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ANTONIO CARLOS DA COSTA MACIEL
O CARBONO ATRAVÉS DOS TEMPOS
Canoas, 2007
ANTONIO CARLOS DA COSTA MACIEL
O CARBONO ATRAVÉS DOS TEMPOS
Trabalho de conclusão apresentado aos professorese acadêmicos do curso de Química do CentroUniversitário La Salle – Unilasalle, como exigênciaparcial para a obtenção do grau de Licenciadoem Química, sob a orientação do Prof. Dr.Fernando Guaragna Martins.
Canoas, 2007
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TERMO DE APROVAÇÃO
ANTONIO CARLOS DA COSTA MACIEL
O CARBONO ATRAVÉS DOS TEMPOS
Trabalho de conclusão aprovado como requisito parcial para a obtenção do grau deLicenciado em Química do Centro Universitário La salle – Unilasalle, pelo avaliador:
Prof. Dr. Fernando Guaragna MartinsUnilasalle
Canoas, 11 de julho de 2007.
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DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos bons cidadãos do Brasil. Homens e mulheres, pais e
mães de família, de qualquer cor e credo, preocupados em manter os valores
humanos e familiares. Verdadeiras vítimas do descaso, da incompetência e da
covardia das sucessivas administrações públicas que os levaram a condições
sociais, econômicas e culturais que culminam com a alienação e dominação. Para
estas pessoas, todo o meu respeito.
Este trabalho é dedicado ainda, àqueles que simplesmente não aceitam as
coisas como elas são e dedicam suas vidas na tentativa de mudá-las. Desta forma,
encontram respostas e acumulam conhecimentos, os quais inclusive, serviram como
fontes de pesquisas tornando possível a realização deste trabalho.
4
AGRADECIMENTOS
Para minha esposa Andréia e nossas filhas Andresa, Alessandra e Alecssa,
pelos muitos momentos difíceis em que a pressão dos compromissos da graduação
as atingiram tanto quanto a mim mesmo. A vocês que são o maior sonho que vi
realizado, obrigado por existirem na minha vida. Eu as amo muito.
Para José Antonio, meu pai e herói da minha infância, com quem aprendi a
enxergar a vida com firmeza e coragem, exigindo sempre o máximo de mim mesmo
e jamais desistir de lutar por aquilo que acredito.
Para os meus familiares que sempre acreditaram e souberam colocar a palavra
certa para incentivar e apoiar.
Para os professores do curso de Química do Centro Universitário La Salle-
Unilasalle, pessoas com as quais tive o privilégio de conviver e pelas quais tenho
grande respeito e admiração.
Para todos os meus colegas da graduação, com os quais as dificuldades,
alegrias e vitórias foram sempre divididas, nos tornando não somente colegas, mas
também grandes amigos.
A todos (as) vocês, meus sinceros agradecimentos e os maiores desejos de
muito sucesso.
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EM ESPECIAL
Para o Prof. Dr. Fernando Guaragna Martins, meu orientador neste trabalho,
pela maneira atenciosa e dedicada com que sempre me atendeu. Pela flexibilidade e
compreensão que teve em relação à entrega do trabalho, percebendo meu estado
de desgaste. Para mim, foi uma honra quando aceitou a orientação deste trabalho.
Para a Profª. Dra. Claudia do Nascimento Wirvalski, pela liberdade de interação
que permite em suas aulas e pela amizade que sempre tivemos. Espero um dia
atingir o nível de domínio e tranquilidade que lhes são característicos, durante o
desenvolvimento de suas aulas.
Para o Prof. José Ernani Costa Ferreira, diretor do Instituto Estadual de
Educação Dr. Carlos Chagas, um amigo do qual tive a sorte de ser primo. Pelas
boas lembranças da nossa amizade e pelos muitos incentivos, os quais inclusive,
foram determinantes na realização de mais esta conquista tão importante para mim.
Quem sabe ainda sejamos colegas como professores, participando na
formação das mentes pensantes que farão a diferença para o Brasil.
Para o Prof. Luis Elias, excelente professor que tive no ensino médio e que, é o
responsável por eu ter escolhido a Química não só como profissão, mas também
como minha maneira de enxergar e compreender o mundo.
A estes grandes mestres, muito obrigado.
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EPÍGRAFE
“O que verdadeiramente nos pertence são as nossas idéias, sentimentos e
ações, já que todo resto é tão somente um empréstimo temporário, que a natureza
do planeta nos permite”
Antonio Carlos Maciel
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“Em memória de minha mãe Eni C. Maciel,uma mulher cuja breve vida foi a própriadescrição do que significa coragem”
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RESUMO
O presente trabalho descreve uma trajetória para o elemento químico carbono,desde sua presença nas atmosferas iniciais do planeta Terra, até chegar acomposição dos tecidos do ser humano. Estando na composição do petróleo esendo liberado na atmosfera através da combustão, já na era moderna, o carbono éabsorvido na fotossíntese e fixado na biomassa vegetal. As plantas alimentam ogado bovino que, ao ter sua carne consumida, transfere o carbono para o organismohumano. Nas vias metabólicas do organismo do homem, o carbono finalmente éfixado como constituinte das gorduras nas reservas energéticas do corpo, finalizandouma jornada de 4,5 bilhões de anos e iniciando sua participação nos ciclos naturaisdeste elemento.Palavras-chave: Carbono. Petróleo. Atmosfera. Fotossíntese. Celulose. Metabólica.
ABSTRACT
The present work describes the trajectory for the chemical element carbon, from thebeginning of the Earth, until the human organism. By the combustion of oil isreleased in the atmosphere, and than is absorbed and fixed on the vegetablebiomass by photosynthesis. The plants feed the bovine cattle and when its meet iseat by humans, the carbon is transferred to the human organism. In the metabolicways of the human organism, the carbon finally is fixed as constituent in the fats ofthe energetic reserves of the body. This is the finish of the journey of 4,5 billion yearsof this element.Key words: Carbon. Oil. Atmosphere. Photosynthesis. Cellulose. Metabolic.
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LISTA DE TABELAS E FIGURAS
Tabela 1 – Abundância relativa dos elementos químicos……………………………...18
Figura 1 – Esquema de destilação do petróleo………………………………………...21
Figura 2 – Ciclos do carbono..……………………………………………………………30
Figura 3 – Concentração de CO2 X Temperatura……………………………………...33
Figura 4 – Efeito estufa……………………………………………………………………35
Figura 5 – Fotossíntese…………………………………………………………………...45
Figura 6 – Glicose………………………………………………………………………....47
Figura 7 – Celulose………………………………………………………………………..47
Figura 8 – Cloroplasto……………………………………………………………………. 49
Figura 9 – Clorofila………………………………………………………………………...50
Figura 10 – ATP (Adenosina Trifosfato)………………………………………………… 51
Figura 11 – Metabolismo bovino………………………………………………………….58
Figura 12 – Ilustração das estruturas de uma proteína.………………………………..66
Figura 13 – Ilustração do triacilglicerol…………………………………………………...68
Figura 14 – Ilustração de uma mitocôndria……………………………………………...74
Figura 15 – A ação das lipases………………………..................................................80
Figura 16 – Ilustração da ação da lipase no adipócito………………………………… 81
Figura 17 – Ilustração da digestão e absorção de lipídios……………………………..84
Figura 18 – Ilustração de uma micela…………………………………………………… 86
Figura 19 – Conversão do glicerol………………………………………………………..87
Figura 20 – Ilustração da coenzima A……………………………................................ 88
Figura 21 – Biossíntese do triacilglicerol no adipócito………………………………….89
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO……………………………………………………………………..……11
2 A ATMOSFERA NO INÍCIO DOS TEMPOS…………………………………………13
3 A ORIGEM DOS PRIMEIROS ORGANISMOS……………………………....…….. 15
4 O PETRÓLEO………………………………………………………………...…………19
4.1 Geologia do petróleo……………………………………………………………….. 21
4.2 A formação do petróleo…………………………………………………................ 22
5 COMBUSTÃO DO PETRÓLEO E FORMAÇÃO DE CO2…….......................……26
6 O AUMENTO DE CARBONO NO AR…………………………………………..…… 29
6.1 O efeito estufa e os gases causadores………………………………………….. 32
7 A FOTOSSÍNTESE……………………………………………………………….……. 43
8 A CELULOSE COMO ALIMENTO DE BOVINOS.................……………….……..54
9 A CARNE BOVINA COMO ALIMENTO HUMANO……………….....................… 62
9.1 As proteínas………………………………………………………………………….. 65
9.2 Os lipídios……………………………………………………………........................66
9.3 Os glicídios…………………………………………………………………….….…..69
9.4 O ferro como mineral…………………………………………………………...…...69
9.5 As vitaminas…………………………………………………………………………..70
10 AS VIAS METABÓLICAS……………………………………………………........... 72
11 O METABOLISMO DE LIPÍDIOS……………………………………………..….… 75
11.1 A digestão e absorção dos lipídios………....………………………………..... 77
11.2 A fixação do carbono no tecido adiposo...................................................... 86
12 CONCLUSÕES................................................................................................... 92
REFERÊNCIAS......................................................................................................... 95
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1 INTRODUÇÃO
O desenvolvimento deste trabalho irá apresentar a descrição de uma trajetória
do elemento químico carbono, desde sua presença nas atmosferas primordiais até a
fixação nas moléculas dos lipídios que formam as reservas energéticas do
organismo humano. Começando pela apresentação das teorias científicas mais
aceitas no mundo em relação à composição dos gases que constituíam a atmosfera,
quando o planeta Terra estava ainda em processo inicial de formação.
Estes gases sofreram muitas alterações em suas moléculas originando
compostos de base de carbono, que por ação dos ventos acabaram se dissolvendo
nas águas dos oceanos, onde mais tarde com o surgimento dos primeiros
microorganismos, a vida se desenvolveu em torno do carbono.
A evolução destes seres primitivos durante muitos milhões de anos, originou
muitas outras formas de vida, que de acordo com a teoria Biogênica, serviram de
substratos para a formação do petróleo.
Já na era moderna, com a civilização humana utilizando o petróleo como fonte
de energia através da combustão, o carbono que antes constituía os gases da
atmosfera inicial, passando por transformações que originaram a vida, até chegar ao
petróleo, é liberado novamente como gás carbônico, na atmosfera de onde será
absorvido pelas plantas e fixado na biomassa pela fotossíntese. Ainda com relação
ao gás carbônico, este trabalho irá descrever os mecanismos que tornam este
composto o grande destaque da mídia quando o assunto é o efeito estufa e o
aquecimento global.
Uma vez fixado na biomassa vegetal na forma de carboidratos, em especial a
celulose, o carbono será transferido para o organismo de um bovino que se alimenta
de pasto. O bovino posteriormente terá sua carne consumida pelo homem, sendo o
carbono transferido para este novo organismo onde irá participar dos processos
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metabólicos, como constituinte dos ácidos graxos que serão estocados na forma de
triacilgliceróis no tecido adiposo humano, principal reserva energética do organismo.
Existem muitas possibilidades de trajetórias do carbono desde o inicio dos
tempos até a fixação no organismo humano. Entretanto para descrever todas elas,
seria necessário um tempo fantasticamente grande para a realização de um trabalho
como este. Por isso, o tema foi delimitado de forma a torná-lo o mais objetivo
possível.
Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de provar com base em teorias e
fatos cientificamente aceitos, que o elemento químico carbono que constitui as
moléculas que formam as células do organismo, não só do homem, mas de todos os
outros seres vivos, é o mesmo que há 4,5 bilhões de anos já participava da
composição do planeta.
Apesar de não conter nenhum fato científico inédito, este trabalho se justifica
pela forma com a qual os assuntos pesquisados são interligados durante o
desenvolvimento. Assuntos estes, que são conhecidos e comumente fazem parte do
cotidiano das pessoas. Entretanto, afirmar que partículas que se alternam de um
composto para outro sendo inclusive transferidas entre organismos de seres
completamente diferentes, inclusive muitos já extintos, e que já existem a todo este
tempo, pode parecer muito estranho para a grande maioria das pessoas, mesmo as
mais esclarecidas.
Este trabalho foi desenvolvido obtendo-se dados por meio de pesquisas em
livros científicos especializados e também no meio eletrônico, comparando-se as
informações coletadas e descrevendo os fatos que ao final comprovam a questão
proposta.
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2 A ATMOSFERA NO INÍCIO DOS TEMPOS
Admite-se que o planeta Terra formou-se há cerca de 4,5 bilhões de anos a
partir de uma grande quantidade de poeira cósmica e que a formação da atmosfera
passou por três estágios principais.
A primeira atmosfera, era constituída principalmente de hélio e hidrogênio e foi
dissipada devido às altas temperaturas provenientes do sol e da crosta terrestre, que
ainda era formada de rocha líquida.
A segunda atmosfera deve ter se formado há 3,5 bilhões de anos atrás, quando
a superfície da terra já havia esfriado suficientemente, formando uma crosta
endurecida. Neste período houve a formação de inúmeros vulcões que liberavam
para o meio externo da terra, dióxido de carbono, vapor de água, dióxido de enxofre
amônia e metano.
Esta atmosfera era muito pobre em oxigênio livre e apresentava densidade 100
vezes maior do que a atmosfera atual. O efeito estufa causado pelos altíssimos
níveis de dióxido de carbono, tão discutido atualmente, deve ter sido o responsável
pelo não congelamento do planeta.
Nos milhões de anos que se seguiram, com a continuidade do resfriamento
houve a condensação do vapor de água formando imensas quantidades de chuva,
dando origem aos oceanos.
À medida que foram sendo formados os oceanos, o dióxido de carbono
começou a se dissolver em suas águas (A Evolução da Atmosfera da Terra). O
oxigênio e o nitrogênio teriam sido liberados muito tempo depois, a partir da
decomposição dos compostos presentes naquela mistura gasosa.
Esta atmosfera foi sendo gradativamente transformada ao longo de
aproximadamente 500 milhões de anos, quando apareceram no planeta as primeiras
formas de vida.
14
A terceira atmosfera surge com o aparecimento de uma camada de ozônio,
protegendo melhor da radiação ultravioleta as formas de vida que já existiam no
planeta.
Com o crescimento da população vegetal fotossintética, os níveis de oxigênio
aumentaram de modo bastante significativo, enquanto a concentração de dióxido de
carbono decaiu drasticamente, devido ao sequestro e fixação do carbono nas
estruturas das plantas. A terceira atmosfera agia como reguladora da temperatura e
da umidade da superfície da terra (A Evolução da Atmosfera da Terra).
A análise espectroscópica da luz solar e da luz de outros astros, bem como a
análise química dos meteoritos encontrados na Terra, tornaram possível calcular a
abundância relativa dos elementos químicos presentes no sistema solar.
Estes cálculos mostram que os seis elementos químicos essenciais à vida:
hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre e carbono, estão entre os mais
abundantes do sistema solar.
A teoria mais aceita, sugere que todos os planetas do sistema solar formaram-
se praticamente ao mesmo tempo a partir da compactação de grandes quantidades
de poeira cósmica de composição relativamente uniforme. Isto leva a crer que estes
elementos devem ter existido em abundância desde o início do processo de
formação da Terra.
A análise espectroscópica da atmosfera de outros planetas onde a vida não se
desenvolveu e cuja atração gravitacional possibilita a retenção de elementos
gasosos muito leves, é considerada uma evidência a mais da presença dos
elementos essenciais à vida durante a formação da Terra (McALESTER, A. Lee.).
As atmosferas de Urano e Netuno são formadas por hidrogênio, hélio e
metano. Júpiter e Saturno, além destes três gases, contêm ainda quantidade
considerável de amônia na composição de suas atmosferas.
Tais descobertas reforçam o pensamento de que a atmosfera terrestre primitiva
era composta de hidrogênio, amônia, hélio, dióxido e monóxido de carbono, vapor
de água e metano (McALESTER, A. Lee.).
O metano é o hidrocarboneto mais simples e existia em grande quantidade
entre os gases que formavam a atmosfera primitiva do nosso planeta. Este gás
ainda hoje é encontrado na atmosfera da terra, porém em concentrações muito
pequenas e não relevantes (SOLOMOS, T. W. Graham.; FRYHLE, Craig B.).
15
3 A ORIGEM DOS PRIMEIROS ORGANISMOS
Estíma-se que a vida apareceu na Terra há aproximadamente três bilhões de
anos atrás. Neste período o planeta reunia as condições necessárias para o
surgimento de organismos vivos. A temperatura que esteve muito alta durante um
longo período de tempo após a formação do planeta, agora era estável, nem muito
frio e nem muito quente.
A energia solar era abundante, e os seis elementos que participam da
composição básica de todos os seres vivos: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio,
carbono, enxofre e fósforo, estavam à disposição no ambiente.
Os quatro primeiros, aliás, perfazem 98% de todos os tecidos vivos que se
conhece. A Terra ainda, tinha massa suficiente para reter a atmosfera propícia que
se formou e passou por várias alterações durante os primeiros 1,5 bilhão de anos.
Há muito tempo que a ciência se preocupa com a questão de como a vida teria
se iniciado no planeta Terra e se há vida, ainda que muito primitiva, em outro lugar
qualquer do universo.
Há alguns anos, a possibilidade de se encontrar moléculas orgânicas em
meteoritos de Marte, causou uma grande excitação na comunidade cientifica
mundial e aumentou a expectativa de que de fato, poderia existir alguma forma de
vida fora do planeta Terra.
Questões como estas motivam a curiosidade humana, já que as moléculas
orgânicas encontradas em alguns meteoritos incluem aminoácidos, dos quais são
formadas as proteínas, que são a base fundamental dos tecidos vivos.
A análise de alguns destes meteoritos, revelou que continham em média cerca
de 7% em massa de matéria orgânica.
