Lições 25 e 26

SINTESE PROTEICA

Na passagem da linguagem de genes para a linguagem das proteínas estão envolvidos dois processos: a transcrição e a tradução da informação contida na molécula de DNA. Entre a transcrição e a tradução, nos seres eucariontes, ocorre o processamento do mRNA.
Nos seres procariontes a transcrição e a tradução ocorrem simultaneamente. Os ribossomas ligam-se a uma das extremidades da molécula de mRNA, enquanto decorre a transcrição.
A síntese proteica como processo anabólico exige consumo de energia.

Transcrição

A transcrição inicia-se quando um determinado segmento da dupla hélice de DNA se desenrola por acção da helicase. A RNA polimerase reconhece um tripleto de iniciação numa das cadeias de DNA e vai mediar a formação do mRNA por complementaridade, no sentido 5’-3’. A transcrição termina quando a RNA polimerase encontra um tripleto de finalização. O mRNA desprende-se da molécula de DNA, que volta a emparelhar com a sua cadeia complementar, refazendo-se a dupla hélice.
O RNA formado é designado de pré.mRNA e vai sofrer um processo de maturação, ainda no núcleo. Diversos segmentos do mRNA, inicialmente transcritos, são removidos. Estes segmentos chamam-se intrões. Alguns investigadores admitem que estas sequências correspondem a genes antigos que perderam a sua função original ou que sejam restos de DNA de vírus que em tempos infectaram as células. As porções não removidas, os exões, ligam-se entre si, formando o mRNA funcional, constituído apenas por sequências que codificam aminoácidos. Este mRNA migra através dos poros do invólucro nuclear, para o citoplasma.
O processo de transcrição permite a síntese dos vários tipos de RNA.

Tradução

É ao nível dos ribossomas, no citoplasma que ocorre a tradução. Estes são organelos constituídos por uma subunidade maior e uma menor. Em cada uma existe RNA ribossómico e proteínas.
As moléculas de RNA de transferência apresentam entre 75 a 80 nucleótidos e apresentam uma cadeia dobrada em forma de folha de trevo devido às pontes de hidrogénio que se estabelecem entre as bases complementares. Cada molécula apresenta:

-local aminoacil na extremidade 3’ que lhe permite fixar o aminoácido específico;
-o anticodão, sequência de 3 nucleótidos, complementar do codão, que permite o seu reconhecimento;
-o local de ligação ao ribossoma;
Local de ligação às enzimas intervenientes.
O processo de tradução envolve três etapas:

A iniciação

A subunidade menor do ribossoma liga-se à extremidade 5’ do mRNA.
A subunidade menor do ribossoma desliza ao longo do mRNA até encontrar o codão de iniciação, AUG.
O tRNA que transporta o aminoácido metionina liga-se por complementaridade ao codão de iniciação.
A subunidade maior liga-se à subunidade menor do ribossoma.

O alongamento:

Um novo tRNA transporta um aminoácido especifico, ligando-se ao codão.
Estabelece-se uma ligação peptidica entre o aminoácido recém-chegado e a metionina.
O ribossoma avança três bases ao longo do mRNA no sentido 5’-3’.
O processo repete-se ao longo do mRNA.
Os tRNA, que se tinham ligado inicialmente, vão-se desprendendo sucessivamente.

A finalização:

O ribossoma encontra um codão de finalização (UAA, UAC ou UGA). A estes codões não corresponde nenhum tRNA, o alongamento termina.
O último tRNA abandona o ribossoma.
As subunidades do ribossoma separam-se, podendo ser reutilizadas.
O prótido é libertado e o mRNA hidrolisado.

Depois de sintetizadas, nem todas as proteínas apresentam actividade biológica, tendo que sofrer alterações, designadas pós-traducionais. Algumas proteínas são utilizadas nas células, outras são exportadas para fora do citoplasma.

Lições 21 e 22

Extracção do DNA

A extracção do DNA pode realizar-se a partir de diferentes tipos de células eucarióticas e consta, fundamentalmente, de duas etapas:
-Rotura das células para libertação dos núcleos: através da trituração, acção do detergente e do sal;
-Separação dos componentes básicos dos cromossomas: DNA e proteínas: por acção do álcool.

Lições 19 e 20

Meselson e Stahl através de experiências com bactérias E.coli e utilizando isótopos radioactivos permitiram esclarecer que a molécula de DNA se replica de forma semiconservativa, ou seja, uma das cadeias iria servir de molde a uma nova cadeia e, consequentemente, cada uma das novas moléculas de DNA seria formada por uma cadeia antiga e por uma nova. A DNA polimerase é uma enzima essencial à realização deste processo.

