glicogênio Ácido Ácido lático atp acetil co-a energia...

1

Ácido pirúvico

CO2 + H2O

ATP

Glucose

Acetil Co-A

Ácido lático

Aminoácidos desaminados

Outros

Glicogênio

(Anaerobiose)

ENERGIA QUÍMICA

Carboidratos

Lipídios

Aminoácidos

2

Material não processado(Fezes)

Urina esecreções corporais

Energia Metabolizável

ATPDigestão e síntese

Atividade

Produção

Metabolismo Basal

CALOR

Uso da energia

Energia ingerida com o

alimento

CALOR

3

Energia Metabolizável

ATPDigestão e síntese

Atividade

Produção

Metabolismo Basal

Temperatura corpórea

CALOR metabólico

Temperatura ambiente

Ecologia

4

Temperatura corpórea

Ecologia

Temperatura ambiente

5

-10 0 10 20 30 40 50

-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Por que a vida na terra está limitada a uma curta faixa de temperaturas?

Temperatura (°C)

6

Termos fundamentais

• Temperatura• Calor• Enzima• Energia de ativação• Kcat (o que é e do que depende?)• Entropia conformacional de uma enzima• Q10• Taxa de metabolismo

7

Calor: Forma de energia (cinética) que flui de um objeto a outro como resultado do movimento aleatório das moléculas.

Temperatura: Medida da quantidade de energia cinética das partículas, geralmente indicada por um termômetro.

40° C 10° C

Fluxo de calor

40° C

10° C

8

Temperatura °C

Taxa

de

uma

reaç

ão

(uni

dade

s ar

bitr

ária

s)

10 20

1

2 Q10 =Taxa T2

Taxa T1

( 10T2 − T1

)

Q10 =21

1020−10

=21

1

=2

Mudança de uma taxa de reação bioquímica face aum aumento da temperatura

9

Efeitos da temperatura nos animais

•Permeabilidade das membranas biológicas e sua capacidadede transporte

•Taxas de catalização de enzimas

•Velocidade de difusão de substratos metabólicos

•Taxa de trocas de gases respiratórios

•Produção e energia nas mitocôndrias

•Taxa metabólica celular e organismal

•Desempenho comportamental dos organismos

•Custo de manutenção dos indivíduos e eficiência da conversão de energia em biomassa

•Tempo inter-generacional

10

Energia metabolizável (Energia ingerida - Energia perdida nas fezes, perdida

na urina)

Energia utilizada em: Manutenção, Produção(Crescimento, Armazenamentode reservas, Gametas, Tecidos, etc.),Trabalho mecânico

+

CALOR

=

BALANÇO ENERGÉTICO

EI = EF + EU + EMAN + EPR + ET + CALOR

11

EI = EF + EU + EMAN + EPR + ET + CALOR

Custo total de manutenção

Manutenção: requer consumo de energia

Consumo de energia / unidade de tempo = TAXA METABÓLICA

12

Como medir a taxa metabólica de um organismo?

13

•Consumo de oxigênio(Sensores de oxigênio, métodos baseados em mudanças de volume o pressão em cámara metabólica)

•Produção de calor

•Produção de CO2

•Gasto calórico

•Taxa de uso das reservas de lipídeos

14

ComputadorCâmara metabólica

Sensor O2Bomba ar

Ar fora

15

CO2

H2O

16

Taxa metabólica no campo: água duplamente marcada

C6H12O6 + 6O2 ⇔ 6CO2 + 6H2O2C51H98O6 +145O2 ⇔ 102CO2 + 98H2O

D2O18

Amostra de sangue2-3 h depois

Liberar no campo

Recapturar (1-7 dias depois)

H 2O18

D2O

Medição de H 2O

18

D2O

O18: Perdido como CO2 e H2OD2: Perdido como H2O

O18 - D2 = CO2

Injeção de

Equilibrio

QR=6/6=1QR=102/145=0.7

17

Premissas importantes para aplicar o método da água duplamente marcada:

1) O D2O18 se comporta exatamente como água no organismo

2) O fluxo de água é baixo (do contrário o método perde resolução)

18

A variação da temperatura corporal e a capacidade para a produção de calor endógeno são utilizados

na classificação metabólica dos animais

19

Endotermo: O balanço termal é conseguido principalmente por fontes endógenas de calor

Heterotermo: Endotermos facultativos, isto é, que apresentam temperaturas corporais variáveis

Ectotermo: O balanço termal é envolve fontes exógenas de calor como radiação solar (Termorreguladores) ou toleram passivamente as flutuações de temperatura do ambiente

Homeotermo: Mantém temperaturas corporais constantes

Pecilotermo: Experimentam mudanças significativas na temperatura corporal.