Uma das possibilidades para o início da vida no nosso planeta, é que as
primeiras moléculas orgânicas chegaram à terra, trazidas por meteoritos vindos de
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outros lugares do espaço, e aqui encontraram condições adequadas para um
processo lento e gradual de complexação.
Outra teoria sugere que a vida começou no fundo dos oceanos, onde jatos de
água aquecida saídos de fendas no solo oceânico forneceram a energia necessária
para as reações químicas entre moléculas mais simples que produziram as
moléculas mais complexas de base de carbono (McALESTER, A. Lee.).
Existe ainda uma outra teoria que é melhor aceita entre os cientistas. Esta
teoria diz que os compostos de carbono necessários ao surgimento da vida foram
criados quando a Terra tinha um bilhão e meio de anos (Teoria de Oparim).
A atmosfera como já foi visto, era composta por vapor de água, monóxido e
dióxido de carbono, amônia, hidrogênio e metano.
Em 1923, o químico russo Alexandre Oparim, sugeriu que as primeiras
moléculas orgânicas, precursoras da vida se formaram em um ambiente com pouco
ou mesmo sem nenhum oxigênio.
Durante as tempestades, os raios forneciam a energia necessária para que as
moléculas presentes na atmosfera primitiva, reagissem entre si produzindo
compostos de base de carbono que depois de um longo processo de complexação
deram origem às moléculas orgânicas que tornaram a vida possível.
Segundo Oparim, alguns gases foram se decompondo e originando o oxigênio
e o nitrogênio, ocorrendo paralelamente às muitas reações químicas mais
complexas de formação dos compostos orgânicos (Teoria de Oparim).
A partir de 1954, o professor Stanley L. Miller, em seu laboratório na
universidade de Chicago, realizou algumas experiências para testar as hipóteses de
Alexandre Oparim. Miller confinou em um recipiente, metano, amônia, água e
hidrogênio, com a finalidade de simular uma atmosfera semelhante àquela sugerida
pelo químico russo, para o planeta de três bilhões de anos atrás (McALESTER, A.
Lee.).
Stanley Miller provocou uma centelha na mistura dos compostos de sua
experiência, a fim de simular as descargas elétricas que os raios provocavam na
atmosfera da Terra primitiva. O resultado da experiência foi muito interessante.
Alguns dias depois, a água no balão tornou-se turva e com coloração
avermelhada. A análise da água revelou que esta continha uma mistura complexa
de compostos de carbono. Além de outras moléculas orgânicas, também se
formaram aminoácidos. Estes compostos quando ligados adequadamente entre si,
17
formam as proteínas, componentes importantíssimos da matéria viva (McALESTER,
A. Lee.).
Na Terra primitiva, os compostos orgânicos simples que se formaram durante
um gigantesco período de tempo na atmosfera pelo processo anteriormente descrito,
dissolveram-se nas águas dos oceanos. Gradativamente, os oceanos foram se
enriquecendo de uma enorme variedade de matéria orgânica. Não se sabe ao certo
como estas primeiras moléculas de base de carbono acabaram por evoluir, até
formar organismos vivos e com capacidade de se reproduzir. Neste processo
evolutivo, a água, a energia solar e alguns outros elementos químicos tiveram
grande importância, porém, é facilmente reconhecível que o carbono teve sempre
um papel de destaque muito maior (Teoria de Oparim).
O carbono é o elemento essencial, pois em torno dele se desenvolveu a
química da vida. Nenhum dos outros elementos químicos conhecidos pelo homem, é
capaz de formar uma variedade tão grande de compostos. Cientistas ligados à área
da biologia, estimam que exista na Terra, cerca de um milhão e duzentas mil
espécies de seres vivos. Isto significa que há um número igual em tipos diferentes
de proteínas participando dos processos vitais. O carbono sendo o principal
componente das moléculas orgânicas é o responsável por esta incrível e admirável
variedade. Os seis principais elementos para a composição dos organismos vivos,
estão entre os mais abundantes no sistema solar.
Na tabela a seguir (tabela 1) estão listados os vinte elementos químicos mais
abundantes no sistema solar e seus valores relativos à quantidade de Silício em
massa.
Os seis elementos principais dos organismos são os assinalados com o
asterisco, e como é possível observar, os quatro elementos químicos necessários à
composição de aminoácidos, ou seja, hidrogênio, oxigênio, carbono e nitrogênio,
estão entre os cinco mais abundantes no sistema solar.
De acordo com as teorias científicas, o elemento químico carbono ocorre desde
a formação do planeta principalmente sob a forma de CO2 e metano.
Participando de reações químicas que deram origem a compostos orgânicos de
maior complexidade, este elemento foi de particular importância para o surgimento
da vida na Terra.
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Tabela 1 – Abundância relativa dos elementos químicos
Fonte: McALESTER, A. Lee.
ORDEM ELEMENTO SÍMBOLOABUNDÂNCIA
RELATIVA
1 Hidrogênio H * 2.500.000
2 Hélio He 380.000
3 Oxigênio O * 2.500
4 Carbono C * 930
5 Nitrogênio N * 240
6 Silício Si 100
7 Magnésio Mg 91
8 Neônio Ne 80
9 Enxofre S * 38
10 Argônio Ar 15
11 Alumínio Al 9
12 Ferro Fe 8
13 Cálcio Ca 5
14 Sódio Na 4
15 Níquel Ni 3
16 Fósforo P * 1
17 Cromo Cr 0,8
18 Manganês Mn 0,7
19 Potássio K 0,3
20 Cloro Cl 0,25
19
4 O PETRÓLEO
O petróleo, do latim petroleum, (petrus, pedra e oleum, óleo), é uma mistura
bastante complexa de hidrocarbonetos em que predominam os alcanos, compostos
de cadeias parafínicas abertas, muito longas, formadas exclusivamente por carbono
e hidrogênio, além de pequenas quantidades de nitrogênio, oxigênio, compostos de
enxofre e metais, principalmente níquel e vanádio (POPP, José Henrique.)
Além de alcanos, são também encontrados alcenos e aromáticos em
concentrações bastante variáveis. É menos denso do que a água, e apresenta
coloração que pode variar do âmbar ao negro.
Apresenta-se com viscosidade que varia do fluido ao semi-sólido, de
consistência muito parecida à das graxas. Em geral é extraído do subsolo, onde
pode ser encontrado em diferentes profundidades (POPP, José Henrique.).
Entretanto existem relatos de locais onde o petróleo foi encontrado aflorando
na superfície. O petróleo é um recurso natural abundante, ainda que não renovável
segundo a teoria biogênica e sua pesquisa envolve elevados custos e complexidade
de estudos. Atualmente é a principal fonte de compostos orgânicos utilizados como
combustíveis e matérias primas para a petroquímica e a cadeia produtiva industrial,
inclusive de alguns medicamentos.
Já foi o motivo de muitas guerras e é a principal fonte de renda de muitos
países, sobretudo no Oriente Médio.
Existem algumas variedades de petróleo no mundo todo, em função das
concentrações dos compostos orgânicos presentes na mistura. Os alcanos são a
principal fração hidrocarbônica predominando os compostos de cadeia linear.
Os hidrocarbonetos presentes no petróleo, vão desde o metano com apenas
um carbono, até compostos com moléculas contendo mais de trinta carbonos
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(Petróleo. A Origem do Petróleo.).
Compostos ciclo-alifáticos e aromáticos são também encontrados em
quantidades muito variáveis e a mistura toda, pode ser separada por destilação em
função das diferentes temperaturas de ebulição, características dos compostos.
As temperaturas de ebulição estão diretamente relacionadas ao número médio
de átomos de carbono por molécula, presentes na fração destilada. Desta forma,
quanto maior for a temperatura necessária para a ebulição de cada fração, maior é o
número médio de átomos de carbono por molécula.
Usualmente, estas frações são conhecidas pelo símbolo do carbono “C” mais
um número que indica quantos átomos de carbono estão presentes nas moléculas
da fração. Assim, do C1 ao C4, ou seja, do metano aos butanos, tem-se os gases
natural e o gás liquefeito de petróleo (GLP). O primeiro usado como combustível
para diversos fins, principalmente automotivo, e o segundo como gás de cozinha
entre outras aplicações. Ainda o C2, C3 e C4 insaturados, são utilizados como
matérias primas para a indústria petroquímica.
Do C5 ao C7 o éter de petróleo e a ligroína (nafta leve), do C6 ao C12 a gasolina,
do C9 ao C15 o querosene. Os óleos combustíveis são obtidos por combinações de
frações do C14 ao C18.
Acima do C18 os óleos lubrificantes, graxas e asfalto, sendo que este último é
considerado um resíduo (ALLINGER, Norman L. et al.).
Nas refinarias (figura 1) o petróleo é submetido ao processo de destilação
fracionada obtendo-se assim, os seguintes componentes:
• De 20 a 60 °C, éter de petróleo;
• De 60 a 90 °C, benzina;
• De 90 a 120 °C, nafta;
• De 40 a 200 °C, gasolina;
• De 150 a 300 °C, querosene;
• De 250 a 350 °C, gasóleo;
• De 300 a 400 °C, óleos lubrificantes;
• Resíduos: asfalto e coque;
• Subprodutos: parafina e vaselina.
Além das frações citadas, à temperatura ambiente é obtido também o gás
natural contendo principalmente metano e etano. Propano e butano são separados e
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comercializados como GLP.
Figura 1 – Esquema de destilação do petróleoFonte: www.santateresa.g12.br/quimica/quimicag/imagemmistura/craqueamento.jpg
4.1 Geologia do petróleo
O petróleo está relacionado com as estruturas que comunicam a crosta e o
manto terrestre, principalmente entre placas tectônicas. Muitos geólogos acreditam
que a formação do petróleo possa ter sido a partir de detritos orgânicos procedentes
da superfície da terra.
Apesar de muito aceita, esta não é a única teoria sobre a sua formação. Os
progressos em estudos de astronomia, astrofísica, oceanologia, biologia e
termodinâmica entre outros, possibilitam a suposição de uma origem abiogênica
para o petróleo, que formado sem a participação de restos orgânicos, posteriormente
foi contaminado por bactérias para as quais, o petróleo serve de nutriente.
Estas bactérias induzem a um paradoxo para a maioria dos geólogos e outros
pesquisadores sobre a real origem deste mineral.
O petróleo e o gás natural podem ser encontrados tanto em terra quanto no
mar nas bacias sedimentares, onde se encontram os meios mais porosos das
rochas que armazenam os hidrocarbonetos.
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Para a extração, são realizados estudos a respeito das potencialidades das
estruturas acumuladoras, principalmente através de testes sísmicos que são o
principal método geofísico para a pesquisa dos hidrocarbonetos.
Durante a perfuração de um poço, as rochas que vão sendo atravessadas
pelas brocas, são descritas analisando-se a existência ou não de vestígios da
presença de hidrocarbonetos.
Concluída a perfuração, é feita a perfilagem, ou seja, são investigadas as
propriedades radioativas, elétricas, magnéticas e elásticas das rochas das paredes
do poço através do uso de ferramentas especiais (POPP, José Henrique.).
4.2 Formação do petróleo
De um modo geral existem duas teorias a respeito da origem e da formação
dos hidrocarbonetos naturais. A teoria biogênica e a teoria abiogênica.
Essas duas teorias foram bastante discutidas a partir do ano de 1860 e a
postulação de que o petróleo seria formado por restos orgânicos transformados pela
ação geológica, foi originalmente proposta pelo cientista russo Mikhail Lomonossov,
em 1757.
A teoria biogênica é ortodoxa e considera a origem do petróleo a partir de
restos soterrados da vida vegetal e animal, a centenas de metros abaixo da
superfície da terra.
Através de um processo chamado catagênese, a ação da pressão e da
temperatura, aliada a ação de bactérias durante um intervalo de tempo em escala
geológica, converteu o querogênio em hidrocarbonetos líquidos e gasosos. De
acordo com esta teoria, o petróleo é um combustível fóssil e não renovável
(Petróleo. A Origem do Petróleo.).
A matéria orgânica proveniente da fauna e flora, teria se depositado juntamente
com areia e lama, no fundo das baías e de outros locais onde a circulação da água
era dificultada pela geografia local.
Sem a circulação da água para lavar e dispersar a matéria orgânica, esta foi
sendo sucessivamente coberta por camadas de outros sedimentos que acabaram
por formar uma grande espessura.
Da massa orgânica total depositada, somente cerca de 2 a 5% realmente foi
convertida em óleo na rocha geradora. Depois, uma parcela estimada entre 1 a 8%
23
do óleo produzido, migra para rochas porosas, geralmente arenito ou calcário, que
são denominadas rochas armazenadoras.
Nestas rochas o óleo fica impregnado entre os grãos e do total de óleo
armazenado, somente cerca de 40% pode ser extraído como petróleo. Estudos
concluíram que a temperatura ideal para a formação do petróleo por meio biótico é
compreendida entre 60° C e 140° C. As temperaturas inferiores significam zonas
imaturas, e no caso de haver um início de formação de óleo, por não haver a energia
necessária à complexação das moléculas, formará apenas metano.
Da mesma forma, temperaturas muito elevadas podem causar o craqueamento
das moléculas superiores, resultando novamente apenas a formação de metano
(POPP, José Henrique.).
Apesar de muitos estudos apontarem para uma origem orgânica do petróleo,
atualmente a teoria biogênica pode ser considerada ultrapassada, muito embora
seja ainda a que tem maior influência sobre a comunidade científica.
Isto se deve a uma série de fatores como o desconhecimento dos processos de
formação de todo o sistema solar, as lacunas no entendimento dos processos
geológicos profundos relacionados com o manto da terra e a falta de conhecimento
preciso sobre as bactérias primitivas da biosfera profunda.
Há ainda outro fator que parece ser o mais importante. Trata-se das
descobertas científicas nos campos da astronomia e da astrofísica que revelaram a
existência de hidrocarbonetos em outros corpos do sistema solar, nos quais não
existe condição de temperatura favorável à vida e, portanto estes hidrocarbonetos
não poderiam ter uma origem biogênica (Petróleo. A Origem do Petróleo.).
A teoria abiogênica também conhecida por endógena, juvenil ou mineral, entre
outros, sustenta que durante o processo de formação do planeta, formaram-se
também depósitos profundos de hidrocarbonetos que ficaram aprisionados, dando
posteriormente origem ao petróleo. Esta hipótese foi formulada no século XIX pelo
químico francês Marcellin Berthelot e pelo químico russo Dmitri Mendeleev, para
explicar a origem do petróleo.
Revivida após 1950, a teoria mineral foi retomada com maior ênfase
principalmente por cientistas russos e ucranianos. A teoria abiogênica contradiz a
idéia tradicional de que o petróleo é um combustível originado a partir de restos de
organismos muito antigos, existindo em quantidades fixas e finitas.
24
De acordo com esta teoria, os hidrocarbonetos são abundantes no planeta e a
centenas de quilômetros de profundidade, suas moléculas, especialmente o metano,
muito comum no interior da terra, migram do manto para a crosta encontrando
condições de temperatura e pressão que favorecem a complexação.
Gases como o nitrogênio e o hélio, podem igualmente migrar para a crosta, e
desta forma auxiliar no transporte dos hidrocarbonetos (Petróleo. A Origem do
Petróleo.).
Em 1951, o geólogo russo Nikolai Alexandrovitch Kudryavtsev propôs a
moderna teoria do petróleo abiótico depois de analisar a geologia dos arenitos
betuminosos de Athabasca em Alberta, no Canadá.
Nikolai concluiu que nenhuma rocha geradora seria capaz de formar um
volume tão grande de hidrocarbonetos presentes naquelas areias betuminosas, que
mais tarde foi estimado em cerca de 1,7 trilhões de barris. Para Nikolai, a explicação
mais aceitável foi que o petróleo tem origem não orgânica e provém das profundezas
do interior da terra.
Nikolai Kudryavtsev trabalhou com cientistas brilhantes como Vladimir B.
Porfir'ev, Emmanuil B. Chekaliuk, Vladilen A. Krayushkin, Georgi E. Boyko, Georgi I.
Voitov, Grygori N. Dolenko, Iona V. Greenberg, Nikolai S. Beskrovny e Victor F.
Linetsky e outros igualmente importantes.
A teoria Russo-Ucraniana apoiada na termodinâmica foi iniciada na Ucrânia
pelo professor e cientista Emmanuil Chekaliuk em 1967. Os estudos do professor
Chekaliuk indicaram que o petróleo se originou no manto terrestre a altas
temperaturas e pressões e sem o carbono proveniente de plantas ou animais.
A teoria do professor Chekaluik tem suporte em vários estudos experimentais
realizados em laboratório, conduzidos nos Estados Unidos pelo Dr. J.F. Kenney.
O astrofísico Thomas Gold afirma que o petróleo é uma substância formada no
início dos tempos a grandes profundidades no interior não só da terra, mas também
de outros planetas, principalmente a partir do metano.
As moléculas de metano migrando, algumas vezes com hélio e/ou nitrogênio,
atingem as camadas mais rasas da crosta. Nestas camadas, os hidrocarbonetos
formados são atacados por bactérias que contaminam biologicamente o petróleo.
Isto justificaria as “marcas” biológicas deixadas no petróleo, sem que este
tenha sido necessariamente originado a partir de organismos mortos conforme
afirma a teoria biogênica.
25
O carvão mineral, de acordo com Thomas Gold, é o estágio final da perda de
hidrogênio durante a migração dos hidrocarbonetos do manto para a crosta.
Gold afirma que os reservatórios de petróleo e gás natural podem ser
recuperados naturalmente, se houver novo processo de migração de
hidrocarbonetos e sugere que muitos terremotos estão relacionados com volumes
gigantescos de gases como metano primordial em migração para a crosta (Petróleo.
A Origem do Petróleo.).
Uma das predições da teoria abiogênica é que outros corpos do sistema solar
apresentam grandes depósitos de metano e etano. Esses compostos estariam
presentes na formação dos planetas ou seriam produtos de reações químicas
ocorridas no decorrer do tempo.