Natureza química e estrutura do RNA

Os ácidos nucleicos são polímeros de unidades básicas, os nucleótidos. Cada nucleótido é constituído por uma base azotada, uma pentose e um grupo fosfato. No RNA a pentose é a ribose, e as bases azotadas podem ser de dois tipos: as púricas, adenina e guanina que apresentam anel duplo e as pirimidicas, o uracilo e a citosina., que apresentam anel simples. Os nucleótidos estabelecem ligações entre si, formando cadeias polinucleótidicas. Estas ligações estabelecem-se entre o grupo fosfato de um dos nucleótidos e o carbono 3 da pentose do nucleótido seguinte. São ligações fosfodiéster (covalentes).

O código genético

Na década de 60 do século XX colocava-se uma questão aos investigadores, se existem 4 nucleótidos diferentes como era possível que estes codificassem os 22 aminoácidos distintos. Se cada nucleótido correspondesse um aminoácido, só seria possível codificar 4 aminoácidos, admitindo que 2 nucleótidos codificariam um aminoácido ainda só se conseguiria obter 16 combinações, mas admitindo que seria necessário uma sequência de três nucleótidos para codificar um aminoácido, obtinham-se 64 combinações, o que era suficiente.

No final da década de XX, através de experiências sucessivas o código genético ficou decifrado e as suas principais características identificadas:

- O código genético é Universal, isto é um determinado codão tem o mesmo significado para a maioria dos organismos;
- Cada aminoácido é codificado por um tripleto designado de codão;
- O tripleto AUG tem dupla função, codifica o aminoácido metionina e constitui o codão de iniciação para a síntese proteica;
- Os tripletos UAA, UGA e UAG são codões de finalização, quando surgem termina síntese proteica;
- O código genético é redundante, mais que um codão pode codificar o mesmo aminoácido (degenerescência do código genético).
- Um determinado codão só codifica apenas um tipo de aminoácido, o código genético não é ambiguo;
- O terceiro nucleótido de cada codão é menos especifico que os dois primeiros.

Lições 17 e 18

Material genético nos procariontes e nos eucariontes

Nos procariontes o DNA encontra-se no hialoplasma como uma molécula circular não tendo geralmente outros componentes associados. Esta molécula constitui o nucleóide.
Nas células eucarióticas existe uma compartimentação membranar, estando cerca de 99% do material genético confinado ao núcleo. Este possui uma dupla membrana, o invólucro nuclear, com inúmeros poros. No seu interior existe o nucleoplasma , o suco nuclear onde se encontram massas facilmente coráveis, a cromatina, constituída por DNA e proteínas. Cada unidade fisiológica e morfológica de cromatina é o cromossoma. No núcleo podem ainda existir um ou mais nucléolos.

Natureza química e estrutura do DNA

Os ácidos nucleicos são polímeros de unidades básicas, os nucleótidos. Cada nucleótido é constituído por uma base azotada, uma pentose e um grupo fosfato. No DNA a pentose é a desoxirribose, e as bases azotadas podem ser de dois tipos: as púricas, adenina e guanina que apresentam anel duplo e as pirimidicas, a timina e a citosina., que apresentam anel simples. Os nucleótidos estabelecem ligações entre si, formando cadeias polinucleótidicas. Estas ligações estabelecem-se entre o grupo fosfato de um dos nucleótidos e o carbono 3 da pentose do nucleótido seguinte. São ligações fosfodiéster (covalentes).
Para a descoberta da estrutura do DNA na década de 50, do séc XX, os seguintes estudos tiveram uma importância fundamental :
- as análises químicas, realizadas por Chargaff em diversas espécies de seres vivos, permitiram verificar que o número de timinas presentes no DNA de cada uma desses espécies era aproximadamente igual ao de adeninas e o de guaninas igual ao do citosinas.
- Maurice Wilkins e Rosalind Franklin, utilizando a difracção de raios X, bombardearam amostras de DNA cristalizado, tendo obtido padrões que permitiram concluir que a molécula deveria ter uma estrutura helicoidal.
Em 1953 Watson e CricK com base nestes estudos apresentaram o modelo de dupla hélice para o DNA: a molécula é composta por duas cadeias polinucleótidicas, que se dispõem em sentidos inversos e por isso dizem-se antiparalelas. A ligação entre as duas cadeias faz-se por pontes de hidrogénio que se estabelecem por complementaridade, ou seja a denina só emparelha com a timina e a citosina com a guanina.

Replicação do DNA

Meselson e Stahl através de experiências com bactérias E.coli e utilizando isótopos radioactivos permitiram esclarecer que a molécula de DNA se replica de forma semiconservativa, ou seja, uma das cadeias iria servir de molde a uma nova cadeia e, consequentemente, cada uma das novas moléculas de DNA seria formada por uma cadeia antiga e por uma nova. A DNA polimerase é uma enzima essencial à realização deste processo.