Variação da temperatura corporal

Fontes de calor utilizadas na termorregulação

20

Ectotermos termorreguladores: Utilizam o comportamento par manter temperaturas relativametne constantes durante a atividade

Endotermos: utilizam o calor metabólico para manter a temperatura corpórea constante

As trocas de calor com o meio são importantes na termorregulação e determinam o custo energético

do balanço termal em animais endotérmicos

21

Manutenção de uma temperatura corporal alta (35 -42°C)

Endotermos Ectotermos

CALORCALOR

A produção de calor metabólico não eleva significativamente a temperatura corporal

22

Ta x

a m

etab

ólic

a

Temperatura ambiental

Ectotermos

Endotermos

23

Con

sum

ode

oxi

gêni

o(lO

2/Kg

.h)

Temperatura do ar (°C)

Tc

1

3

2

4

5

010 20 30 40

Zona de termoneutralidade

24

Con

sum

ode

oxi

gêni

o(lO

2/Kg

.h)

Temperatura do ar (°C)

1

3

2

4

5

010 20 30 40

25

Con

sum

ode

oxi

gêni

o(lO

2/Kg

.h)

Temperatura do ar (°C)

1

3

2

4

5

010 20 30 40

Custo energético da termorregulação

26

Tem

pera

tura

do c

orpo

(°C

)

Temperatura ambiental (°C)

37

37

Endotermo Ectotermo

27

Que diferenças fisiológicas entre endotermos eectotermos estão associadas à taxa metabólica

e à produção de calor?

28

Condutância térmica?

Fernando R. Gomes

29

Diferenças fisiológicas entre endotermos eectotermos

•Capacidade pulmonar e taxas de ventilação•Estrutura do sistema circulatório•Débito cardíaco•Capacidade carreadora de oxigênio no sangue•Área total de superfície da membrana mitocondrialinterna

•Atividade de enzimas mitocondriais•Permeabilidade de membranas•Atividade da glândula tireóide•Taxas de síntese e turnover moleculares•Condutância térmica•Densidade de proteínas desacopladoras

30

Quais os custos e benefícios da ectotermia e a endotermia?

31

Taxa metabólica

Requerimentos energéticos dos

indivíduos

Taxa de produção e de reprodução

Taxa de crescimento populacional

Custo energético sobre o

ecosistema

Fluxo de energia no ecossistema

Padrões macroecológicos

Padrões deBiodiversidade

Tempo de vida

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Diferenças ecológicas entre ectotermos e endotermos

1. Os ectotermos podem ter menor massa corporal(menos de 1% dos mamíferos e aves pesam menos de 5g, mas 36%dos lagartos, 50% dos anuros e 65% das salamandras pesam menosde 5g)

2. Os endotermos convertem os recursos em biomassa mais rápido, os ectotermos mais eficientemente. A ectotermia permite o uso de recursos pouco abundantes ou altamente sazonais.

3. Os ectotermos têm mais plasticidade morfológica que os endotermos

4. Ectotermos podem evadir condições difíceis tornando-se inativos. Apesar de alguns endotermos serem capazes de fazero mesmo, o custo de despertar é muito maior.

33

34

2 g

2.5 g

0.2 g

35

Taxa metabólica

Temperatura ambiental

Nível de atividade Processos de

produção e estado reprodutivo

Massa corporal

Ritmos biológicos

Forma do corpo

Tipo de substrato alimentar sendo

processado

36

Taxa

met

aból

ica

tota

l (m

l O2/h

)

Massa corpórea (g)Taxa

met

aból

ica

espe

cífic

a (m

l O2/g

.h)

(por

uni

dade

de m

assa

cor

póre

a)

37

38

39

Taxa

met

aból

ica

espe

cífic

a(m

l O2/g

.h

Massa corpórea (g)

(From McNab, 2002)

Nectar

Insetos

Frutas

Sangue Carne

40

Tatus

Ungulados

Esquilosterrestres

Taxa

met

aból

ica

espe

cífic

a(m

l O2/g

.h

Massa corpórea (g)

(From McNab, 2002)

41

42

2

6

10

14

10 20 30 40 50 60

Taxa

met

aból

ica

Massa corporal

M

P

43

História dos mamíferos sul-americanos (incrivelmente resumida!)