A existência de hidrocarbonetos no sistema solar foi comprovada pelos
resultados da sonda espacial Cassini-Huygens. Porém, antes desse advento,
estudos astrofísicos de espectroscopia e análises de meteoritos já forneciam indícios
para astrônomos e astrofísicos, da ocorrência e abundância de hidrocarbonetos
extraterrestres.
A Associação Americana de Geólogos do Petróleo (AAPG) tem realizado
conferências sobre a origem biogênica/abiogênica e a implicação na exploração e
produção deste recurso.
Muito mais ainda há para ser pesquisado e descrito, a partir da vasta e rica
literatura disponível a respeito das teorias de formação, geologia, refino, utilização e
tantos outros aspectos de suma importância relacionados ao petróleo.
Porém, não é este o objetivo principal deste trabalho, mas sim evidenciar que
independentemente da origem desta riqueza natural, o carbono presente no petróleo
encontra-se participando das reações ocorridas e dos ciclos naturais desde o início
da formação do planeta terra.
26
5 COMBUSTÃO DO PETRÓLEO E FORMAÇÃO DE CO2
Desde que o homem descobriu o fogo, como consegui-lo e como utilizá-lo, que
o modo de vida do ser humano passou a ser extremamente dependente da
combustão.
Usado como arma, como fonte de luz e de calor para o aquecimento das
cavernas onde habitava ou mesmo para cozinhar os alimentos, o fogo era obtido
usando-se a madeira como combustível.
Tanto a madeira que contém um polímero natural chamado celulose, como o
petróleo formado de hidrocarbonetos, além de uma quantidade realmente enorme de
substâncias que contém carbono, quando submetidos à combustão em presença de
oxigênio em excesso, produzem principalmente CO2 e vapor de água, além de boa
quantidade de energia por unidade de massa queimada.
Bem mais tarde, o homem passou também a usar como combustível para gerar
energia, os óleos extraídos da gordura de alguns animais como baleias e outros que
eram caçados principalmente para este fim.
Uma vez que estes óleos são formados por cadeias carbônicas muito longas, a
queima também produzia muito CO2.
Na era moderna com a descoberta e utilização dos chamados combustíveis
fósseis, uma enorme quantidade de dióxido de carbono produzido pela combustão
de petróleo, carvão e gás natural, passou a ser jogada na atmosfera.
Desta forma, o carbono que desde o início do processo de formação do planeta
participava das reações químicas que ocorriam devido às condições daquele
ambiente, passando depois por um gigantesco espaço de tempo preso a quilômetros
de profundidade como constituinte principal dos compostos orgânicos presentes no
petróleo, agora é novamente liberado na atmosfera da terra sob a forma de CO2.
27
Com o advento da máquina a vapor e da revolução industrial, o consumo de
combustíveis fósseis teve um aumento fantástico.
Estíma-se que o consumo destes combustíveis tenha emitido para a atmosfera,
aproximadamente 51 bilhões de toneladas de dióxido de carbono entre 1860 e 1949
(HELENE, M. Elisa Marcondes. et al).
Depois da segunda guerra mundial, a indústria automobilística e a produção
industrial de um modo geral, tiveram um crescimento bastante acelerado,
principalmente nos Estados Unidos. Este crescimento, aliado a um rápido aumento
da população mundial estimulou o consumo de derivados do petróleo e de carvão
mineral para suprir as necessidades energéticas em todo o mundo.
Nas quatro décadas que se seguiram, de 1950 a 1990, mais de 130 bilhões de
toneladas de dióxido de carbono proveniente da queima de derivados de petróleo,
carvão e gás natural foram para a atmosfera (HELENE, M. Elisa Marcondes. et al).
Os países desenvolvidos são responsáveis por cerca de 70% das emissões de
carbono na atmosfera. Os Estados Unidos, por exemplo, é um dos países com uma
das maiores frotas de veículos com motores a combustão do mundo, além de
possuir um número muito grande de indústrias e usinas termelétricas, que o tornam
o maior poluidor por gás carbônico do planeta.
A partir da segunda metade da década de 80, com o consumo de petróleo
aumentando, os Estados Unidos atingiram o percentual de 22% de toda a emissão
de dióxido de carbono do planeta, mantendo este índice até 1994 (HELENE, M.
Elisa Marcondes. et al).
Em contrapartida, nos países pobres e subdesenvolvidos, as emissões de
carbono devido à queima de combustíveis fósseis é muito menor em razão do
grande número de pessoas vivendo em estado de pobreza e até em absoluta
miséria, como é o caso de alguns países do continente Africano.
As condições sócio-econômicas dos países subdesenvolvidos, não permitem a
uma parcela significativa de suas populações, o acesso à aquisição e uso do
automóvel. Entretanto nestes países, é muito relevante a emissão de CO2 a partir
das queimadas das florestas e pastagens.
Estas queimadas muitas vezes são provocadas pelo homem com a finalidade
de “limpar” as áreas de terras, para que estas posteriormente sejam preparadas para
fins agropecuários. Outras vezes acontecem em decorrência de fenômenos naturais,
28
como longas estiagens que acabam por causar o ressecamento excessivo da
vegetação, o que facilita em muito que ocorram os incêndios.
As queimadas controladas ou não, e os incêndios florestais, constituem uma
fonte importantíssima de emissão de carbono para a atmosfera, uma vez que nestes
acontecimentos, geralmente são atingidas grandes áreas de matas e/ou campos,
havendo consumo de quantidades muito grandes de biomassa e formando
extraordinários volumes de CO2 que são liberados na atmosfera.
É um fato incontestável que nossa civilização é extremamente dependente da
combustão de petróleo e outros combustíveis incluindo a biomassa, para a geração
de energia.
Estes combustíveis são usados em usinas termelétricas, sistemas de calefação
em regiões de clima muito frio, moto geradores, como combustível automotivo,
naval, aéreo e ferroviário, além de inúmeras outras aplicações nas mais
diversificadas atividades econômicas do homem.
29
6 O AUMENTO DE CARBONO NO AR
As reservas de carbono da terra encontram-se distribuídas no solo, nos
oceanos, nos combustíveis fósseis, na biomassa e na atmosfera, sendo que um
grande número de fluxos ou ciclos naturais permite que os átomos de carbono
passem de uma reserva para outra (figura 2).
Uma dessas trocas ocorre entre os oceanos e a atmosfera, com o carbono na
forma de CO2, sendo particularmente importante para a captação de carbono do ar.
Esta troca de CO2 apesar de não ser o mais eficiente meio de retirar carbono
do ar merece algum destaque, pois a fixação deste elemento pelas florestas, que é o
mais importante processo de captação de carbono, fica cada vez mais
comprometida em função das queimadas e desmatamentos sem replantio das
árvores.
Quando as pressões parciais do CO2 presente na atmosfera e dissolvido no
mar não estão em equilíbrio, na interface do ar com a água acontece a troca dos
gases de um meio para outro, até que as pressões parciais sejam igualadas
(HELENE, M. Elisa Marcondes. et al.).
Desta forma não apenas a atmosfera é atingida pelas emissões de CO2, mas
também os oceanos, que dividem com o ar a sobre carga deste gás.
As atividades econômicas baseadas no extrativismo das florestas, aliada à
dependência humana da combustão, foram sem dúvida as grandes responsáveis
pelo aumento da concentração de gás carbônico na atmosfera.
Bolhas de ar encontradas aprisionadas em blocos de gelo na Antártida e na
Groelândia, forneceram amostras da atmosfera existente em períodos anteriores à
industrialização. As análises determinaram que se tratava de ar atmosférico anterior
ao ano de 1750, com concentração de CO2 em torno de 280 ppm (partes por
milhão).
30
Figura 2 – Ciclos do carbonoFonte: www.medicalgeology.org/wordfiler/BASES%20TEOR
Dois séculos e meio depois, em 1998, esta concentração atingiu 365 ppm, ou
seja, teve um aumento de mais de 30% (BAIRD, Colin.).
Das contribuições do homem para este aumento, a queima de combustíveis
fósseis como o petróleo, é apontada como sendo a ação mais efetiva para que a
concentração do CO2 na atmosfera pudesse ter atingido os níveis atuais.
Se for pensado o planeta como era há mil anos atrás, sem automóveis e
indústrias, com uma população muitas vezes menor do que a atual que já ultrapassa
os seis bilhões de pessoas necessitando de muita energia, inclusive pela combustão
e, emitindo muito CO2 através da respiração, facilmente imagina-se uma natureza
praticamente inalterada pela ação humana.
Neste cenário, as quantidades produzidas e liberadas de CO2 na atmosfera,
podem ser consideradas quase que totalmente geradas a partir dos processos
naturais como a respiração e a decomposição da biomassa.
Por meio dos ciclos naturais do carbono que envolvem o processo da
fotossíntese, o CO2 era absorvido e o carbono fixado na biomassa vegetal, sendo
retirado do ar.
Estabelecia-se assim, um equilíbrio entre a quantidade produzida e a
absorvida. Este equilíbrio entre emissão e absorção, mantinha a concentração de
CO2 relativamente constante na atmosfera.
31
Com a descoberta e utilização dos combustíveis fósseis, o ambiente passou a
receber uma carga excessiva de gás carbônico, dando início a uma alteração
bastante significativa com relação à concentração deste gás na atmosfera.
Ocorre que todo o carbono que até então se manteve estocado em depósitos
de petróleo, carvão mineral e gás natural, obviamente não participando dos ciclos de
emissão e absorção, agora é despejado no ar principalmente na forma de CO2.
Apesar de não ser o assunto alvo deste trabalho, a produção de cimento
merece particular atenção, pois se trata de um material importantíssimo e de
extrema necessidade para o homem. É só pensar nas dimensões das cidades que
hoje existem e no número de construções em andamento constantemente.
Em uma etapa do processo de fabricação do cimento são liberadas grandes
quantidades de CO2 para a atmosfera, através da reação de obtenção do óxido de
cálcio pelo aquecimento do carbonato de cálcio, onde há desprendimento do gás
carbônico, e ainda pela queima do combustível usado para gerar a energia
necessária a este aquecimento.
O desenvolvimento e o aumento da população humana mundial tornaram o
desmatamento e a degradação do ambiente natural de ciclagem de carbono de um
modo geral, uma necessidade urgente para a construção de moradias, cidades,
estradas, pastagens e campos para a agricultura.
Somando-se isto à emissão cada vez maior de gás carbônico e a incapacidade
do meio ambiente em ciclar este excesso através da biomassa vegetal, o CO2 que
não podia ser absorvido começou a se acumular na atmosfera.
A molécula de gás carbônico não se decompõe fotoquimicamente. Isto implica
grande estabilidade para este composto, que pode ficar estocado na atmosfera por
vários anos até que se dissolva em algum manancial, ou seja, absorvido através da
fotossíntese, fixando-se em uma planta (BAIRD, Colin.).
A fixação do carbono pelos vegetais, no entanto é temporária, podendo
permanecer nesta condição desde alguns dias, até várias décadas. Se o vegetal que
absorveu o carbono por algum motivo morrer, por causa da decomposição o carbono
logo estará na atmosfera novamente.
Por outro lado, se este carbono for fixado por uma árvore que consiga
sobreviver por muitas décadas, ou se esta árvore for abatida para uso de sua
madeira como material de construção, até esta madeira se decompor ou ser
32
queimada, o carbono aí vai estar estocado. Porém, cedo ou tarde voltará novamente
à forma de CO2 e para atmosfera.
Os meios de fixação de carbono são também denominados sumidouros e
destes, somente um pode ser considerado como fixador definitivo. Trata-se da
deposição do carbono sob a forma de carbonato de cálcio insolúvel no fundo dos
oceanos (BAIRD, Colin.).
De acordo com os registros, de 1885 até o final da segunda grande guerra, as
emissões de carbono causadas pela ação humana tiveram um aumento linear. Ao
final dos anos quarenta, cerca de 1 bilhão de toneladas de carbono eram liberadas
na atmosfera todo ano.
Este aumento foi intensificado a partir da década de cinquenta chegando a
aproximadamente cinco vezes mais do que a média anterior a este período e,
ultrapassando os seis bilhões de toneladas de carbono ao ano, já no final dos anos
noventa (BAIRD, Colin.).
O aumento desenfreado da produção e concentração de CO2, aliado a
presença de outros gases na atmosfera, levou a um fenômeno conhecido da ciência
e atualmente muito discutido na mídia, chamado efeito estufa.
A ele são atribuídas as alterações climáticas e o aquecimento global, sendo
este último motivo de grande preocupação dos cientistas que baseados em estudos,
fazem estimativas bastante pessimistas para um futuro próximo com relação às
condições da vida na Terra.
6.1 O efeito estufa e os gases causadores
Até algumas décadas atrás o efeito estufa era um fenômeno natural somente
conhecido no meio científico e não merecia grande destaque, talvez porque os
mecanismos que envolvem a troca energética no meio ambiente e que são também
responsáveis pelo aumento da temperatura não fossem suficientemente conhecidos.
A preocupação em relação às causas e efeitos do aumento da concentração de
CO2 na atmosfera, possivelmente fosse considerada uma questão para se observar
somente depois de muitas gerações à frente.
Porém, estudos de acompanhamento das variações da temperatura mundial
relacionadas ao aumento da concentração de CO2, mostram que este aquecimento
já esta em andamento (figura 3).
33
Figura 3 – Concentração de CO2 X TemperaturaFonte: pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_do_carbono
Muitos cientistas estão convencidos de que o aumento de aproximadamente
0,65 ºC que ocorreu a partir de 1860 até os dias de hoje, é devido ao efeito estufa
em consequência das emissões de carbono para o ambiente (BAIRD, Colin.).
Este aumento pode parecer muito pouco aos olhos da maioria das pessoas,
levando-se em conta o período em que foi registrado. Entretanto, cabe lembrar que
a água é sólida a 0 ºC e a partir daí, qualquer aumento de temperatura por menor
que seja, 0,1 ºC por exemplo, tornará a água líquida considerando-se uma pressão
de 1 atm, e isto é um fator vital para muitos seres vivos.
A verdade é que o efeito estufa sempre existiu e graças a ele nosso planeta
não tem uma espessa camada de gelo cobrindo a superfície e uma temperatura
média global de aproximadamente 30 ºC menor do a que se tem atualmente.
Ou seja, sem o efeito estufa a temperatura média da Terra que é de 15 ºC
positivos seria de 15 ºC negativos, um ambiente bastante inóspito para a vida tal
como se conhece.
Com o aumento da temperatura e da maior disponibilidade de CO2 na
atmosfera, o processo da fotossíntese nos vegetais clorofilados é favorecido já que
34
um aumento na concentração de reagentes desloca a reação no sentido dos
produtos.
Não fosse o desmatamento e as queimadas em constante avanço nas
florestas, este seria um ponto a favor deste fenômeno, pois um esforço mundial de
replantio de árvores retiraria da atmosfera uma quantidade bastante significativa de
carbono, conseguindo-se assim uma atenuação do aquecimento global em função
do efeito estufa.
A energia que mantém a superfície da Terra e a atmosfera aquecidas é
principalmente fornecida pelo sol. Do total de energia que é recebida nas camadas
superiores na atmosfera, pouco mais da metade é energia da região do
infravermelho, uma energia com comprimento de onda entre 800 e 3000 nm
(nanometro). O restante da energia é luz visível com comprimento de onda entre 400
e 750 nm.
A luz ultravioleta com ondas de menos de 400 nm é absorvida na estratosfera
pelas ligações entre os átomos das moléculas de ozônio e oxigênio diatômico.
De toda a luz que incide sobre a terra, considerando todas as frequências de
onda, metade chega até a superfície da crosta e é absorvida, mais ou menos 20%
são absorvidos por gases na atmosfera e o restante volta para o espaço devido às
superfícies refletoras como as nuvens, a neve, o gelo e a areia (BAIRD, Colin.)
(figura 4).
A quantidade de energia que efetivamente chega à superfície da Terra e é
absorvida causando o aquecimento da crosta, deve ser a mesma que é liberada pelo
planeta.
Este balanço é mesmo necessário para que a temperatura do ambiente seja
mantida relativamente constante.
Todo corpo que é aquecido também emite energia e a Terra aquecida, emite a
energia que está situada em uma região conhecida como infravermelho térmico com
ondas entre 4 e 50 µm (micrometro) (BAIRD, Colin.).
Alguns gases que são encontrados na atmosfera, têm a propriedade de
absorver de forma temporária o infravermelho emitido pela Terra. Em consequência,
nem todo o calor emitido pela superfície terrestre é dissipado para o espaço, mas
retido por certo tempo na atmosfera. Logo depois de absorver a radiação
infravermelha as moléculas destes gases liberam energia em todas as direções e o
infravermelho assim emitido, é em parte reabsorvido pela superfície terrestre.
35
Figura 4 – Efeito estufaFonte: http://www.rudzerhost.com/ambiente/images/efeitoestufa2.gif
Os gases que apresentam esta propriedade são chamados de gases de efeito
estufa, sendo que o CO2 é o mais evidente devido ao efeito de aquecimento que sua
concentração em ppm no ar, pode causar.
Os gases com moléculas de três ou mais átomos são os mais importantes, pois
possuem um número maior de ligações e, consequentemente mais vibrações, sendo
que uma ou mais destas ligações absorvem infravermelho térmico.
A água vem logo a seguir nesta ordem de importância e o metano (CH4) em
terceiro lugar, apesar de ser um gás muito mais eficiente que o CO2 no que diz
respeito à capacidade de absorver e liberar infravermelho, podendo causar um efeito
de aquecimento bem maior.
Em comparação a uma molécula de CO2, uma molécula de metano chega a
causar um efeito de aquecimento aproximadamente 21 vezes maior. Entretanto,
como a quantidade de CO2 atualmente na atmosfera é de 365 ppm contra apenas
1,75 ppm (partes por milhão) de metano, ou seja, mais de duzentas vezes a
36
concentração de metano, o CO2 torna o gás metano muito menos importante sob o
ponto de vista do efeito de aquecimento (BAIRD, Colin.).