Lições 15 e 16

Processo de floração

A floração está relacionada com o fotoperíodo, o número de horas de iluminação diária.
A germinação das sementes é controlada pelo fotoperíodo, ocorrendo geralmente em momentos específicos do ano.
As plantas de dia longo florescem quando as noites são curtas e os dias longos, as plantas de dia curto florescem quando as noites são longas e os dias mais pequenos e a plantas indiferentes apresentam uma grande tolerância ao fotoperíodo podendo florescer em qualquer época do ano. Na década de quarenta do século XX descobriu-se que é a duração da obscuridade que controla a floração e a designação das plantas passou a ser de noite curta ou de noite longa.
Considera-se um período crítico de obscuridade correspondente à duração mínima ou máxima de obscuridade para o início da floração.
Investigações fazem admitir a existência de plantas que promovem a floração e plantas que inibem, no entanto são processos muito complexos ainda em estudo.

Lições 13 e 14

Acção das hormonas no desenvolvimento das plantas

O crescimento e o desenvolvimento das plantas são fortemente influenciados por estímulos como a luz, a gravidade, o contacto com outras plantas ou com qualquer objecto. Como resposta a esses estímulos, determinados órgãos executam movimentos variados. Estes movimentos são, por vezes, lentos e por isso passam despercebidos. No entanto vários são os estudos destes movimentos os quais permitiram descobrir as hormonas vegetais.
As primeiras investigações foram sobre as respostas das gramíneas como o milho, relativamente à luz, após a germinação.
A primeira porção que emerge do solo é o coleóptilo, invólucro que protege as primeiras folhas. Estas estruturas são sensíveis à luz. Quando os germinadores são iluminados com luz uniforme crescem verticalmente, mas se são iluminados lateralmente, os coleóptilos em crescimento curvam-se na direcção da luz.
Charles Darwin (1880) efectuou várias experiências com o seu filho Francis sobre o crescimento das plantas à luz. Concluíram que quando as plântulas estão livremente expostas a uma iluminação lateral, uma mensagem deve ser transmitida do ápice para a parte inferior do coleóptilo, causando a curvatura desta zona.
Em 1910 Boysen-Jensen evidenciou a natureza química do sinal proveniente do ápice e que causa o encurvamento da plântula em relação à luz lateral ao recolocar o ápice cortado sobre a secção do coleóptilo decapitado, com uma lâmina de gelose intercalada entre eles.
Páal, em 1919, constatou que se o ápice do coleóptilo for colocado ligeiramente ao lado da secção do coleóptilo decapitado, o0corre uma curvatura da plântula mesmo que esta seja iluminada por luz uniforme. Went, na segunda década do século XX admitiu que no ápice se produz uma hormona a qual se difunde para o bloco de gelose e posteriormente deste para a secção cortada desses coleóptilos.
Assim, o ápice do coleóptilo controla o crescimento e a resposta da plântula em relação à luz. O controlo é efectuado por intermédio de uma hormona elaborada no ápice do coleóptilo, a qual por difusão, atinge uma zona inferior que cresce, curvando-se em relação à luz lateral. À hormona Went chamou auxina. A desigual repartição da auxina na plântula sob o efeito de uma iluminação lateral explica o crescimento orientado em relação à luz.
Posteriormente outras hormonas foram identificadas como as giberelinas e o etileno.
As auxinas estimulam a formação de raízes, o alongamento celular e o inicio da floração e frutificação em certas plantas Inibem a queda de folhas e de caules.
As giberelinas estimulam o alongamento dos caules, a germinação das sementes, a floração de algumas plantas e o desenvolvimento de frutos.
O etileno desempenha a acção mais importante na maturação de frutos como os tomates e estimula a queda das folhas, flores e frutos. Inibe o crescimento de raízes e gomos laterais.
As citocininas estimulam a divisão celular e o desenvolvimento de gomos laterias. Prolongam a vida de folhas, flores e frutos. Inibem a formação de raízes e retardam a queda das folhas.
A ácido abcísico estimula a formação de raízes e o fecho de estomas. Inibem a germinação de sementes.
As fito-hormonas actuam em quantidades muito pequenas e muitas vezes interagem umas com as outras. Desta interacção resultam respostas das células alvo que desencadeiam o crescimento e o desnvolvimento das plantas.
Após terem actuado são degradadas.

Aplicação das fito-hormonas para fins económicos.

