimentos deslocam-se num único sentido, o que permite uma digestão e uma absorção sequenciais ao longo do tubo, havendo por isso um aproveitamento muito mais eficaz; A digestão pode ocorrer em vários órgãos, devido a diferente tratamento mecânico e à acção de diferentes enzimas; A absorção é mais eficiente, pois prossegue ao longo do tubo; Os resíduos não digeridos acumulam-se durante algum tempo, sendo depois expulsos através do ânus.