O fato de uma molécula absorver mais ou menos energia que outra qualquer,
está relacionado diretamente com a natureza das suas ligações e dos átomos que
participam destas ligações.
A energia emitida por uma fonte qualquer é absorvida quando sua frequência é
a mesma de um dos movimentos internos de alguma molécula.
No caso da energia na região do infravermelho, os movimentos vibracionais na
molécula são os de maior importância, sendo estes, o movimento de estiramento e o
de deformação angular das ligações.
O mais simples é o movimento de estiramento das ligações e ocorre devido ao
aumento e diminuição alternada da distância média entre um átomo e outro que
participa de tal ligação.
O estiramento acontece em todas as ligações de todas as moléculas e a
frequência exata deste estiramento, depende da natureza dos átomos e da ligação
que pode ser simples, dupla ou tripla.
O movimento de deformação angular é a variação da distância média entre
dois átomos que estão ligados a um terceiro. Neste movimento há a alternância do
valor médio do ângulo formado entre as ligações dos três átomos.
Todas as moléculas com três ou mais átomos apresentam deformação
vibracional, sendo que muitas destas têm freqüências que se encontram na região
do infravermelho térmico emitido pela Terra (BAIRD, Colin.).
Para que uma molécula absorva energia no infravermelho é necessário que
durante o movimento de estiramento e/ou deformação angular, haja um momento
dipolar.
Em moléculas diatômicas homonucleares como oxigênio (O2) e nitrogênio (N2),
e também em átomos livres como argônio (Ar), o momento dipolar é nulo.
Graças a isto os gases argônio, oxigênio e nitrogênio não absorvem a radiação
infravermelha. Como a atmosfera da Terra é formada quase que totalmente por
nitrogênio e oxigênio, se estes dois gases absorvessem energia no infravermelho
durante os estiramentos de suas ligações, o efeito de aquecimento que poderia ser
causado seria algo fantástico.
Esta previsão é em função da quantidade de CO2 que está presente na
atmosfera em partes por milhão, ou seja, em concentrações muito pequenas e, que
37
com um aumento de apenas 85 ppm desde 1860 causou uma elevação de
temperatura de 0,65 ºC.
O espectro do CO2 na região do infravermelho térmico demonstra absorção
máxima de luz no comprimento de onda de 15 µm, correspondendo a uma
frequência de 2,0 x 1013 Hz que é igual a da vibração de deformação angular das
ligações lineares entre o carbono e os oxigênios.
Já as vibrações de estiramento absorvem o infravermelho com comprimento de
onda de 4,26 µm (micrometro) que corresponde a uma frequência de 7,0 x 1013 Hz.
As moléculas de CO2 na atmosfera absorvem cerca de 50% da radiação
infravermelha emitida pela Terra em comprimentos de onda entre 14 e 16 µm
(micrometro), e também nos comprimentos de onda de valores próximos, ou seja, de
12 a 14 µm e de 16 a 18 µm, que correspondem às frequências rotacionais das
moléculas deste gás (BAIRD, Colin.).
As moléculas de água são muito abundantes na atmosfera e absorvem o
infravermelho térmico com comprimento de onda de 6,3 µm (micrometro) devido às
vibrações de deformação angular nas ligações entre o oxigênio e os hidrogênios.
A absorção de energia na mesma frequência dos estiramentos da ligação H–O,
ocorre em 2,7 µm, ou seja, fora da região do infravermelho térmico.
Praticamente toda a quantidade de infravermelho térmico na região entre 5,5 e
7,5 µm que é refletida pela Terra, é absorvida pelo vapor da água na atmosfera. Um
aumento da energia rotacional da molécula de água absorve infravermelho térmico
com comprimento de onda de 18 µm e até um pouco mais longo.
Depois do CO2 e da água o gás estufa mais importante é o metano. A molécula
deste gás possui quatro ligações C–H e apesar das vibrações de estiramento destas
ligações ocorrerem fora da região do infravermelho térmico, as vibrações de
deformação angular nas ligações H–C–H absorvem dentro da janela do
infravermelho térmico no comprimento de onda de 7,7 µm (micrometro).
Se for considerada a quantidade de energia absorvida por molécula, o metano
é capaz de causar um efeito estufa muito maior do que o CO2, pois absorve uma
fração maior dos fótons do infravermelho térmico emitido pela Terra.
Porém, o atual aumento das emissões de CO2 em comparação às emissões de
metano, coloca este gás numa condição muito menos importante com relação às
preocupações sobre o efeito estufa e o aquecimento global.
38
A concentração de metano na atmosfera em 1994 alcançou a marca 1,75 ppm
(partes por milhão), representando um aumento de mais de 130% sobre a
concentração que se tinha antes de 1750 que era de aproximadamente 0,75 ppm.
Presume-se que este aumento tenha sido causado pelas atividades do homem,
como desmatamento e aumento da produção de alimentos (BAIRD, Colin.).
Com relação à produção de alimentos, o gado bovino, por exemplo, produz
quantidades importantes de metano como subproduto da digestão da celulose em
seus estômagos.
Ovelhas, búfalos e outros animais ruminantes também contribuem para a
emissão de metano através deste processo.
Outras fontes de emissão de metano são os pântanos, brejos e terrenos
úmidos, em particular as áreas destinadas ao cultivo de arroz.
Nestes ambientes, o metano é produzido em grande escala por processos
biológicos a partir da decomposição anaeróbia da matéria orgânica, que são os
vegetais que ficam submersos na água.
Estes locais são as maiores fontes naturais de emissões do metano, que
originalmente era conhecido por gás do pântano.
Grandes extensões de terra que são alagadas para formar reservatórios de
água para usinas hidrelétricas são igualmente fontes importantes de emissão de gás
metano. A produção de metano neste caso depende da profundidade, da área que é
alagada e naturalmente da quantidade de biomassa que fica submersa.
Uma medida cabível para diminuir o impacto ambiental que o alagamento para
a hidrelétrica pode causar, é remover as árvores e de preferência, não queimar a
madeira, mas sim aproveitá-la como material de construção.
Isto impediria que o carbono ali fixado retornasse à atmosfera imediatamente.
No entanto, este conjunto de ações que certamente requer elevadas somas de
recursos financeiros, pode infelizmente não ser de interesse das partes efetivamente
envolvidas.
Para a civilização humana, às questões que não tenham possibilidades
lucrativas em um determinado espaço de tempo, não é dada a devida importância
mesmo que se saiba o impacto ambiental, o custo e o prejuízo que poderá trazer
para as gerações futuras.
O efeito de aquecimento provocado por metano e CO2 gerados a partir de um
represamento dependendo das circunstâncias, pode durante alguns anos ser maior
39
do que o do CO2 que seria formado e liberado no ar, por uma termelétrica que
queimasse carvão para produzir a mesma quantidade de energia, que a hidrelétrica
durante igual período de funcionamento (BAIRD, Colin.).
Desta forma o pensamento comum às pessoas sobre a produção de energia
elétrica ser limpa no que se refere à emissão de poluentes atmosféricos, é
questionável já que a energia que provém de hidrelétricas é gerada pela
transformação da energia da água acumulada em reservatórios conseguidos através
de inundações das terras, onde anteriormente existia algum tipo de mata.
O óxido nitroso também conhecido como gás hilariante e que apresenta a
molécula com estrutura N2O, é também um importante gás estufa apesar de ter
concentração atmosférica traço.
A vibração de deformação angular absorve radiação no interior da janela do
infravermelho na região de 8,6 µm e, uma das vibrações de estiramento ocorre na
frequência de 7,8 µm. Se considerada uma molécula, o N2O é cerca de 206 vezes
mais eficiente que o CO2 para o afeito estufa e o aquecimento global.
A concentração atual de N2O é aproximadamente 312 ppb (partes por bilhão) e
este número representa um aumento de apenas 13% sobre a concentração
atmosférica anterior à industrialização que era de 275 ppb (partes por bilhão)
(BAIRD, Colin.).
A maior parte das emissões deste gás, cerca de 60%, é proveniente de fontes
naturais e o restante da atividade humana. Grande parte da emissão por fontes
naturais é liberada pelos oceanos.
Porém, a principal fonte natural são os processos biológicos de desnitrificação
em ambientes aeróbios e nitrificação em ambientes anaeróbios, nos quais o N2O
formado é um subproduto. Estes processos ocorrem em solos de regiões tropicais
(BAIRD, Colin.).
A maioria das emissões de N2O pela atividade humana provavelmente seja
pelo uso de fertilizantes agrícolas.
O ácido adípico, uma matéria-prima usada na fabricação de nylon, é sintetizado
usando-se ácido nítrico. Em 1990 descobriu-se que este processo tradicional produz
e libera muito óxido nitroso (N2O).
Anos atrás se acreditava que a queima de combustíveis de petróleo formasse
N2O dentro dos cilindros dos motores a combustão, pela reação química entre o
40
oxigênio e o nitrogênio do ar, pois estes fazem parte da mistura de ar e combustível
que queima dentro do motor. Esta idéia era baseada em experimentos equivocados.
Novas tecnologias permitiram experimentos mais precisos sobre os compostos
que se formam durante a queima dos combustíveis fósseis.
Atualmente sabe-se que o N2O é formado quando o próprio combustível
contém nitrogênio. Este é, por exemplo, o caso do carvão e da madeira.
O gás natural e a gasolina não geram o óxido nitroso, porém catalisadores para
escapamento de automóveis, acabam convertendo em N2O, parte do monóxido de
nitrogênio (NO) produzido a partir do nitrogênio atmosférico durante a queima do
combustível (BAIRD, Colin.).
Catalisadores mais modernos não apresentam este problema. Não há um
sumidouro para este composto na troposfera, camada da atmosfera que está em
contato com a superfície terrestre, desta forma quando atinge a estratosfera e
absorve luz ultravioleta, se decompõe em gás nitrogênio (N2) e oxigênio atômico (O)
(BAIRD, Colin.).
Os compostos gasosos conhecidos como clorofluorcarbono ou CFCs, já foram
o centro das atenções do mundo todo, quando foi descoberto que estes gases
causam a decomposição da camada de ozônio estratosférico que absorve radiação
ultravioleta, atenuando os efeitos danosos desta energia sobre a superfície da Terra.
Entre os gases traço, estes compostos provavelmente são os de maior
potencial de efeito de aquecimento, devido ao tempo que permanecem na atmosfera
e à forte absorção de infravermelho térmico.
As vibrações dos movimentos de estiramento das ligações C–F absorvem
infravermelho no comprimento de onda de 9 µm.
As vibrações do estiramento das ligações C–Cl e das deformações angulares
nas moléculas onde o carbono está ligado a halogênios, ocorrem em frequências
que estão situadas dentro da janela do infravermelho térmico entre 8 e 13 µm
(BAIRD, Colin.).
Usados como gases de refrigeração e em aerossóis, o triclorofluormetano
(CFCl3) e o diclorodifluormetano (CF2Cl2) foram liberados em grandes quantidades
na atmosfera.
Somando-se a permanência na atmosfera à alta capacidade de absorver
energia no infravermelho térmico, cada molécula de CFC tem o potencial de efeito
41
de aquecimento de dez mil moléculas de CO2, porém o efeito de aquecimento na
temperatura global não é significativo (BAIRD, Colin.).
O chamado protocolo de Montreal proibiu os países desenvolvidos de produzir
os gases CFCs depois de 1995. Esta medida motivou a pesquisa e o
desenvolvimento de produtos alternativos para substituir aqueles compostos, com
vantagens para o ambiente e viáveis economicamente.
Os gases refrigerantes que substituem os CFCs, pelo menos em grande parte,
apresentam tempos de permanência atmosférica mais curtos e menor eficiência na
absorção de infravermelho térmico, representando assim um perigo menor para o
aquecimento global.
Um fato que pode acarretar o aumento da produção e liberação de gases
refrigerantes na atmosfera nos próximos anos é a mudança dos hábitos de vida,
aliada a um aumento no poder aquisitivo da população mundial, se a economia dos
países crescer significativamente.
A explicação para isto é que cada vez mais, equipamentos de refrigeração
como condicionadores de ar, farão parte dos eletroeletrônicos que as pessoas
comumente utilizam.
Por ocasião da manutenção ou descarte destes equipamentos, os gases
refrigerantes que normalmente escapam para a atmosfera, quando não são
observadas as condições adequadas do manuseio ou reciclagem destes produtos,
poderão causar um aumento relevante no efeito de aquecimento provocado por
estes gases.
Até aqui foram citados e descritos alguns dos mais importantes gases indutores
do efeito estufa, bem como suas características com relação às frequências das
vibrações do estiramento de ligações e da deformação angular, que absorvem
infravermelho térmico em comprimentos de onda próprios de cada composto.
Além destes, existe ainda o ozônio troposférico que a exemplo do metano e do
óxido nitroso, é também um gás de efeito estufa considerado como sendo natural.
As vibrações de estiramento do ozônio acontecem entre 9 e 10 µm
(micrometros), ou seja, dentro da janela do infravermelho térmico.
A vibração de deformação angular da molécula de ozônio ocorre em 14,2 µm,
próxima da do CO2 e, portanto não contribui de modo significativo para o efeito
estufa, uma vez que o CO2 que está na atmosfera já absorve grande parte do
infravermelho térmico refletido neste comprimento de onda (BAIRD, Colin.).
42
O efeito estufa, contudo não é obra exclusiva dos compostos gasosos
absorvedores de radiação infravermelha. Existem ainda outros agentes que
participam deste fenômeno de aquecimento. São as partículas presentes na
atmosfera e conhecidas como aerossóis.
A matéria particulada importante neste contexto, tem origem principalmente
nas erupções vulcânicas e em muitos processos industriais.
A respeito dos aerossóis, existem extensas literaturas e materiais de pesquisa,
dada a importância e a variedade de compostos que formam estas partículas que
ficam livres na atmosfera.
O efeito estufa e o aquecimento global como é sabido, são alguns dos
assuntos mais pertinentes e atuais, que merecem ser estudados e discutidos em
todos os níveis e seguimentos da sociedade.
A compreensão e o entendimento dos mecanismos causadores destes
fenômenos, em especial os de origem antrópica, são ferramentas verdadeiramente
importantes para o desenvolvimento da conscientização e da educação ambiental,
para que em um futuro próximo, seja possível atenuar os efeitos negativos que são
previstos sobre a vida de um modo geral no planeta Terra.
Neste trabalho a apresentação e comentários sobre os agentes causadores do
efeito estufa chega ao seu limite, uma vez que tem por objetivo descrever uma rota
do carbono desde antes da formação do petróleo, até a composição de uma
molécula de triacilglicerol constituinte do tecido adiposo do organismo humano. E
não propriamente, estudar o efeito estufa, que apesar da extrema importância, aqui
foi mencionado por ser considerado um tema pertinente, uma vez que o carbono tem
participação direta e efetiva em vários compostos que produzem o efeito estufa.
Portanto para retomar o caminho proposto, cabe lembrar que o carbono que
antes esteve presente na atmosfera primordial, passando depois pela composição
do petróleo, que quando queimado o libertou novamente na atmosfera sob a forma
de CO2, irá agora participar de outra etapa desta trajetória, sendo fixado na
biomassa vegetal através do processo da fotossíntese.
43
7 A FOTOSSÍNTESE
A palavra fotossíntese (foto, luz e síntese, construção) literalmente significa
construção pela luz e é o processo pelo qual, a partir do CO2 atmosférico e da água
em presença da energia solar, as plantas clorofiladas produzem carboidratos.
Estes compostos são sintetizados para servir de alimento para a própria planta
e também para a composição de polímeros naturais, utilizados na formação de suas
estruturas, possibilitando seu desenvolvimento e crescimento (HALL, David Oakley).
A fotossíntese é um processo de extrema complexidade, que envolve um
grande número de mecanismos bioquímicos e energéticos, sendo essencial a toda e
qualquer forma de vida na Terra e ocorrendo em muitos organismos que incluem
bactérias, algas e principalmente os vegetais superiores (VIEIRA, Enio Cardilo.).
Este processo já vem sendo estudado há mais de trezentos anos por cientistas
de todo o mundo.
As primeiras descobertas científicas que levaram ao atual conhecimento sobre
a fotossíntese, datam da primeira metade do século XVII, quando o médico belga
Van Helmont cultivou em uma barrica com certa quantidade de solo, uma muda de
salgueiro. Após cinco anos a planta adquiriu um tamanho considerável sobrevivendo
naquela pouca quantidade de solo.
A conclusão mais palpável a que chegou Van Helmont, foi de que a matéria
causadora do crescimento da árvore deveria estar presente na água usada para
regá-la, uma vez que a quantidade de solo permanecia praticamente inalterada e,
mesmo que a planta tivesse absorvido todo o solo, a quantidade de massa da planta
já era maior do que a do solo inicialmente.
O químico, botânico e fisiologista inglês Sthephen Hales, que é considerado o
pai da fisiologia vegetal, em 1727 publicou um livro no qual afirmava que o ar é o
principal nutriente das plantas que o usam para promover o seu crescimento.
44
Joseph Priestley, outro químico inglês que, aliás, foi um dos descobridores do
oxigênio, realizou uma série de experimentos a respeito da combustão e da
respiração entre os anos de 1771 e 1777, concluindo que as plantas verdes tinham a
capacidade de inverter o processo da respiração dos animais (HALL, David Oakley).
Priestley queimava uma vela no interior de um recipiente fechado que continha
um determinado volume fixo de ar. Com a extinção do oxigênio no recipiente a
chama da vela se extinguia. Depois, um camundongo era colocado para respirar o ar
residual e obviamente morria por falta de oxigênio. Posteriormente um ramo de
menta era colocado no interior do recipiente, mantendo-se viçoso por vários dias
seguidos.