O estudo das hormonas vegetais tem sido efectuado ao nível fisiológico e ao nível bioquímico.
O conhecimento destes compostos horgânicos possibilitou a síntese em laboratório de substãncias quimicamente id~enticas e por isso com os mesmos efeitos das fito-hormonas. São os reguladores de crescimento e utilizam-se em diversos sectores ligados à produção, armazenamento e distribuição dos alimentos, de natureza vegetal, com o objectivo de obter maior produtividade e maiores lucros. No entanto podem ocorrer problemas ecológicos ou para a saúde humana, não só durante a produção dessas substâncias como na sua aplicação mal orientada e excessiva. Os progressos tecnológicos devem ser cuidadosamente investigados antes da sua aplicação.

Processo de floração

A floração está relacionada com o fotoperíodo, o número de horas de iluminação diária.
A germinação das sementes é controlada pelo fotoperíodo, ocorrendo geralmente em momentos específicos do ano.
As plantas de dia longo florescem quando as noites são curtas e os dias longos, as plantas de dia curto florescem quando as noites são longas e os dias mais pequenos e a plantas indiferentes apresentam uma grande tolerância ao fotoperíodo podendo florescer em qualquer época do ano. Na década de quarenta do século XX descobriu-se que é a duração da obscuridade que controla a floração e a designação das plantas passou a ser de noite curta ou de noite longa.
Considera-se um período crítico de obscuridade correspondente à duração mínima ou máxima de obscuridade para o início da floração.
Investigações fazem admitir a existência de plantas que promovem a floração e plantas que inibem, no entanto são processos muito complexos ainda em estudo.

Lições 11 e 12

Mecanismo de actuação da ADH

Para controlar a quantidade de água no meio interno, isto é regular a pressão osmótica, ocorre a intervenção do sistema nervoso e do sistema hormonal. Os rins são os efectores da regulação da pressão osmótica. Um mecanismo de retroacção negativa permite o retorno da pressão osmótica do sangue para valores normais.
Quando aumenta a temperatura ou quando se pratica exercício físico, ocorre perda de água por transpiração. A pressão osmótica eleva-se, sendo esta variação captada por osmorreceptores do hipotálamo. Os neurónios do hipotálamo produzem mais ADH, hormona que passa para a neurohipófise, sendo libertada para o sangue. As células alvo desta hormona estão localizadas nos rins, ao nível do tubulo distal e do tubo colector. Estas células, em resposta ao aumento de ADH, tornam-se mais permeáveis à água, havendo um aumento da reabsorção para o sangue, produzindo-se uma urina mais hipertónica do que o sangue. Diminuindo a pressão osmótica os osmorreceptores deixam de ser estimulados e a pressão osmótica volta ao normal.
Se o indivíduo beber água em excesso, diminui a pressão osmótica, o que faz diminuir a quantidade de libertação de ADH para o sangue. As células alvo tornam-se menos permeáveis à água, a reabsorção é menor e a urina produzida é mais diluída, restabelecendo-se a pressão normal.

Lições 9 e 10

OSMORREGULAÇÃO EM MEIO AQUÁTICO

Ambiente de água doce:

O meio interno é hipertónico em relação ao meio externo, o que faz movimentar água por osmose para o interior do corpo. Para compensar este ganho de água os peixes não bebem água e possuem glomérulos bem desenvolvidos, ao nível dos quais é filtrada grande quantidade de água, que é eliminada na urina muito diluída. A perda de sais durante a excreção é compensada pelo transporte activo de sais de água doce para o meio interno, através de células especializadas das brânquias.

Ambiente marinho:

O meio interno dos peixes é hipotónico em relação ao meio externo, havendo tendência a perderem água por osmose. Como compensação, ingerem grandes quantidades de água salgada e excretam, por transporte activo, o excesso de sais através de células especializadas existentes nas brânquias. Os glomérulos de Malpighi são muito reduzidos ou mesmo ausentes, o que diminui a perda de água por filtração, produzindo-se uma pequena quantidade de urina.

Lições 7 e 8

Mecanismos homeostáticos

Termorregulação

Os seres vivos podem ser classificados de acordo com a forma como respondem às variações da temperatura do meio. Relativamente à capacidade de regulação da temperatura os seres podem ser homeotérmicos se têm a capacidade de manter a sua temperatura corporal constante, ou poiquilotérmicos se a sua temperatura varia com as alterações da temperatura do meio. Quanto à fonte de calor que determina a temperatura corporal os seres podem ser endotérmicos se produzem calor por processos metabólicos ou ectotérmicos se dependem das fontes externas de calor pois a sua taxa metabólica não contraria as alterações da temperatura.
Os animais endotérmicos apresentam uma faixa de neutralidade, entre os 27ºC e os 32ºC, na qual a temperatura é regulada por alterações nas trocas de calor, que se efectuam através da pele mantendo-se a taxa metabólica no seu nível basal.
Abaixo dos 27ºC, verifica-se um aumento da taxa metabólica, no sentido de manter a temperatura corporal constante. Contudo, se a temperatura descer para valores inferiores a 0ºC o calor produzido não consegue compensar esta descida e a temperatura corporal começa a diminuir.
Quando a temperatura ultrapassa os 32ºC o animal inicia processos activos de perda de calor, produzindo suor ou tornando-se ofegante. Como esta resposta exige energia também conduz a um aumento da taxa metabólica. Os animais endotérmicos têm capacidade de regular a temperatura, dentro de certos limites. Se os limites forem ultrapassados, a homeostasia entra em ruptura pondo em causa a sobrevivência do animal. A temperatura é um factor limitante, pois condiciona a vida dos animais, uma vez que esta só existe dentro de determinados valores variáveis de espécie para espécie.