Cenozóico: Colonização da América do sul por mamíferos norte-americanos.

Eoceno: Barreira física, 40 milhões de anos em isolamento evolutivo.

Na América do sul:Placentários: -> Primordialmente herbívoros (Megatherium).

Marsupiais: -> Principalmente carnívoros, evolução convergente com os “Tigre dente de sabre” norte-americanos.

Invasão por primatas, roedores e outros pequenos mamíferos que finalmente evoluíram em grupos tipicamente sul-americanos.

Plioceno (3 milhões de anos): eliminação da barreira física e migração em massa: antilopes, camélidos, procionídeos, antas, felinos, caninos, mustelideos, ursos, musaranhos, etc. Extinção de muitas espécies sul-americanas, entre elas muitos maruspiais.

44

Transferência de calor entre os organismos e o ambiente

• Radiação: Emissão de ondas electromagnéticas produzidas por objetos com temperaturas acima do zero absoluto (-273°C). Proporcional à quarta potência de temperatura da superfície do corpo.

• Convecção: Energia calórica transferida por fluxo de moléculas, especialmente na interface fluido-sólido. Depende da diferença de temperaturas entre o sólido e o fluido, da velocidade do fluido, e da área exposta.

• Condução: Transferência de energia cinética sem intercâmbiomolecular, entre dois corpos em contacto. Depende da área de contacto físico entre os corpos, da diferença de temperaturas, e das constantes de condutividade.

• Evapotranspiração: Perda de calor de um corpo húmido devido aenergia utilizada para evaporar água sobre a superfície. Depende da diferença de pressão de vapor de água entre a superfície do animal e o meio, e da resistência à perda de água na superfície.

45

Troca total de calor = Calor Metabólico ± Trocas de calor por condução, convecção, radiação e evaporação

Radiação solar

Condução

EvaporaçãoConvecção Radiação

térmicaRadiação térmica

46

TROCA DE CALOR:

Q = Taxa de tranferência de calor

A = Área de fluxo térmico

T1 - T2 = Diferença de temperaturas

C = Constante (por exemplo condutância)

d= Distância

(T1 - T2)C AQ =

d

47

A

B

A: ConduçãoB: Convecção

Fluido

48(Figura por Tom Pressley)

Artéria

Plexo venoso

Capilares

Arteriolas

Junçãoarterio-venosa

Condução

Evaporação

Convecção

Radiação térmica

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• Natureza do meio:

• Diferença entre as temperaturas corporal e ambiental

• Condutividade do meio

• Isolamento termal:

• Condutividade da superfície do corpo

• Tamanho corporal:

• Relação área-volume

• Calor específico

TROCA DE CALOR: PARÂMETROS BIOLÓGICOS MAIS IMPORTANTES

50

ConduçãoConvecção

Evaporação

Radiação

Trocas de Calor Mecanismos de ajustePostura corporalMudança da condutânciaAgregação Construção de abrigosAjustes cardiovasculares da pele, pelagem ou penas

SuorOfego

Mudanças de corMudanças de posição, deslocamento

MECANISMOS DE AJUSTE DAS TROCAS DE CALORENDOTERMOS

51

52

Temperatura do ar (C)

Tem

pera

tuad

o co

rpo

(C)

10 12 14 16 18 20 225

10

15

20

25

30

y = x

Heliotermo

Tigmotermo

53

Aquáticos

Terrestres

Noturnos Diurnos

Termoregulação por migrações verticais e horizontais

Termo-conformadores

Termo-conformadores. (Podem evitar temperaturas extremas)

Termoregulação por heliotermia e seleçãode substrato.

TEMPERATURA, COMPORTAMENTO E

ECOLOGIA EM ECTOTERMOS