Priestley descobriu que depois de dias que o ramo de menta estava confinado
àquela atmosfera, no mesmo local, o camundongo poderia sobreviver e a vela ser
novamente acesa. A conclusão foi que o ramo de menta renovava o ar.
O médico holandês Jan Ingenhousz descobriu alguns anos mais tarde, que as
plantas só liberavam oxigênio em presença de luz do sol e que somente as partes
verdes eram responsáveis por este processo.
Um pastor suíço, chamado Jean Senebie, confirmou as descobertas de
Ingenhousz, acrescentando ainda que as plantas usavam como alimento, o CO2
dissolvido na água.
Nos primeiros anos do século XIX outro Suíço chamado Saussure estudando
as quantidades de CO2 que eram absorvidos pela planta, em relação à quantidade
de matéria orgânica e O2 que eram produzidos, concluiu que também a água era
consumida enquanto a planta assimilava o CO2.
Em 1817 Pelletier e Caventou, dois químicos franceses, isolaram uma
substância verde presente nas plantas, dando a esta o nome de clorofila. Já em
1845, o físico e médico alemão Julius Robert von Mayer declarou que as plantas
eram capazes de transformar energia solar em energia química.
A partir daí o fenômeno da fotossíntese (figura 5) passou a ser representado
como uma equação de reação química, tendo como reagentes o CO2 e a água,
catalisada pela luz solar e produzindo gás O2, matéria orgânica e energia química
(HALL, David Oakley).
45
Figura 5 – FotossínteseFonte: http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas_ficheiros/image018.jpg
Em 1864 o fisiologista francês Boussingault, fez determinações da razão entre
os volumes envolvidos na absorção de CO2 e liberação de O2 durante a
fotossíntese. Boussingault descobriu que a razão entre os volumes destes dois
gases era de valor quase unitário, ou seja, a quantidade de gás carbônico que o
vegetal consumia no processo fotossintético era praticamente o mesmo de oxigênio
que era liberado de volta ao ar.
Ainda em 1864 o botânico alemão Sachs, que inclusive foi o descobridor da
respiração vegetal, descobriu também que durante a fotossíntese formavam-se
grãos de amido. O botânico colocava folhas verdes no escuro ao abrigo da luz.
Desta forma se esgotavam as reservas de amido nas folhas. Passadas
algumas horas, Sachs expunha a metade das folhas diretamente à luz do sol,
permanecendo a outra metade no escuro.
Após algum tempo aplicava uma solução de iodo em toda a superfície da folha
onde na parte que ficava exposta ao sol, devido à reação do amido com o iodo,
passava para a coloração violeta. Porém, na parte que permanecia no escuro nada
46
ocorria. Sachs concluiu que o efeito da luz era essencial para que a planta
sintetizasse aquele carboidrato (HALL, David Oakley).
A energia solar é a primeira e mais importante fonte energética para toda e
qualquer forma de vida da Terra. Não fosse esta fonte de luz, a vida no planeta
simplesmente não existiria. Todos os seres vivos da Terra precisam de energia para
que possam crescer, se manter e se reproduzir.
Como a maioria dos organismos não realiza fotossíntese, a energia consumida
por eles provém primeiramente das plantas e depois dos animais que as consomem.
É correto afirmar então, que de alguma forma todos os sistemas biológicos
consomem energia que deriva do sol (MARZZOCO, Anita.).
Aliada à energia solar, pode-se dizer que a fotossíntese é processo mais
importante na cadeia de produção de alimentos para qualquer tipo de vida.
As plantas são seres autotróficos, isto é, produzem seu próprio alimento e são
a base de toda a cadeia alimentar, servindo de alimento para os herbívoros e estes
para os carnívoros. Desta forma, mesmo aquele animal que não se alimenta de
nenhuma espécie vegetal, ainda que de maneira indireta, é extremamente
dependente da luz solar e beneficiado pela fotossíntese (CAMPBELL, Mary K.).
Através do processo fotossintético as plantas que transformam CO2 e H2O em
carboidratos simples, organizam estas moléculas em compostos complexos de
estrutura e massa molecular muito maior. Em outras palavras, as plantas geram
glicose (figura 6) e, entre muitos processos de grande complexidade, a utilizam
como alimento e como substrato para a formação do amido e da celulose (figura 7),
um polímero natural que dá sustentabilidade à estrutura do vegetal.
A celulose, aliás, é o carboidrato de maior importância sob o ponto de vista da
transferência de energia da biomassa vegetal para os consumidores primários. Para
a linha de raciocínio deste trabalho, que propõe a descrição de uma rota para o
carbono desde o inicio dos tempos, passando pelo petróleo, até chegar à fixação
nos tecidos humanos em épocas atuais, a celulose significa a passagem do carbono
fixado pela fotossíntese para um animal, fonte de proteínas e lipídios para o homem.
A fotossíntese pode também ser considerada um processo de enriquecimento
energético dos compostos reagentes. Em termos não muito técnicos e precisos, os
carboidratos obtidos como produtos da fotossíntese são muito ricos em energia,
enquanto que o CO2 e a água como reagentes, são compostos ergeticamente muito
pobres.
47
Figura 6 – GlicoseFonte: http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad
Figura 7 – CeluloseFonte: http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/9071/celulose.gif
48
Os combustíveis fósseis que são utilizados pelo homem, e que de acordo com
a teoria biogênica foram formados a partir da matéria orgânica de plantas e animais
há muitos milhões de anos, liberam grande quantidade de energia quando
queimados. Esta energia foi captada da luz solar durante a fotossíntese e
armazenada na matéria orgânica vegetal, sendo mais tarde repassada na cadeia
alimentar de um nível trófico para outro (HALL, David Oakley).
A energia da radiação solar aquecendo o ar e as águas é responsável pela
formação dos ventos e das chuvas. Considerando-se estes fatos, pode-se afirmar
que mesmo a energia eólica e a hidrelétrica são também transformações da energia
do sol, já que as chuvas são as responsáveis pela regularidade dos rios e de outros
mananciais onde são construídas as usinas para geração de eletricidade.
Os processos da fotossíntese e da respiração podem ser considerados como
sendo um o reverso do outro (VIEIRA, Enio Cardilo.).
Durante o processo da respiração realizado pela fauna e flora, o oxigênio é
retirado da atmosfera pelos organismos vivos e nas mitocôndrias, estruturas
citoplasmáticas, participa da oxidação dos carboidratos produzindo CO2 e água que
são liberados para o ar, havendo ao mesmo tempo, a liberação da energia que
estava armazenada nos carboidratos sob a forma de calor.
De certa forma o processo da respiração também causa aquecimento a ser
dissipado no ambiente.
Na fotossíntese como já foi visto, o CO2 e água são convertidos novamente em
carboidratos havendo absorção de energia. Por isso, mesmo com as altas taxas de
emissão, a concentração de CO2 na atmosfera se mantém razoavelmente constante,
devendo-se isto ao fenômeno da fotossíntese (VIEIRA, Enio Cardilo.).
Em mais de trezentos anos de pesquisas e estudos, grandes avanços foram
alcançados no conhecimento a respeito do processo fotossintético, graças ao
trabalho e dedicação dos cientistas que de alguma forma contribuíram para que este
fenômeno tão importante à vida, possa hoje ser estudado e compreendido desde os
primeiros anos da educação escolar.
O fato dos organismos fotossintéticos converterem gás carbônico e água em
oxigênio e açúcares como a glicose é bastante conhecido. Na verdade a
fotossíntese é um processo que envolve uma série de reações bioquímicas muito
complexas, que ocorrem em duas etapas comumente conhecidas como a fase clara
49
na qual acontece a fotofosforilação e a fase escura onde ocorre a fixação do CO2
(CAMPBELL, Mary K.).
As reações do processo fotossintético ocorrem no interior de estruturas
altamente organizadas, capazes de realizar as funções de relação das células
caracterizando seu metabolismo.
Estas estruturas especializadas são chamadas de organelas e a fotossíntese
ocorre em organelas conhecidas como cloroplastos (figura 8). Cada célula chega a
conter até duzentos cloroplastos, que apresentam comprimento entre 3 e 10 µm
(micrometros) e diâmetro entre 0,5 e 2 µm (VIEIRA, Enio Cardilo.).
No interior do cloroplasto existem diversas estruturas em forma de discos
denominados discos tilacóides. Na membrana tilacóide no interior de cada um
destes discos é onde ocorre a primeira etapa da fotossíntese, a fase clara.
Figura 8 – CloroplastoFonte: www.maristas.org.br/.../plastos.htm
A fase clara da fotossíntese se inicia com a absorção de luz pelos elétrons das
moléculas de clorofila (figura 9), um pigmento orgânico de estrutura molecular
semelhante ao da hemoglobina, a qual é baseada no anel tetrapirrólico de porfirinas.
50
São conhecidos alguns tipos de clorofilas, sendo que todos apresentam um
anel tetrapirrólico.
Estas clorofilas apresentam diferenças estruturais e, portanto interagem com a
energia em mais de um comprimento de onda no qual há absorção de luz.
Devido a esta propriedade, as diferentes clorofilas absorvem radiação solar em
vários comprimentos de onda o que favorece em muito a fotossíntese, que não seria
tão eficiente se houvesse a existência de um único tipo de clorofila.
Os estados mais excitados da clorofila são muito úteis para o processo
fotossintético, pois a energia da luz pode ser absorvida e transformada em energia
química nas reações fotoquímicas. Esta energia transformada é a energia que irá
promover as reações da fase escura (CAMPBELL, Mary K.).
Figura 9 – ClorofilaFonte: www.unizar.es/departamentos/bioquimica_biologia/docencia/Biofvirtual/tema-FOTO/
figure-10-40.jpg
Os elétrons excitados são deslocados através de uma cadeia de transporte de
elétrons e durante este processo, as moléculas de água são clivadas liberando o
oxigênio para a atmosfera. Este processo também é conhecido por fotólise da água.
É nos discos tilacóides, portanto, que acontece a captura da luz e a produção
de oxigênio.
51
Os prótons resultantes da clivagem ou fotólise da água são retirados para fora
da membrana tilacóide dando início à produção de ATP (adenosina trifosfato) (figura
10) e NADPH, moléculas que acumulam energia solar na forma de energia química.
A energia solar acumulada é usada para a biossíntese da glicose durante a
fase escura, que acontece em um espaço situado entre os discos tilacóides e a
membrana interna do cloroplasto, o qual se denomina estroma.
No estroma ocorre a fixação do CO2 da atmosfera que é combinado a uma
pentose, a ribulose-1,5-bisfosfato, para posteriormente por meio de um
intermediário, produzir a molécula da glicose com seis carbonos (VIEIRA, Enio
Cardilo.).
A glicose, um monossacarídeo, é a unidade básica da constituição de
oligossacarídeos (ou seja, a sacarose presente na cana de açúcar e na beterraba) e
de polissacarídeos (amido e celulose) (CAMPBELL, Mary K.), sendo que estes
últimos são os mais importantes para este trabalho.
Figura 10 – ATP (Adenosina Trifosfato)Fonte: http://www.ualr.edu/botany/atp.jpg
A via das reações de fixação do CO2 é cíclica e o primeiro cientista a investigar
os seus mecanismos foi Melvin Calvin, ganhador do prêmio Nobel em química no
ano de 1961. Em homenagem a este cientista, o ciclo foi chamado de ciclo de Calvin
(CAMPBELL, Mary K.).
52
A primeira reação do ciclo é condensação do CO2 atmosférico com a ribulose-
1,5-bisfosfato, catalisada pela enzima ribulose-1,5-bisfosfato-carboxilase. Esta
enzima possivelmente seja uma das proteínas mais abundantes na natureza. Fica
localizada na face da membrana tilacóide que está voltada para o estroma (HALL,
David Oakley).
Depois da condensação há a formação de um composto intermediário instável
de seis carbonos que rapidamente se hidrolisa, dando origem a duas moléculas de
3-fosfoglicerato. O processo real de fixação do CO2 se dá com a incorporação desta
molécula ao 3-fosfoglicerato.
As próximas reações do ciclo de Calvin levam à redução do 3-fosfoglicerato
produzindo gliceraldeído-3-fosfato, que pode ser usado como substrato para a
produção de açúcares de seis carbonos, ou para a regeneração da ribulose-1,5-
bisfosfato (CAMPBELL, Mary K.).
A produção de glicose se inicia com a conversão do gliceraldeído-3-fosfato em
diidroxiacetona-fosfato, que acontece com bastante facilidade. No decorrer de uma
série de reações bioquímicas a diidroxiacetona-fosfato é convertida em frutose-6-
fosfato sendo que, desta resulta a molécula de glicose (CAMPBELL, Mary K.).
Com a conclusão da produção da glicose, o papel da fotossíntese de converter
água e CO2, em carboidratos sob a ação da luz solar foi cumprido fielmente.
Os carboidratos são compostos importantíssimos sob o ponto de vista do
armazenamento energético, existindo em uma gama de variedades de acordo com a
complexidade e o número de unidades formadoras destes complexos. Podem ser
classificados em monossacarídeos, monossacarídeos derivados e substituídos,
oligossacarídeos e polissacarídeos (VIEIRA, Enio Cardilo.).
A glicose é um carboidrato classificado como monossacarídeo, um açúcar não
hidrolisável e, é o monômero mais comum na composição dos polissacarídeos
(CAMPBELL, Mary K.).
Uma vez que a planta dispõe de glicose, um dos destinos prováveis para este
monossacarídeo é a via de síntese da celulose, um carboidrato usado para as
funções estruturais, principalmente da madeira e das plantas fibrosas.
A celulose (fig.7 pág. 47) é um homopolissacarídeo de estrutura linear, na qual
os monômeros de glicose estão unidos por ligações glicosídicas β (1→4), que são
ligações sucessivas estabelecidas entre o carbono 1 de uma molécula de glicose
53
ligado a um átomo de oxigênio e este, ligado ao carbono 4 de outra molécula de
glicose.
As cadeias individuais de celulose são unidas por ligações pontes de
hidrogênio que são, aliás, responsáveis pela resistência mecânica da planta
(CAMPBELL, Mary K.).
A hidrólise completa da celulose reverte às moléculas da glicose. Este polímero
natural representa aproximadamente 50% do total de carbono contido em um
vegetal e no algodão em particular, o percentual de celulose chega a 90% (VIEIRA,
Enio Cardilo.).
Tendo uma estrutura linear ou fibrosa, a celulose é um polímero de cadeia
longa que pode apresentar massa molecular muito variável, com fórmula empírica
(C6H1005)n, onde o valor mínimo para n é igual a duzentos.
As cadeias justapostas a tornam impenetráveis à água e formam fibras
compactas que constituem a parede celular dos vegetais.
Sendo o principal constituinte da estrutura das plantas fibrosas assim como o
capim de pastagem, a celulose bem como outros carboidratos, possui um importante
papel em relação à transferência da energia solar que foi absorvida e acumulada
sob a forma de energia química durante a fotossíntese.
Com o acontecimento sucessivo dos processos da fotossíntese e, em
consequência da estruturação por meio da produção de celulose, a planta
naturalmente se desenvolve e cresce.
Retomando o caminho que este trabalho se propõe a descrever para o
carbono, cabe lembrar que este elemento primordial depois de longos períodos
geológicos de processos de complexação das moléculas das quais era o elemento
químico principal, fez parte da constituição de muitas formas de vida que de acordo
com a teoria biótica, acabaram por originar o petróleo.
Depois por muitos e muitos milhões de anos, o carbono esteve confinado nos
hidrocarbonetos do petróleo, soterrado a centenas de quilômetros abaixo da
superfície até que a combustão, o liberou novamente na atmosfera na forma de gás
carbônico.
Absorvido e fixado pela fotossíntese, o carbono que vem fazendo esta incrível
viagem através dos tempos desde a formação da Terra, encontra-se agora na
constituição de uma planta, como átomos constituintes das glicoses que formam a
celulose.
54
8 A CELULOSE COMO ALIMENTO DE BOVINOS
Como já foi visto a celulose é o principal componente estrutural das plantas. É
ainda um carboidrato e, portanto um armazenador de energia captada na
fotossíntese.
Muitos carboidratos podem ser consumidos por animais e pelo homem como
alimentos energéticos, desde que em seus organismos, homem e/ou animal
possuam enzimas especializadas que promovam a hidrólise deste carboidrato até
um monossacarídeo, como a glicose, unidade básica da maioria dos carboidratos.
A glicose é o principal composto oxidável de base de carbono, que serve como
fonte energética para quase todas as células vivas.
Desde os microorganismos mais simples até o complexo sistema orgânico do
homem, este açúcar é imprescindível para todas as células que são potencialmente
capazes de suprir sua demanda de energia a partir da glicose.
Alguns tecidos e células humanas como o tecido nervoso e as hemácias que
são considerados “nobres”, somente conseguem produzir energia exclusivamente a
partir da oxidação da glicose (MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.)
Os organismos em geral não conseguem extrair energia dos carboidratos na
forma como se encontram disponíveis na natureza. É necessário o rompimento das
ligações glicosídicas que ligam as moléculas de glicose umas às outras.
Este rompimento é feito por enzimas que atacam as ligações glicosídicas
separando uma a uma, as moléculas de glicose que na forma de monossacarídeo
pode ser assimilada no aparelho digestório e seguir as vias metabólicas de acordo
com a necessidade orgânica de cada indivíduo.
Como exemplos, há o amido e a sacarose que na dieta humana não podem ser
assimilados na forma como são ingeridos.
55
No caso do amido, ainda na cavidade bucal, o homem possui a enzima α-
amilase salivar, que inicia a quebra das ligações α (1→4) do amido. Logo após a
deglutição do alimento a ação desta enzima é neutralizada, pois em ambiente de pH
4,0 ou menos sua ação digestiva é cessada, já que é muito sensível à acidez
estomacal.