OSMORREGULAÇÃO

O metabolismo celular origina produtos de excreção que têm de ser expelidos, sob pena de comprometerem a sobrevivência das células e do organismo.
A actividade metabólica exige um constante fornecimento de substâncias que as células retiram do meio envolvente e, por isso, têm de ser repostos.
As alterações constantes da composição do meio interno têm de ser estabilizadas com auxílio de mecanismos fisiológicos de homeostasia. Nos animais o equilíbrio do meio interno é mantido pelas actividades coordenadas do sistema circulatório, nervoso e endócrino. Assim estão envolvidos órgãos como os rins, os pulmões, as brânquias e o sistema digestivo.
O processo que permite manter a manutenção do equilíbrio de água e sais do organismo designa-se de osmorregulação.
Os seres cuja concentração do meio interno varia de acordo com a do meio externo, dentro de certos limites designam-se de osmoconformantes. Ex: alguns invertebrados marinhos como os caranguejos. As condições extremas levariam à desnaturação das proteínas e à morte do ser. A salinidade é um factor limitante pois condiciona a sobrevivência dos seres vivos. Existem animais que apresentam uma concentração do meio interno muito diferente da do meio externo, são os osmoreguladores, ou osmorregulantes.Ex: Artmia salina, crustáceo (5% a 30% de salinidade) Retira o excesso de sal das brânquias por transporte activo.

Osmorregulação em meio terrestre

Os órgãos excretores nos animais que têm sistema circulatório fechado estão associados a vasos sanguíneos.
O sistema excretor da minhoca é constituído por um par de órgãos, os nefrídios, em cada segmento do corpo. O funil ciliado de cada nefrídio recolhe o fluido corporal. À medida que esse fluido se desloca ao longo do túbulo ocorre a reabsorção de substâncias que são necessárias ao organismo para os capilares e são segregadas certas excreções que passam para o túbulo.
A minhoca vive em habitats muito húmidos, entrando água através da pele por osmose. Os nefrídios produzem urina muito abundante e diluída, compensando o excesso de água que entra pela pele, ocorrendo assim a osmorregulação.
Nos vertebrados, as estruturas excretoras estão reunidas em dois rins. Cada rim humano apresenta cerca de um milhão de nefrónios. O nefrónio é a unidade básica do rim e é constituído pelo tubo urinifero e pelos vasos sanguíneos associados.
A porção vascular apresenta duas redes de capilares:
-Glomérulo de Malpighi que resulta da capilarização de uma arteríola aferente, no interior da cápsula de Bowman. Os capilares do glomérulo reúnem-se numa arteríola eferente que sai da cápsula.
-A rede de capilares peritubulares que resulta da capilarização da arteríola eferente que envolve o tubo urinífero.
A filtração ocorre ao nível da cápsula de Bowman havendo passagem de substâncias de pequeno tamanho do plasma através da parede dos capilares do glomérulo e da parede interna da cápsula do tubo urinífero. Como resultado forma-se o filtrado glomerular que é uma mistura de água, sais minerais, excreções azotadas, glicose, vitaminas aminoácidos entre outras substâncias.
A reabsorção ocorre ao nível dos tubos contornados proximal distal e da ansa de Henle. Substâncias úteis como a glicose passam por transporte activo, a água por osmose e os sais por difusão e transporte activo, para o sangue.
Também ao nível do tubo colector ocorre reabsorção de água.
A secreção ocorre quando as células da parede do tubo urinífero, ao nível do tubo distal e também do tubo colector, segregam a partir do plasma substâncias como certos iões, que são excretadas na urina.

