glicogênio Ácido Ácido lático atp acetil co-a energia...
TRANSCRIPT
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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
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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
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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
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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
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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
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EI = EF + EU + EMAN + EPR + ET + CALOR
Custo total de manutenção
Manutenção: requer consumo de energia
Consumo de energia / unidade de tempo = TAXA METABÓLICA
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Como medir a taxa metabólica de um organismo?
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•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
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ComputadorCâmara metabólica
Sensor O2Bomba ar
Ar fora
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CO2
H2O
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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
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D2O
O18: Perdido como CO2 e H2OD2: Perdido como H2O
O18 - D2 = CO2
Injeção de
Equilibrio
QR=6/6=1QR=102/145=0.7
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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)
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A variação da temperatura corporal e a capacidade para a produção de calor endógeno são utilizados
na classificação metabólica dos animais
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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
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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
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Manutenção de uma temperatura corporal alta (35 -42°C)
Endotermos Ectotermos
CALORCALOR
A produção de calor metabólico não eleva significativamente a temperatura corporal
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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
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Con
sum
ode
oxi
gêni
o(lO
2/Kg
.h)
Temperatura do ar (°C)
1
3
2
4
5
010 20 30 40
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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
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Que diferenças fisiológicas entre endotermos eectotermos estão associadas à taxa metabólica
e à produção de calor?
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Condutância térmica?
Fernando R. Gomes
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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
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Quais os custos e benefícios da ectotermia e a endotermia?
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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
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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
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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
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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.
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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.
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Troca total de calor = Calor Metabólico ± Trocas de calor por condução, convecção, radiação e evaporação
Radiação solar
Condução
EvaporaçãoConvecção Radiação
térmicaRadiação térmica
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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
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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
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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
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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
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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