Na seqüência do processo digestivo, o amido ingerido é atacado pela α-
amilase pancreática que conclui a hidrólise do amido (MURRAY, Robert K. et al.).
A sacarose, açúcar comum extraído da cana de açúcar e da beterraba, por sua
vez é hidrolisada à glicose e frutose pela ação da enzima sacarase.
No caso específico da celulose, a enzima responsável pela hidrólise em glicose
chama-se celulase, que é produzida por microorganismos que se desenvolvem no
trato gastrointestinal de animais hospedeiros, que não são capazes de produzi-la em
seus organismos (RANDALL, David et al).
O homem e os animais não possuem esta enzima que é característica de
bactérias, inclusive as que se desenvolvem no trato digestivo de alguns insetos
como o cupim. Daí o cupim atacar a madeira, pois é dela que através da enzima
celulase consegue extrair a glicose para seu alimento.
A hidrólise ocorre quando a celulase ataca a ligação β-glicosídica da celulose,
uma ligação comum entre os polímeros estruturais.
É sabido que o capim serve de alimento para os animais de pasto como
cavalos e bovinos além de muitos outros. Estes seres conseguem aproveitar a
energia contida na celulose do capim, pois em seus aparelhos digestórios habitam
bactérias que produzem a enzima celulase. E isto explica como estes animais
podem se alimentar e viver de capim e outros vegetais (CAMPBELL, Mary K.).
Os bovinos, em particular o gado de corte e de leite, são mamíferos ruminantes
especialmente interessantes para o objetivo deste trabalho, pois são fontes
importantes de proteínas e lipídios para os seres humanos.
Ruminantes são herbívoros denominados poligástricos por possuírem quatro
compartimentos envolvidos na digestão do alimento. São estes: o rúmen, o retículo,
o omaso e o abomaso. O abomaso é realmente o estômago digestivo do animal.
O rúmen é o maior compartimento do sistema poligástrico e é onde o alimento
que foi misturado com a saliva sofre uma fermentação intensa. Neste órgão são
encontrados os microrganismos produtores da enzima celulase, capaz de atacar as
ligações glicosídicas da celulose causando a hidrólise em glicose.
56
O termo ruminante se deve ao fato destes animais realizarem a ruminação, ou
seja, a regurgitação e a remastigação. Depois de uma primeira e rápida mastigação
o alimento é deglutido e após ter passado por uma fermentação inicial no rúmen
devido à ação de bactérias entre as quais, encontram-se as produtoras da enzima
celulase, eles regurgitam o bolo alimentar para a boca onde é novamente mastigado
e deglutido, chegando outra vez ao rúmen para nova fermentação (Ruminantes.).
Em média, um bovino adulto pode produzir entre 50 e 60 quilos de saliva por
dia. Quando a alimentação consumida pelo animal é mais úmida e fluida, a salivação
diminui de intensidade tornando o conteúdo do rúmen mais viscoso.
Quando isto ocorre, os gases resultantes da digestão causam a aparição de
espumas, ocorrendo um fenômeno que é chamado de indigestão gasosa ou
espumosa.
A saliva dos bois e vacas é uma solução diluída de bicarbonato de sódio com
ação de tamponamento que regula o pH do meio, tornando-o adequado para os
microorganismos responsáveis pela fermentação das fibras vegetais (FRACARO,
Marcos Diego.).
De fato o aparelho digestivo dos ruminantes é bastante adaptado para viabilizar
a reprodução e sobrevivência desses microorganismos.
Por isso uma variação na alimentação destes animais, ainda que muito
pequena, pode causar mudanças afetando direta e drasticamente a colônia de
bactérias alterando a digestão do bovino, podendo inclusive levá-lo a desenvolver
algum tipo de doença (Aparelho Digestivo.).
Estes microorganismos, aliás, têm com o bovino uma relação de
protocooperação, isto é, ambos são beneficiados pela relação biológica existente
(DAJOZ, Roger K.).
O organismo dos mamíferos não é capaz de sintetizar proteínas a partir de
carboidratos como a celulose ou amido (MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo
Baptista.)
Por este motivo, os microrganismos presentes no rúmen têm ainda uma outra
utilidade para o bovino, pois sintetizam aminoácidos e proteínas a partir do
nitrogênio inorgânico como o que é encontrado nos sais de amônio.
Portanto é fundamental que para o gado de corte e de leite, os quais por
motivos econômicos precisam ter um desenvolvimento mais acelerado, seja
57
fornecida uma fonte complementar de nitrogênio. Comumente adiciona-se uréia à
alimentação do gado com o objetivo de aumentar a síntese protéica.
Os próprios microorganismos, que chegam a existir em vários milhares por
milímetro cúbico de conteúdo do rúmen, também são fonte de proteínas e vitaminas
para o ruminante.
Como estão constantemente se reproduzindo e morrendo, quando saem do
rúmen também são digeridos tendo sua matéria absorvida nos intestinos do animal
(Ruminantes.).
É importante salientar que entre as passagens de uma cavidade digestiva para
outra, existem barreiras que impedem o fluxo de bactérias vivas. Isto funciona como
um mecanismo natural de defesa do organismo, pois um microorganismo vivo
poderia causar alguma infecção grave no animal (Aparelho Digestivo.).
A partir deste ponto do texto os termos metabolismo e vias metabólicas serão
frequentemente utilizados, uma vez que para o desenvolvimento e a continuidade da
apresentação da proposta deste trabalho, estes termos são imprescindíveis.
Em função disso, torna-se necessário uma abordagem conceitual com a
finalidade de esclarecer os significados de metabolismo e via metabólica.
De modo simplificado, chama-se de metabolismo o sistema estável de reações
químicas que ocorrem em um organismo vivo, fornecendo a energia necessária para
o desempenho das suas diversas funções biológicas e, mesmo para mantê-lo vivo
(MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.).
Estas reações químicas quando acontecem causando a quebra ou a oxidação
de moléculas combustíveis como a glicose, são denominadas catabólicas.
Inversamente, quando tais reações químicas ocorrem havendo sintetização ou,
construção de substâncias, são denominadas anabólicas. O conjunto destes
processos, anabólicos e catabólicos, constituem o metabolismo (MURRAY, Robert
K. et al.).
Vias metabólicas são os processos celulares de transformação das substâncias
nutrientes, que são utilizadas como substrato para a obtenção de outros compostos
de aplicações específicas e para obtenção de energia (CAMPBELL, Mary K.).
Retomando o assunto deste capítulo, a principal fonte de energia para o bovino
são os produtos formados durante a fermentação no rúmen, sendo que os de maior
interesse são principalmente os ácidos carboxílicos como o acético, o propiônico e o
butírico, que são absorvidos e utilizados nas vias metabólicas do animal (figura 11).
58
Figura 11 – Metabolismo bovinoFonte: http://babcock.cals.wisc.edu/downloads/de/03.pt.pdf
Outros ácidos orgânicos chamados de iso-ácidos, também se formam no
rúmen devido à fermentação de alguns aminoácidos. Tais compostos são muito
importantes para o bovino, pois também a partir deles, os microorganismos
aproveitando a energia abundante e disponível, sintetizam proteínas que são usadas
principalmente para seu próprio crescimento.
Além dos ácidos carboxílicos mencionados e entre outros compostos de menor
importância, durante a fermentação ruminal é liberada muita energia sob a forma de
59
calor e boas quantidades de CO2 e metano, que são eliminados pela eructação
(FRACARO, Marcos Diego.).
Este metano produzido pelo gado é liberado para a atmosfera e, aliás, já foi
mencionado anteriormente quando descrito como um dos gases de efeito estufa.
As partículas do bolo alimentar que foram decompostas durante a fermentação
e ataque da celulase passam para as outras partes do estômago, onde são
submetidas aos fluidos digestivos no abomaso, constituído principalmente por água,
sais minerais, ácido clorídrico e pepsina, uma proteína com ação enzimática.
A digestão a partir daí, acontece como em qualquer outro animal, tendo a
absorção das substâncias nutrientes realizada pelo intestino delgado e absorção da
água pelo intestino grosso.
As partes do bolo alimentar composto por fibras e amido que algumas vezes é
fornecido ao animal como fonte suplementar de carboidrato, não sendo devidamente
digeridas acumulam-se no intestino grosso como resíduos alimentares e são
eliminadas como fezes (Aparelho Digestivo.).
Do ponto de vista bioquímico, o fígado é o órgão que desempenha as funções
metabólicas mais importantes para todo o organismo, mais especificamente dos
mamíferos, pois sintetiza e fornece substâncias que são utilizadas como substratos
nas vias metabólicas.
Mais da metade, de todo o propionato (ânion do ácido propiônico) produzido
durante a fermentação da celulose no rúmen, chegando ao fígado é convertido em
glicose sendo que, além do propionato, o fígado também pode utilizar aminoácidos
provenientes do metabolismo das proteínas para a síntese da glicose. Este é um
processo importantíssimo do metabolismo do animal, pois raramente alguma glicose
é absorvida nos intestinos já que a fermentação no rúmen é bastante eficiente e
decompõe este carboidrato originando outros compostos, entre os quais estão os
ácidos anteriormente citados.
A maioria do acetato (ânion do ácido acético) e todo o propionato são
transportados até o fígado, enquanto que boa parte do butirato (ânion do ácido
butírico) ainda nas paredes do rúmen, é convertido em corpos cetônicos
denominados β-hidroxibutirato, que são fontes importantíssimas de energia para a
maioria dos tecidos do corpo do animal.
Assim os corpos cetônicos originados a partir do butirato e parte do acetato, o
acetato, o propionato e o butirato são conduzidos até o fígado pela circulação. O
60
sistema circulatório encarregado do transporte destes compostos até o fígado é
denominado circulação portal ou sistema porta (FRACARO, Marcos Diego.).
Como descrito anteriormente, o fígado converte propionato e aminoácidos em
glicose, mas o acetato e os corpos cetônicos após passarem pelo fígado, seguem
pela corrente sanguínea com suas estruturas inalteradas até os tecidos de destino
onde serão utilizados como substratos das rotas metabólicas específicas.
Parte da glicose, corpos cetônicos e acetato são destinados à síntese protéica
para formação e renovação de músculos (carne) e muitos outros tecidos.
Outra parte dos corpos cetônicos e acetato participam da síntese de ácidos
graxos, enquanto a glicose é convertida a glicerol. Estes compostos reagindo
quimicamente formam os triacilgliceróis ou triglicerídeos, gorduras que são
armazenadas nas células do tecido adiposo, chamadas de adipócitos.
Os triacilgliceróis são a forma como o excesso de nutrientes fica armazenado
no organismo do animal.
Ainda em uma outra rota metabólica que é específica para as vacas de leite, os
corpos cetônicos e o acetato são convertidos em ácidos graxos e a glicose, agora
participa como substrato para formar lactato e glicerol.
Este processo ocorre na glândula mamária, também conhecida como úbere
(FRACARO, Marcos Diego.).
Os ácidos graxos sintetizados na glândula mamária apresentam cadeias
carbônicas contendo de quatro a dezesseis carbonos, ou seja, em média, cadeias
carbônicas relativamente curtas.
O glicerol reagindo com estes ácidos graxos forma os triglicerídeos, porém
estes ao invés de se depositar no tecido adiposo, constituem uma parte da gordura
total do leite.
Cerca da metade da gordura encontrada no leite é sintetizada na própria
glândula mamária e a outra metade, vêm da dieta e do próprio organismo do animal.
A glicose é também o substrato para produção da lactose, o açúcar do leite,
que ocorre na glândula mamária durante o processo de lactação da vaca.
Todos estes processos metabólicos somente acontecem sob condições
específicas e muito favoráveis, mediante a ação de complexos enzimáticos
especializados e com grande envolvimento de energia. Energia que, aliás, provém
em grande parte, da combustão dos corpos cetônicos, sendo que o acetato e
61
também a glicose podem ser utilizados como fonte energética para as células de
muitos tecidos (FRACARO, Marcos Diego.).
Para este trabalho, não é de suma importância um detalhamento maior das
rotas metabólicas mencionadas, descrevendo ciclos, nomes das vias, enzimas
envolvidas e outras tantas informações que sem dúvida alguma, enriqueceriam em
muito o texto. Os detalhamentos a respeito das vias metabólicas específicas serão
melhor explorados no próximo capítulo, o qual trata do consumo da carne bovina
pelo ser humano e é também o assunto final do estudo proposto por este trabalho,
para o elemento químico carbono em sua longa trajetória através dos tempos.
Com a conclusão desta parte a respeito da utilização da celulose como fonte
de energia pelo gado bovino, tem-se descrita mais uma etapa da transferência do
carbono de uma substância para outra.
Apenas relembrando, o carbono que inicialmente constituía moléculas simples
como metano e CO2, após longos períodos de complexações na atmosfera
primordial, o que resultou em uma variedade maior de compostos de base de
carbono, dissolveu-se nas águas dos oceanos onde em torno dele se desenvolveu a
química da vida.
A partir daí, muitos seres vivos evoluíram e se desenvolveram. Sob condições
muito específicas e de acordo com as teorias científicas aqui apresentadas, estes
organismos deram origem ao petróleo.
Bem mais tarde, voltando do petróleo à atmosfera como produto da combustão
na forma de CO2, o carbono foi fixado na biomassa vegetal através da fotossíntese,
como elemento constituinte de carboidratos que associados formam a celulose.
Esta por sua vez, serve de alimento para o organismo bovino que aproveita a
energia contida neste carboidrato, depois de fermentá-lo transformando-o em
compostos de carbono assimiláveis nas vias metabólicas do animal.
Sendo assim, o carbono primordial agora se encontra temporariamente fixado
em algum composto constituinte dos tecidos do bovino que o consumiu.
62
9 A CARNE BOVINA COMO ALIMENTO HUMANO
Como foi visto até aqui, o carbono vem se transferindo de um composto para
outro de acordo com os ciclos naturais, dos quais este elemento participa.
Dando continuidade ao estudo da trajetória do carbono que ao final do capítulo
anterior, dadas as apresentações e descrições dos fatos científicos, já fazia parte da
constituição dos tecidos bovinos, neste capítulo serão apresentados os processos
do metabolismo humano que comprovam a transferência deste carbono a partir do
consumo e digestão da carne e da gordura bovina, para os tecidos humanos.
Além do leite e dos ovos, as carnes e, na maioria dos países de todo o mundo
principalmente a bovina, são as fontes básicas de fornecimento de proteína animal
para o consumo humano.
Apenas para constar, carnes comumente chamadas de brancas são as
provenientes de aves domésticas, como os frangos, as galinhas e os perus. Os
profissionais especializados nas áreas de saúde e nutrição distinguem dois tipos de
carnes que estão presentes nas aves. Os músculos do peito são efetivamente
brancos e com baixo teor de gorduras, enquanto os músculos das coxas são
predominantemente formados por fibras vermelhas e com maior quantidade de
gordura.
Ainda, apesar da imensa extensão litorânea e da grande malha fluvial, para a
população brasileira em particular, os peixes representam uma fonte muito discreta
de proteína animal, devido ao baixíssimo consumo desta carne por habitante em
comparação ao consumo das populações de outros países como o Japão. De fato o
brasileiro não tem o hábito de incluir o pescado no seu cardápio com maior
frequência, ficando concentrado o consumo desta carne em datas de celebração
religiosa.
63
Entretanto no Brasil a carne bovina é consumida em grande quantidade. No
final do segundo semestre de 2005 a bovinocultura, como também é chamada a
criação de gado, era praticada em cerca de quatro milhões de propriedades rurais,
somando um rebanho com aproximadamente duzentos milhões de cabeças.
Destes, vinte e oito milhões foram abatidas legalmente em frigoríficos oficiais e
a carne destinada ao mercado consumidor interno e para a exportação.
Estíma-se, porém que cerca de mais dez milhões foram abatidas em outros
locais, pois o número de peles bovinas processadas nos curtumes brasileiros
chegou a trinta e oito milhões de unidades.
Neste mesmo ano o Brasil assumiu a liderança mundial na produção e
exportação de carne bovina, alcançando a marca de oito milhões e quinhentas mil
toneladas de carcaças.
Os estados brasileiros que são os maiores produtores de carne são Minas
Gerais e Mato Grosso do Sul (Bovinocultura.).
Por ser o maior produtor mundial do produto, a população brasileira tem os
cortes facilmente à disposição o que de certa forma acaba por estimular o consumo.
Observa-se um consumo mais acentuado no sul do Brasil, onde a cultura e a
tradição popular elegem a carne bovina, como um dos principais alimentos desta
região, apesar das orientações médicas quanto ao risco de se desenvolver uma
doença cardiovascular, relacionada ao consumo excessivo de carne vermelha que é
muito rica em gorduras.
No entanto em um sentido mais amplo, a carne pode ser considerada um
alimento nobre para o homem, pois o consumo deste alimento supre boa parte da
necessidade dos nutrientes que são utilizados pelo organismo para a produção de
energia, formação e renovação dos tecidos orgânicos, e ainda para a regulação de
alguns processos fisiológicos importantíssimos (Nutrição para os Músculos.).
As gorduras são fontes de energia, as proteínas propiciam a construção e
renovação dos tecidos e as vitaminas presentes na carne, agem como reguladoras
de algumas das funções fisiológicas (MURRAY, Robert K. et al.).
A carne bovina é sem dúvida uma ótima fonte de proteínas para o organismo
do homem.
Em uma porção de 100 gramas de contrafilé grelhado de um animal zebuíno,
muito comum no Brasil, sem a gordura que cobre o corte, existem aproximadamente
30 gramas de proteínas.
64
Como característica desta raça, a gordura não está impregnada entre as fibras
musculares, mas sim envolvendo a peça do corte, o que torna a carne magra e com
teor calórico de cerca de 190 Kcal (quilocalorias), 67 mg (miligramas) de colesterol e
3,9 g (gramas) de gordura. Estes níveis são considerados abaixo da média,
comparando-se à igual porção do mesmo corte de animais de outras raças.