Lições 5 e 6

Coordenação

Nos animais ocorre comunicação química assegurada pelas hormonas. Estas substâncias são moléculas orgânicas produzidas por glândulas endócrinas. As hormonas são libertadas directamente no sangue. A produção das hormonas é condicionada, em parte, por estímulos provenientes do meio ou pelo estado interno do indivíduo. As hormonas circulam no sangue, por todo o organismo, mas apenas actuam em determinas células, as células-alvo, que possuem na membrana ou no citoplasma receptores específicos para uma dada hormona. A fixação das hormonas a esses receptores específicos desencadeia a realização de respostas fisiológicas adequadas à situação respectiva. Assim as hormonas permitem o controlo de mecanismos de homeostasia.

Integração Neuro-Hormonal

A maioria dos processos fisiológicos é regulada pelo sistema nervoso e pelo sistema hormonal. Ambos respondem a estímulos recebidos por receptores, enviando mensagens para órgãos efectores, nos quais se efectuam respostas adequadas à situação. A natureza da mensagem nervosa é electroquímica e a hormonal é química. A resposta hormonal é mais lenta que a nervosa. Os dois sistemas interagem através do complexo hipotálamo-hipófise. O hipotálamo recebe informações diversificadas por via nervosa e origina sinais hormonais adequados, que envia directamente para a hipófise, a qual através das respectivas hormonas, actua directamente ou através da acção que exerce sobre outras glândulas endócrinas ou outros órgãos efectores.

Mecanismos homeostáticos

Termorregulação

Os seres vivos podem ser classificados de acordo com a forma como respondem às variações da temperatura do meio. Relativamente à capacidade de regulação da temperatura os seres podem ser homeotérmicos se têm a capacidade de manter a sua temperatura corporal constante, ou poiquilotérmicos se a sua temperatura varia com as alterações da temperatura do meio. Quanto à fonte de calor que determina a temperatura corporal os seres podem ser endotérmicos se produzem calor por processos metabólicos ou ectotérmicos se dependem das fontes externas de calor pois a sua taxa metabólica não contraria as alterações da temperatura.
Os animais endotérmicos apresentam uma faixa de neutralidade, entre os 27ºC e os 32ºC, na qual a temperatura é regulada por alterações nas trocas de calor, que se efectuam através da pele mantendo-se a taxa metabólica no seu nível basal.
Abaixo dos 27ºC, verifica-se um aumento da taxa metabólica, no sentido de manter a temperatura corporal constante. Contudo, se a temperatura descer para valores inferiores a 0ºC o calor produzido não consegue compensar esta descida e a temperatura corporal começa a diminuir.
Quando a temperatura ultrapassa os 32ºC o animal inicia processos activos de perda de calor, produzindo suor ou tornando-se ofegante. Como esta resposta exige energia também conduz a um aumento da taxa metabólica. Os animais endotérmicos têm capacidade de regular a temperatura, dentro de certos limites. Se os limites forem ultrapassados, a homeostasia entra em ruptura pondo em causa a sobrevivência do animal. A temperatura é um factor limitante, pois condiciona a vida dos animais, uma vez que esta só existe dentro de determinados valores variáveis de espécie para espécie.

Termorregulação em mamíferos

Os mecanismos de termorregulação são regulados por uma estrutura do sistema nervoso o hipotálamo, que funciona como um termóstato. Na pele, existem células termo-sensoriais, que funcionam como receptores do frio e do calor. Quando estimuladas, estas células geram impulsos nervosos, que são conduzidos pelos nervos sensitivos e pela medula espinal até ao hipotálamo. Este órgão está ligado ao centro vasomotor, localizado no bolbo raquidiano, cuja função é provocar a vasodilatação, que permite o aumento das perdas de calor, ou a vasoconstrição, que diminui as trocas de calor e por isso as perdas.
Assim se for necessário reduzir a temperatura corporal verifica-se:
-vasodilatação- aumenta o ritmo de transferência de calor para o exterior;
Sudorese- as glândulas sudoríparas são estimuladas a libertar suor para a superfície da pele, cuja evaporação contribui para as perdas de calor;
Redução da produção de calor- as tremuras e as reacções químicas geradoras de calor são fortemente inibidas (diminuição da taxa metabólica).
Por outro lado, se houver necessidade de aumentar a temperatura corporal, verifica-se:
Vasoconstrição-o hipotálamo envia sinais no sentido de haver uma constrição, sobretudo periférica, dos vasos sanguíneos;
Erecção dos pêlos- os músculos erectores dos pêlos são estimulados no sentido de os colocar na posição vertical. A projecção vertical dos pêlos permite criar uma camada de ar isolante junto à pele, diminuindo, assim, a perda de calor para o meio;
Aumento da produção de calor- verifica-se um aumento da taxa metabólica, que se traduz por termuras e o aumento das reacções químicas geradoras de calor.
O sistema nervoso regula a temperatura através de mecanismos de retroalimentação negativa, dado que o efeito vai contrariar a causa, conseguindo-se a manutenção da temperatura corporal.