A carne bovina também é bastante rica em outros nutrientes como alguns
ácidos graxos essenciais, vitaminas do complexo B como tiamina, riboflavina,
niacina, ácido fólico, ácido pantotênico e vitaminas B6 e B12.
Alguns minerais como potássio, fósforo, magnésio, ferro, zinco e enxofre,
também são encontrados na carne bovina, que apresenta ainda altas concentrações
do ácido linoléico conjugado, um composto associado à prevenção e combate de
alguns tipos de câncer.
Devido à quantidade de nutrientes que contém, a carne bovina tem sido
considerada como um alimento de alta densidade nutricional (Aparelho Digestivo.).
De acordo com alguns especialistas, o maior valor nutricional da carne para o
homem está ainda, na quantidade e na qualidade dos aminoácidos que constituem
as proteínas dos músculos, nos ácidos graxos considerados essenciais e nas
vitaminas do complexo B que estão presentes, além do teor de ferro que possui
grande importância.
Entretanto cabe lembrar que a carne sozinha não supre todas as necessidades
nutricionais do organismo humano. Aliás, não existe um alimento que sozinho
contenha todos os nutrientes em quantidade e qualidade suficientes para o
crescimento e a manutenção da saúde (Nutrição para os Músculos.).
Desta forma, a dieta humana deve ser composta por diferentes grupos de
alimentos como cereais, frutas e vegetais, além da carne.
Ainda fazendo menção ao aspecto nutricional, na carne como já foi dito são
encontrados os aminoácidos, compostos orgânicos que apresentam como principal
característica, o grupo amino (-NH2) ligado à cadeia carbônica de um ácido
carboxílico. De acordo com a sintetização ou não dos aminoácidos pelo organismo
humano, estes são classificados em essenciais e não essenciais (CAMPBELL, Mary
K.). Os aminoácidos chamados de essenciais são aqueles que não são sintetizados
pelo organismo. Mesmo um organismo saudável, humano ou de qualquer outro
animal superior, não é capaz de produzi-los (MURRAY, Robert K. et al.).
65
Em contrapartida, os aminoácidos não essenciais são os que um organismo
saudável é capaz de produzir a partir dos substratos específicos e disponíveis no
metabolismo, para posteriormente serem utilizados para os propósitos do próprio
organismo.
Assim o corpo humano não necessita receber estes nutrientes através da
ingestão de alimentos.
A dieta humana precisa conter quantidades adequadas e suficientes dos
aminoácidos considerados essenciais, para que não haja deficiência no crescimento
infantil ou mesmo para a manutenção da saúde em indivíduos adultos.
Nas células vivas os aminoácidos possuem diversas finalidades, sendo que a
principal é servir como unidades monoméricas para a construção das proteínas na
via metabólica específica (MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.).
Dada a importância dos principais nutrientes presentes na carne bovina para
alimentação humana, cabe descrever alguns dos aspectos mais importantes a
respeito de cada um desses nutrientes.
9.1 As proteínas
A carne pode ser caracterizada pela natureza das proteínas (figura 12) que
compõem os músculos, tanto do ponto de vista quantitativo como do qualitativo.
O músculo magro das diferentes raças tem uma composição razoavelmente
constante em relação a sua composição de proteínas, gorduras e minerais.
As proteínas são essenciais para a formação dos músculos, dos complexos
enzimáticos e de alguns hormônios.
Além de atuarem no processo de cicatrização dos tecidos, estes nutrientes
estão obrigatória e diretamente envolvidos em cada etapa do funcionamento do
organismo humano. Algumas proteínas de origem animal contêm em suas estruturas
todos os aminoácidos essenciais e em proporções adequadas ao organismo. Devido
este fato são chamadas de completas ou de alto valor biológico. As de origem
vegetal não contêm todos os aminoácidos essenciais, sendo portanto chamadas de
incompletas ou de baixo valor biológico.
Os tecidos musculares e conjuntivos integram as proteínas da carne, nas quais
há disponibilidade de aminoácidos essenciais e suas características de
digestibilidade, as caracterizam como de elevado grau de valor biológico.
66
Algumas das proteínas do tecido conjuntivo formadas principalmente por
colágeno e elastina são exceções à regra anterior, já que são mais pobres em
aminoácidos essenciais e de menor digestibilidade.
As proteínas da carne atingem um percentual de digestão entre 95% a 100%.
Proteínas vegetais são bem menos digeríveis e o percentual de digestibilidade
que atingem, não ultrapassa os 75%.
A carne ainda apresenta outros compostos nitrogenados não protéicos. São os
aminoácidos livres e algumas aminas, entre outros. Estes produtos não possuem um
valor nutritivo de relevância, mas representam fontes de nitrogênio para aminoácidos
e síntese protéica (Nutrição para os Músculos.).
Figura 12 – Ilustração das estruturas de uma proteínaFonte: http://www.assis.unesp.br/egalhard/traducao.htm
9.2 Os lipídios
Os lipídios são um grupo de nutrientes formado por ácidos graxos essenciais,
vitaminas lipossolúveis e fosfolipídios. Destes, os triacilgliceróis (figura 13) são os de
maior interesse para este trabalho, visto que o estudo e a descrição do metabolismo
destes compostos, desde a digestão até a utilização pelo organismo, é a forma
escolhida de comprovação da transferência do carbono da gordura da carne bovina
para o organismo do ser humano.
67
Os lipídios desempenham um relevante papel na alimentação devido ao grande
valor energético que contém, cerca de 9 cal/g (calorias por grama), em relação aos
carboidratos, aproximadamente 3 cal/g.
De forma semelhante às proteínas, os lipídios também estão em teores
variáveis na composição da carne. O teor de gordura na carne bovina varia de
acordo com diversos aspectos e características do animal, como a idade, o sexo, a
raça, a espécie e alimentação fornecida.
Animais jovens possuem carne com menor proporção de gordura do que
animais adultos, uma vez os jovens têm menor predisposição para o acúmulo de
gorduras.
As fêmeas têm menor tendência que os machos para formar e depositar
gordura. Entretanto, os animais castrados tendem acumular depósitos gordurosos.
Devido às vantagens econômicas para os criadores, a castração dos machos é
uma prática muito comum e é realizada com a finalidade do animal ganhar peso,
além de torná-lo mais dócil para o manuseio.
A raça é um fator determinante que influencia na quantidade de gordura que o
animal acumula. Algumas raças de corte britânicas têm maior predisposição ao
acúmulo de gorduras, do que raças continentais européias ou zebuínos.
O valor calórico dos lipídios da carne é devido aos ácidos graxos, aos
triglicerídeos e fosfolipídios presentes em sua composição.
As vitaminas lipossolúveis e os ácidos graxos essenciais são lipídios que têm
um desempenho maior em relação à suas funções energéticas básicas.
Ácidos graxos são compostos orgânicos de cadeias carbônicas que
apresentam como grupo funcional, a carbonila (–COOH). Os ácidos graxos que são
considerados essenciais são o ácido graxo linoléico e o araquidônico.
Os fosfolipídios são compostos fundamentais na estrutura das membranas que
formam as paredes das células, pois contribuem com a regulação do metabolismo
celular. Apresentam concentrações relativamente constantes nos tecidos magros,
contendo menor proporção de ácidos graxos poliinsaturados.
Outro lipídio importante da membrana celular, particularmente do cérebro e
sistema nervoso é o colesterol, que é também essencial para a síntese de sais
biliares e alguns hormônios, entre os quais, estão os hormônios sexuais.
A maior parte do colesterol é sintetizado pelo tecido hepático.
68
No fígado de um indivíduo saudável são produzidos entre 800 e 1.500 mg de
colesterol diariamente.
Este lipídio desempenha importantes funções fisiológicas e tem sua taxa
aumentada no sangue quando a dieta for desbalanceada pela ingestão abusiva de
carnes gordurosas, contendo maior proporção de ácidos graxos saturados.
Isto pode acarretar a formação de placas gordurosas em partes importantes do
sistema circulatório do homem, causando problemas cardiovasculares.
Os ácidos graxos que fazem parte da composição dos triglicerídeos da carne
bovina são relativamente saturados, sendo que os de maior saturação são o
palmítico e o esteárico. O ácido graxo insaturado mais abundante é o oléico.
Por estes motivos, diz-se que as gorduras da carne são saturadas e gorduras
vegetais são insaturadas ou poliinsaturadas.
Com o desenvolvimento das pesquisas e aumento da preocupação dos
médicos em relação aos efeitos das gorduras animais sobre o organismo humano e,
aproveitando a polêmica gerada em torno dos malefícios que estas gorduras podem
trazer para a saúde, as indústrias de óleos vegetais tiveram um crescimento
bastante significativo.
Ao mesmo tempo, a bovinocultura e também outras atividades pecuárias
tiveram que passar por profundas reformulações, deixando de produzir carnes
gordas, buscando na seleção genética e numa alimentação adequada, a produção
de carnes magras (Nutrição para os Músculos.).
Figura 13 – Ilustração do triacilglicerolFonte: www.enq.ufsc.br/.../const_microorg/lipideos.htm
69
9.3 Os glicídios
Os glicídios ou carboidratos são nutrientes muito escassos no organismo
animal, sendo que os maiores teores encontram-se nos músculos e no fígado.
A grande importância dos glicídios é participar do metabolismo energético,
entretanto os glicídios encontrados na carne desempenham uma importante função
no que diz respeito à regulação do pH (indicador de acidez do meio).
As carnes contêm principalmente glicogênio, mas também contêm outros
açúcares que se encontram livres, em particular a glicose e a frutose, independentes
da maltose e da ribose.
O percentual de glicogênio encontrado na carne de bovinos recém abatidos é
de cerca de 3% da massa. Durante o processo de maturação da carne o glicogênio
é convertido em ácido láctico.
Com a diminuição do glicogênio e aumento do ácido lático, o índice de acidez
também aumenta provocando uma queda no pH.
A quantidade de glicogênio nos músculos varia de acordo com o estado de
nutrição e de descanso do animal, sendo maior sempre que o animal de corte estiver
bem alimentado e descansado, pois condições estressantes também exercem
influência no teor de glicogênio.
A presença de boas quantidades de glicogênio na carne, implica melhores
condições para a conservação do produto. Quanto maior a concentração de
glicogênio, maior será a conversão em ácido lático, dificultando o desenvolvimento
dos microrganismos (Nutrição para os Músculos.).
9.4 O ferro como mineral
Os sais minerais da carne estão associados ao tecido magro. Muitos minerais
importantes ao organismo do homem são encontrados na carne bovina, entretanto
dos minerais presentes e indispensáveis, o ferro é o mais versátil biologicamente,
pois participa de processos bioquímicos importantes.
Estes processos dos quais o ferro participa, são decisivos para a manutenção
da saúde e funcionamento do organismo humano. Este elemento encontra-se
distribuído nas células e enzimas como ferro funcional, e no fígado, baço e medula
óssea onde é armazenado.
70
O ferro funcional representa cerca de 65% do total contido deste elemento no
organismo, estando presente na hemoglobina e em várias enzimas celulares, que
participam dos mais diversos processos biológicos, principalmente no transporte de
oxigênio e gás carbônico feito pela hemoglobina das células sanguíneas vermelhas
e pela mioglobina do músculo (Nutrição para os Músculos.).
9.5 As vitaminas
As vitaminas exercem suas ações em doses muito reduzidas, sendo quase
sempre como componentes de enzimas do organismo.
Das vitaminas que são conhecidas, algumas não tendo uma maior importância,
as mais frequentemente encontradas na carne são as do complexo B e entre as
vitaminas lipossolúveis, encontra-se principalmente a vitamina A.
As vitaminas D, E e K também são encontradas na carne, porém em menor
quantidade.
O ácido ascórbico ou vitamina C também ocorre na carne em quantidades
extremamente pequenas.
Considerando o fator solubilidade, as vitaminas são classificadas em
lipossolúveis, as vitaminas A, D, E e K, e hidrossolúveis as vitaminas do complexo B
e o ácido ascórbico.
Biologicamente ativa, a vitamina A é encontrada exclusivamente em alimentos
de origem animal e entre suas funções está a manutenção da capacidade normal da
visão. Esta vitamina é ainda importante para proteger os tecidos epiteliais e para o
desenvolvimento do esqueleto e dos dentes.
A vitamina B tem importância no desenvolvimento dos dentes, pois favorece a
absorção e a utilização do cálcio e do fósforo.
Com exceção do óleo de fígado de bacalhau, da gema de ovo e do creme de
leite, os produtos de origem animal são muito pobres em vitamina D que é ativada
pela ação da luz e dos raios ultravioleta.
Também chamada de vitamina da reprodução, a vitamina E a exemplo das
vitaminas A e D, é encontrada em concentrações muito pequenas na carne, algo em
torno de 4,0 mg por 100 g de carne.
71
A vitamina K também denominada vitamina da coagulação ou anti-
hemorrágica, é encontrada na carne bovina em pequenas quantidades, cerca de
0,15 mg por 100 g de carne.
A vitamina C, hidrossolúvel, é encontrada no leite de vaca, no fígado bovino e
no sangue de animais adultos. Com exceção das vísceras, a vitamina C é contida
em quantidades mínimas nas carnes musculares.
O complexo B, hidrossolúvel, é representado na carne principalmente pela
tiamina, riboflavina e niacina, seguidas do ácido pantotênico, vitamina B6, vitamina
B12, ácido fólico e biotina. A tiamina, ou vitamina B1 tem ação no metabolismo dos
carboidratos.
A vitamina B2 ou riboflavina é importante no crescimento, participando dos
sistemas enzimáticos do organismo e são responsáveis pela regulação dos
processos energéticos. A niacina, nicotinamida ou ácido nicotínico, desempenha
funções assemelhadas à tiamina e à riboflavina no organismo.
A vitamina B6, ou piridoxina, é um componente de enzimas que regula o
metabolismo protéico do organismo.
O ácido pantotênico é um componente essencial da molécula da coenzima A,
que tem grande importância em variados processos metabólicos.
Um dos mais importantes antianêmicos é a vitamina B12, juntamente com o
ácido fólico e o ácido pantotênico (Nutrição para os Músculos.).
72
10 AS VIAS METABÓLICAS
Muitas são as vias metabólicas responsáveis pelo perfeito funcionamento do
organismo não só do homem, mas de qualquer ser vivo.
Estas vias são denominadas de acordo com os processos bioquímicos
principais que ocorrem em torno de um determinado nutriente, envolvendo ações de
complexos protéicos catalíticos especializados (enzimas), que sucessivamente
transformam este nutriente inicial, de um composto em outro.
As principais vias ou rotas metabólicas são agora listadas, citando alguns
aspectos característicos de cada uma.
Os dados que serão apresentados, são um apanhado geral dos conteúdos da
disciplina de Bioquímica, cujas aulas foram ministradas pela Professora Doutora
Trícia Albuquerque no semestre de 2006/2 no campus do Unilasalle em Canoas, RS,
gerando uma tabela para estudos, a qual foi integralmente corrigida e avaliada pela
titular da disciplina.
A Glicólise é a via metabólica na qual substratos como os açúcares glicose,
frutose e galactose, são oxidados para produzir energia produzindo em células
aeróbias 38 ATP (adenosina trifosfato) e em células anaeróbias, somente 2 ATP.
Com exceção do fígado no período de jejum, ou seja, quando não há mais
alimento sendo digerido e absorvido, todos os tecidos realizam a glicólise.
A Gliconeogênese tem por objetivo produzir glicose para a manutenção dos
níveis glicêmicos, ou seja, manter a taxa de glicose dentro dos níveis adequados
para a produção de energia. Esta via usa como substratos os aminoácidos
provenientes dos músculos do próprio corpo, o glicerol dos adipócitos (células do
tecido adiposo) e também o lactato das hemácias. Cerca de 90% do processo da
Gliconeogênese ocorre no fígado e os 10% restantes nos rins durante o período do
jejum, sendo regulado pelo hormônio glucagon.
73
A Glicogênese é a via responsável pela formação de glicogênio que é uma
cadeia de moléculas de glicose ligadas umas às outras, com o objetivo de formar
reservas de glicose para as outras vias que utilizam este substrato. Este processo
acontece nos tecidos hepático e muscular esquelético durante o período absortivo,
ou seja, enquanto o organismo ainda está absorvendo nutrientes da dieta, sendo
regulado pelo hormônio insulina.
A Glicogenólise ocorre no fígado, logo no início do jejum e nos músculos
esqueléticos, tanto no jejum como no absortivo. No fígado o objetivo desta via é
geras glicose para manter a glicemia e nos músculos, gerar glicose a partir da
quebra do glicogênio, para formar substrato gerador de energia.
A Biossíntese de ácidos graxos é a via responsável pela conversão do carbono
consumido na dieta, no ácido graxo chamado Palmitato com cadeia de 16 carbonos.
Este processo metabólico acontece no fígado, nas glândulas mamárias e no
tecido adiposo, uma reserva de carbono com finalidades energéticas e acumulada
sob a forma de gordura. É regulado pelo hormônio insulina e ocorre durante o
período absortivo, utilizando como substratos o acetil-CoA e o malonil-CoA dois
compostos bioquímicos formados durante os processos metabólicos.
A β-Oxidação de ácidos graxos tem por objetivo, produzir energia a partir dos
estoques de tecido adiposo. O substrato desta via é o ácido graxo-CoA e os
produtos são acetil-CoA, NADH e FADH2. Ocorre preferencialmente nas células dos
tecidos que possuam mitocôndrias (figura 14), que são estruturas citoplasmáticas
especializadas em produção de energia, não sendo, contudo uma função exclusiva
destas estruturas (MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.)..
Este processo acontece durante o período de jejum e durante exercícios
físicos, situações em que se requer maior produção de energia.