Lições 3 e 4

Regulação nos seres vivos

Vários são os exemplos dos seres vivos que reagem a muitas características do meio. Por exemplo as plantas das zonas temperadas apresentam folhagem caduca. A perda da folhagem na estação desfavorável permite a sua sobrevivência.
Os seres vivos são sistemas abertos pois ocorrem trocas de matéria energia e de informação com o meio exterior. Face às modificações do meio ambiente os organismos respondem adequadamente, permitindo a conservação do equilíbrio do sistema, apresentando mecanismos de regulação.
A adaptação às mudanças ambientais é uma das características da vida.
A homeostasia ( hómoios = semelhante + stasis = situação ) é a manutenção das condições do meio interno dentro de limites compatíveis com a vida.
Os mecanismos de homeostasia protegem o meio interno do impacto de variações consideráveios dp meio externo.

Regulação nervosa e hormonal nos animais

A capacidade dos seres vivos responderem a estímulos do ambiente é designada por irritabilidade. As respostas podem ser simples como o movimento que um protozoário efectua para fugir de uma substância tóxica ou bem mais complexa como a resposta de um vertebrado ao elaborar sinais de cortejamento.
No caso dos organismos unicelulares, a percepção do estímulo e a produção de uma resposta confinam-se apenas a uma célula. A evolução para a multicelularidade, em especial os níveis elevados de especialização dos animais, exigiu o desenvolvimento de mecanismos complexos de comunicação entre as células e os órgãos.
Assim as comunicações rápidas são asseguradas pelo sistema nervoso que envolve a propagação de alterações electroquímicas ao longo das membranas celulares.
As respostas mais lentas, ou que se efectuam a longo prazo, são controladas, nos animais, por mecanismos hormonais, que envolvem a libertação de mensageiros químicos para os fluidos circulantes, até atingirem os órgãos alvo.

Coordenação nervosa

O sistema nervoso foi desenvolvido no sentido de responder, de forma rápida, às alterações do ambiente e de manter o equilíbrio do meio interno.
Nos vertebrados, o sistema nervoso compreende o SNC, constituído por encéfalo e medula espinal e o sistema nervoso periférico, constituído pelos nervos. Os centros nervosos estão protegidos pelas estruturas esqueléticas, o crânio e a coluna vertebral. Do SNC faz parte o complexo hipotálamo-hipófise. O hipotálamo é o centro coordenador da homeostasia nos vertebrados e está ligado à hipófise por um pedículo que contém vasos sanguíneos e formações nervosas. Um nervo é constituído por um conjunto de feixes de fibras nervosas, cada um envolvido por uma membrana. Entre estas estruturas existem vasos sanguíneos e um tecido de ligação. As vias nervosas que transmitem mensagens dos receptores para os centros nervosos são os nervos sensitivos ou vias aferentes e as que transmitem mensagens emitidas pelos centros nervosos para os efectores são designadas por nervos motores ou vias eferentes.
A unidade básica é a célula nervosa, o neurónio. Os neurónios podem apresentar diferentes formas de acordo com a sua função e localização. Os neurónios são altamente estimuláveis, capazes de detectar pequenas alterações do meio. Em resposta a estas alterações verifica-se uma alteração eléctrica que percorre a sua membrana, o impulso nervoso.
Os neurónios possuem:
Corpo célula onde se localiza o núcleo e a maioria das estruturas citoplasmáticas.
As dendrites são prolongamentos finos, geralmente ramificados, que recebem e conduzem os estímulos do ambiente ou de outras células nervosas até ao corpo celular.
O axónio é geralmente uma fibra fina e longa, com diâmetro relativamente uniforme e cuja função é transmitir os impulsos provenientes do corpo celular. Nos vertebrados e em alguns invertebrados mais complexos o axónio é coberto por uma bainha isolante de mielina. O conjunto do axónio e da bainha forma a fibra nervosa. As fibras nervosas reunidas em feixes envolvidos por uma capa de tecido conjuntivo constituem os nervos.

Impulso nervoso

Todas as células apresentam diferenças de concentração de iões entre a face interna e a face externa da sua membrana plasmática.
O fluido intersticial que rodeia os neurónios apresenta elevadas concentrações de Na+ e de Cl-, mas baixa concentração de K+. Por outro lado no meio intracelular existe uma elevada concentração de K+, mas baixa concentração de Na+ e Cl-. Como o citoplasma dos neurónios contém, proporcionalmente, menor quantidade de iões positivos que o fluido intersticial, a superfície interna da membrana apresenta carga eléctrica negativa, enquanto que a face externa positiva. Gera-se uma diferença de potencia eléctrico entre as duas faces da membrana, potencial de membrana, que quando o neurónio está em repouso é de -60mV- potencial de repouso. Este potencial deve-se essencialmente à diferença de concentração de Na+ e de K+, dentro e fora da célula. Esta diferença mantém-se também devido ao funcionamento das bombas de sódio e potássio, que bombeiam sódio para o meio externo e potássio para o meio interno (com consumo de ATP), contrariando o movimento de difusão passiva destes iões. Como a bomba de sódio e potássio transporta 3 Na+ por cada 2 K+ que sai da célula, por transporte passivo, supera a quantidade de iões Na+, que entra na célula. Desta forma a célula perde cargas positivas,. gerando-se um excesso de cargas negativas no interior da célula, relativamente ao exterior.
Na membrana celular, existem canais que permitem a passagem de K+ e de Na+ de forma passiva. Estes canais estão fechados quando o neurónio está em repouso, abrindo-se quando a célula é estimulada.
Quando um neurónio é atingido por um determinado estimulo, os canais de Na+ abrem-se, conduzindo a uma rápida entrada de Na+ para a célula. Esta brusca entrada de iões positivos altera o potencial de membrana para +50mV. Esta alteração do potencial chama-se despolarização. A passagem do potencial eléctrico de -60mV para +50mV, designa-se de potencial de acção e é aproximadamente de 110mV.
A estimulação de um neurónio obedece à lei do tudo ou nada. O estímulo tem de ter uma determinada intensidade para desencadear um potencial de acção. Esse estímulo mínimo designa-se de estímulo limiar. Uma vez ultrapassado esse estímulo, o potencial de acção é igual independentemente da intensidade do estímulo.
A despolarização de determinado ponto do neurónio ocorre durante cerca de 1.5 milésimos de segundo, pois quando o potencial de acção atinge o seu pico, aumenta a permeabilidade da membrana ao K+, enquanto que a permeabilidade dos canais Na+ volta ao normal. Assim verifica-se uma queda do potencial de membrana, até se atingir o valor de repouso, ocorre repolarização. O potencial de acção, que se gera na área da membrana estimulada, propaga-se à área vizinha, conduzindo à sua despolarização. Verifica-se uma onda de despolarização/repolarização que constitui o impulso nervoso.
A propagação do impulso nervoso faz-se num único sentido- das dendrites para o axónio.

Transmissão do impulso nervoso ao longo dos axónios

A velocidade de propagação do impulso nervoso varia de neurónio e de animal para animal. Axónios de pequeno diâmetro conduzem o impulso nervoso lentamente, pois apresentam uma maior resistência interno ao fluxo, axónios de grande diâmetro podem conduzir o impulso mais rapidamente. A velocidade máxima nos invertebrados é cerca de 0,1m/s. Os vertebrados não tem neurónios de diâmetro tão elevado como o dos invertebrados, no entanto a velocidade do impulso pode ser muito superior. A rápida propagação é garantida pela presença de uma bainha de mielina que recobre os axónios. Esta bainha é formada por camadas concêntricas de membranas das células de Schwann. Este isolamento apresenta interrupções, os nódulos de Ranvier. Nas fibras nervosas mielinizadas, o potencial de acção despolariza a membrana do axónio unicamente na região dos nódulos de Ranvier, pois o efeito isolante da bainha de mielina impede que essa despolarização ocorra nas restantes zonas. Deste modo o impulso nervoso salta de um nódulo para o seguinte, permitindo a sua rápida propagação.

Transmissão do impulso entre os neurónios- sinapses

A transmissão do impulso nervoso de um neurónio para o outro faz-se através das sinapses. A sinapse é uma região de contacto próximo entre a extremidade de um neurónio e a superfície de outras células (outros neurónios, células musculares, células sensoriais ou células glandulares.).
Nas sinapses químicas existe um pequeno espaço entre as membranas celulares, a fenda sináptica. Quando o impulso nervoso atinge as extremidades do axónio pré-sináptico, libertam-se para a fenda sináptica substâncias químicas, os neurotransmissores. Estas substâncias ligam-se a receptores da membrana da célula seguinte, desencadeando o impulso nervoso. O neurotransmissor no caso das sinapses que se estabelecem entre as terminações dos axónios e as células musculares é a acetilcolina.
As sinapses eléctricas, menos comuns, permitem que o impulso nervoso se propague mais rapidamente de um neurónio para outro. O potencial de acção propaga-se do neurónio pré-sináptico para o pós-sináptico, sem intervenção de neurotransmissores. Nestas sinapses existem alguns pontos de contacto entre as membranas das duas células, permitindo que despolarização se propague de forma contínua. Estas sinapses ocorrem no SNC dos vertebrados e estão envolvidas em processos que exigem respostas rápidas.

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