A síntese de corpos cetônicos utiliza o acetil-CoA produzido na via anterior
para formar aceto-acetato, acetona e β-hidroxibutirato. O objetivo da via é sintetizar
fontes alternativas de energia para vários tecidos. Este processo ocorre
exclusivamente na matriz mitocondrial das células do fígado em períodos de jejum
muito prolongado, sendo regulado pelo hormônio glucagon.
O ciclo da uréia utiliza como substratos os cátions amônio (NH4)+ e o aspartato,
outro produto das vias metabólicas, para produzir uréia. O objetivo da via é produzir
o composto de nitrogênio que é inerte ao organismo, para que este possa excretá-lo.
74
Este processo ocorre exclusivamente no fígado durante o período absortivo em
que a dieta foi composta de muita proteína, ou em um jejum muito prolongado,
havendo, portanto um hormônio regulador.
O processo metabólico do organismo humano objeto de pesquisa deste
trabalho para confirmar a transferência do carbono da carne e da gordura bovina
para o homem, é o metabolismo de lipídios e será melhor explorado e descrito no
próximo capítulo.
Figura 14 – Ilustração de uma mitocôndriaFonte: Fonte: http://es.geocities.com/jcaKinicu/images/0108.jpg
75
11 O METABOLISMO DE LIPÍDIOS
Os lipídios são um grupo bastante heterogêneo de moléculas compostas de
cadeias carbônicas insolúveis em água, podendo ser extraídos dos tecidos por
solventes orgânicos apolares.
Obtidos na dieta ou produzidos endogenamente (os sintetizados pelo próprio
organismo), são distribuídos aos tecidos para utilização imediata ou ainda para
armazenamento (MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.).
Devido à hidrofobicidade encontram-se compartimentalizados, ou seja,
associados às membranas e/ou gotas de armazenamento intracelular. São
transportados na circulação por proteínas específicas e formam lipoproteínas.
Os lipídios são subdivididos nas seguintes classes: triacilgliceróis, ácidos
graxos, fosfolipídios, esfingolipídios, vitaminas A, D, E, K, esteróides e glicolipídios.
Apesar da grande importância funcional e nutricional de cada uma dessas
classes de compostos para o organismo humano, neste trabalho os triacilgliceróis e
os mecanismos compreendidos desde a digestão, passando pela absorção até o
emprego dos produtos metabólicos obtidos a partir desta classe de lipídios, são os
de maior interesse.
Os triacilgliceróis são os lipídios mais abundantes presentes na dieta. São a
forma como o excesso de nutrientes fica armazenado no organismo, sendo este
excesso proveniente da ingestão de proteínas, carboidratos ou mesmo dos próprios
lipídios (MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.).
Também chamado de triglicerídeo, uma molécula de triacilglicerol é constituída
de uma molécula de glicerol, esterificada por três moléculas de ácidos graxos, que
somente relembrando, são compostos orgânicos de cadeias carbônicas longas e
que apresentam como grupo funcional a carbonila (–COOH).
A importância maior dos lipídios para o metabolismo é devido à grande
76
capacidade energética que estes compostos possuem. Como visto anteriormente,
em comparação aos carboidratos, os lipídios apresentam a vantagem de produzir
cerca de três vezes mais energia pela oxidação de igual quantidade de substrato.
Isto representa uma enorme vantagem para os seres vivos que acumulam
energia sob a forma de gordura, uma vez que a reserva de energia do organismo
oscila em torno de 20% do total da massa corpórea.
Desta forma, um ser humano com uma massa de 70 Kg (quilograma) por
exemplo, deve possuir uma reserva de gorduras acumuladas na forma de
triacilgliceróis, compreendida entre 14 e 15 Kg.
A vantagem de armazenar energia sob a forma de triacilgliceróis em vez de
carboidratos, se torna evidente ao serem comparadas as massas destes dois
compostos que seriam necessárias para fornecer a mesma quantidade de energia.
Os triacilgliceróis são depositados sob a forma quase anidra, nas células do
tecido adiposo (gordura), podendo inclusive ocupar a maior parte do volume celular
(CAMPBELL, Mary K.).
A utilização e reconstituição das reservas energéticas pelo organismo, ocorrem
em vias metabólicas distintas, sendo que o uso das reservas do tecido adiposo para
produzir energia, se inicia com a atuação da enzima lipase sobre os triacilgliceróis,
hidrolisando estes compostos em glicerol e ácidos graxos livres. Estes produtos
seguem por vias diferentes.
O glicerol ou glicerina, não pode ser reaproveitado pelos adipócitos (células do
tecido adiposo), sendo liberado na circulação. No fígado e em outros tecidos
dotados da enzima glicerol quinase, o glicerol é convertido a glicerol-3-fosfato e
transformado em diidroxiacetona que será utilizada como um intermediário da
glicólise ou da gliconeogênese (MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.).
Os ácidos graxos liberados dos adipócitos são ligados à albumina, uma
proteína que possibilita o transporte destes compostos na corrente sanguínea.
Tal ligação com a albumina é necessária devido à hidrofobicidade dos ácidos
graxos, pois do contrário, seu transporte na forma livre seria impossível.
Nas células os ácidos graxos participam como substratos da via β-oxidação de
ácidos graxos cujo objetivo é a conversão destes compostos em energia.
As células do tecido nervoso e as hemácias são exceções a este processo,
pois estes tecidos são incapazes de produzir energia a partir da degradação dos
ácidos graxos, encontrando exclusivamente na glicose sua fonte energética
77
(MARZZOCO, Anita.; TORRES, Bayardo Baptista.).
Por este motivo, pessoas que alteram drasticamente sua alimentação ou que
por algum motivo, passam a não se alimentar na tentativa de um emagrecimento
acelerado, podem comprometer o sistema muscular de onde o organismo retira
aminoácidos através da degradação das proteínas, para fornecer substrato à via
glicogênese. Isto pode acarretar uma diminuição da massa muscular, que é mais
frequentemente observado em idosos (MURRAY, Robert K. et al).
Os ácidos graxos que são liberados pela hidrólise dos triacilgliceróis, têm por
destino a produção de energia para as células e um dos produtos finais de todas as
etapas e transformações do metabolismo, é o CO2. Evidentemente há outros
compostos que retornam aos ciclos do organismo.
Mas em particular, os átomos de carbono que se encontravam fixados na
cadeia do ácido graxo, ao reagirem com o oxigênio atmosférico dentro das células,
irão retornar à atmosfera como CO2 quando o organismo os eliminar na respiração.
Este CO2 retoma o ciclo do carbono, ficando durante certo tempo no ar,
intervindo novamente no efeito estufa até que seja absorvido novamente na
fotossíntese ou dissolvido em um manancial.
Nestas circunstâncias, a trajetória estudada estaria completada, pois os átomos
de carbono aos quais este trabalho se referiu até aqui, finalmente chegaram ao
organismo humano e a partir de agora não mais estarão descrevendo uma trajetória,
mas sim participando dos ciclos naturais contínuos deste elemento.
Entretanto resta saber como o carbono foi parar no corpo humano quando o
homem se alimentou com a carne bovina.
O primeiro passo é entender como ocorre a digestão das gorduras no aparelho
digestório humano.
11.1 A digestão e absorção dos lipídios
Devido o grande tamanho que possuem, as moléculas de quase todos os
alimentos que são ingeridos pelo ser humano não podem ser absorvidas pelo
organismo como nutrientes, estando na forma estrutural na qual foram ingeridas.
É necessário que haja uma clivagem, ou seja, em termos químicos e
bioquímicos, uma “quebra” das ligações entre os átomos da mesma molécula,
dividindo-a em várias outras bem menores. Esta clivagem é realizada quando as
78
proteínas catalíticas (enzimas) atacam as moléculas dos compostos nutrientes para
o organismo, sendo este processo necessário em função do trato digestivo do
homem e dos seres vivos de uma forma geral, não possuir mecanismos adaptados à
absorção de moléculas muito volumosas.
Um exemplo clássico deste processo é a utilização do amido, um glicídio de
cadeia carbônica muito grande. O amido é inclusive um polímero natural e só pode
ser utilizado pelo organismo, depois de ser dividido em moléculas menores como as
da glicose.
A essa desintegração dos alimentos para se obter compostos assimiláveis pelo
organismo, dá-se o nome de digestão.
Da mesma forma, os lipídios precisam ser degradados para que possam ser
assimilados pelo organismo. A digestão tem início já na cavidade oral enquanto o
alimento está sendo mastigado.
Uma mastigação adequada é essencial para o bom desempenho da digestão,
pois quanto melhor mastigado estiver o alimento, maior se torna a área de contato
das suas partículas ampliando a ação enzimática, que como consequência produz
um melhor aproveitamento da quantidade de alimento ingerida.
A saliva produzida e secretada pelas glândulas salivares é levemente ácida,
com um pH de aproximadamente 6,8. Entretanto este pH pode variar para mais ou
para menos em relação à neutralidade.
A saliva é composta de aproximadamente 95% de água e contém uma proteína
chamada mucina, que atua como lubrificante para a mastigação e deglutição
(MURRAY, Robert K. et al).
Quando o alimento é introduzido na cavidade oral, a saliva o torna mais úmido
ao adicionar água, formando um meio propício para a mobilidade das enzimas que
devem agir no alimento.
Algumas enzimas presentes na cavidade oral pertencem a um grupo chamado
de hidrolases, cuja função é hidrolisar as moléculas do alimento que está sendo
mastigado.
Admitindo que o alimento que está sendo mastigado seja um pedaço de carne
bovina, a qual se sabe conter gorduras em proporções variadas e que estão sob a
forma de triacilgliceróis, a ação de umas destas hidrolases, a lipase lingual, inicia o
processo de conversão dos triacilgliceróis em glicerol e ácidos graxos livres.
Uma vez que foi devidamente mastigada e submetida à lipase lingual, a carne
79
é deglutida, e todo o conjunto dos nutrientes que a compõe passa a ser processado
no estômago.
No estômago a digestão continua, porém sob influência do suco gástrico, uma
secreção estomacal com coloração amarelada contendo aproximadamente 0,35%
de ácido clorídrico e acidez que oscila em torno do pH 1 (MURRAY, Robert K. et al).
Aproximadamente 98% do suco gástrico é água. O restante compreende o
ácido clorídrico, sais minerais, mucina e enzimas digestivas como a pepsina, a
renina e uma lípase.
O ácido clorídrico que compõe o suco gástrico humano é produzido e
secretado pelas células parietais. O suco gástrico é responsável pela desnaturação
das proteínas, ou seja, a estrutura da proteína é perdida devido à destruição das
pontes de hidrogênio, causando o desdobramento da cadeia polipeptídica e
facilitando o ataque enzimático.
Considerando que as proteínas dos microorganismos também sofrem
desnaturação pela ação do ácido clorídrico e que com isso a ação de muitos destes
microorganismos torna-se nula para o organismo do homem, o suco gástrico
também atua como uma defesa natural do corpo contra agentes infecciosos
(MURRAY, Robert K. et al).
Muito embora o objetivo aqui seja a digestão dos lipídios, este comentário a
respeito do suco gástrico é particularmente interessante e com certeza merece ser
destacado.
Os fatores físicos como a temperatura e a ação mecânica que o estômago
dispõe sobre o bolo de lipídios em processo de digestão, são imprescindíveis para
fundir e emulsionar as gorduras. O calor do estômago funde os triacilgliceróis e os
movimentos causados pelas contrações da musculatura estomacal, promovem a
agitação que emulsiona as gorduras tornando-as mais vulneráveis à ação da lipase
gástrica e favorecendo a hidrólise dos triglicerídeos.
A lipase gástrica secretada no estômago é a lipase pré-duodenal mais
importante no metabolismo humano (MURRAY, Robert K. et al).
As lipases (figura 15) lingual e gástrica são responsáveis pelo início da
digestão lipídica. Os triacilgliceróis contêm em suas moléculas ácidos graxos de
cadeias carbônicas curtas, médias e longas, sendo que normalmente os de cadeias
longas possuem insaturações, ou seja, ligações duplas entre os átomos de carbono.
80
Figura 15 – A ação das lipasesFonte: http://138.192.68.68/bio/Courses/biochem2/FattyAcid/FADegradation1.html
O principal objetivo da hidrólise é formar ácidos graxos livres para possibilitar a
absorção destes compostos no organismo, que os disponibiliza para as vias
metabólicas às quais serão destinados. A ação da lipase (figura 16), porém é efetiva
nas ligações éster primárias das posições 1 e 3 dos triacilgliceróis, formando 1,2-
diacilglicerol e ácidos graxos livres.
O processo de digestão no estômago retém o bolo alimentar de duas a quatro
horas. Neste espaço de tempo, mais ou menos 30% dos lipídios na forma de
triacilgliceróis são digeridos.
Os ácidos graxos que foram removidos do glicerol e que possuem cadeias
curtas e alguns de cadeias médias são absorvidos através das paredes do
estômago, sendo liberados na veia porta, um sistema da circulação sanguínea que
direciona os nutrientes absorvidos da dieta para o fígado, sendo também chamado
de sistema porta (MURRAY, Robert K. et al).
Neste momento, muitos carbonos que constituíam a gordura da carne bovina,
cujo processo de digestão vem sendo cuidadosamente descrito, já se encontram
absorvidos e a caminho das vias do metabolismo humano que irão fixá-lo no tecido
adiposo novamente sob a forma de triacilglicerol.
Todo este processo é por demais interessante, para que o estudo seja
concluído nesta etapa. Ainda resta entender o que acontece com os ácidos de
cadeias longas que seguiram para o intestino e quais os caminhos que estes
compostos ainda precisam percorrer até que sejam transformados em reserva
energética.
81
Figura 16 – Ilustração da ação da lipase no adipócitoFonte: http://138.192.68.68/bio/Courses/biochem2/FattyAcid/FADegradation1.html
Um adulto que tem uma dieta variada e equilibrada consome algo em torno de
60 até 150 gramas de lipídios diariamente. Deste total, aproximadamente 90% são
triacilgliceróis e o restante dos lipídios da dieta, compreende o colesterol, os
fosfolipídios e os ácidos graxos não esterificados (CHAMPE, Pámela C.; HARVEY,
Richard A).
Os ácidos graxos de cadeias longas e os de cadeias médias removidos do
triacilglicerol e que não foram absorvidos no estômago, se agrupam em gotículas e
são transferidos para o duodeno, onde a digestão destes ácidos de cadeias mais
longas terá continuidade. O bolo alimentar no estômago, também chamado de
quimo, durante o processo de digestão está intermitentemente sendo introduzido no
duodeno através da válvula pilórica.
Secreções pancreáticas e biliares que possuem caráter básico neutralizam a
acidez do suco gástrico, alterando o pH de ácido para básico, podendo chegar a
aproximadamente pH 8,5.
Esta alteração do pH do meio é necessária, pois as enzimas contidas nos
sucos pancreático e intestinal que são responsáveis pela continuidade do processo
digestivo, somente atuam em meio básico.
82
A bile excretada é produzida pelo fígado nos espaços compreendidos entre as
refeições, sendo armazenada na vesícula biliar.
Durante o processo de digestão, a vesícula biliar se contrai enviando bile para
o duodeno através do duto biliar. As secreções do pâncreas também são enviadas
pelo mesmo duto, no qual as duas secreções são misturadas pouco antes de serem
lançadas no duodeno. Por isto, este duto é chamado de duto comum (MURRAY,
Robert K. et al).
A bile é formada por água, ácidos biliares, mucina e pigmentos biliares,
colesterol, ácidos graxos esterificados e não esterificados, além de alguns sais
inorgânicos.
Os sais biliares são derivados do colesterol e agem de forma a baixar a tensão
superficial, como faz um detergente usado em limpeza, sendo que a ação destes
sais no intestino possibilita a emulsificação das gorduras em finas partículas
(CHAMPE, Pámela C.; HARVEY, Richard A).
A presença da bile no intestino é de grande importância para a digestão e a
absorção das gorduras e das vitaminas lipossolúveis.
Esta importância se verifica quando por algum motivo, a digestão das gorduras
apresenta alguma alteração da normalidade. No caso de deficiência na quantidade
e/ou qualidade da bile, as gorduras não são devidamente processadas, passando a
acumular-se em torno das partículas de outros nutrientes.
Quando isto ocorre, a gordura forma uma camada protetora que dificulta, ou até
mesmo impede o ataque das enzimas especializadas ao alimento recoberto
comprometendo a eficiência da digestão destes alimentos.
Uma outra grande utilidade da bile ao organismo, se refere à capacidade
funcional que possui de excretar substâncias tóxicas como sais e pigmentos biliares,
colesterol, toxinas, muitos tipos de fármacos e algumas substâncias inorgânicas
como zinco e mercúrio.
A secreção do pâncreas é um fluido sem viscosidade, aquoso e alcalino. O pH
desta secreção é claramente básico e alcança valores acima do pH 7,5 ou ainda
maior de pH 8,0. Como já foi visto, este fluido em conjunto com a bile neutraliza o
ácido estomacal preparando o bolo alimentar para a digestão no intestino.
No suco pancreático são encontradas muitas enzimas que agem sobre os
principais alimentos (MURRAY, Robert K. et al).
Incluídas entre estas enzimas, estão as lipases que atacam os lipídios que
83
contém os carbonos da gordura da carne bovina.
A lipase pancreática tem sua atuação na interface óleo-água das partículas
gordurosas contendo os ácidos graxos de cadeias longas e alguns de cadeias
médias, hidrolisados pelas lipases lingual e gástrica e que foram emulsionados
graças ao efeito dos sais biliares e dos movimentos musculares do intestino.
Como visto anteriormente, a hidrólise completa dos triacilgliceróis pela ação
das lipases, produz ácidos graxos livres e glicerol. Entretanto a lipase pancreática
limita-se à hidrólise das ligações éster primárias, ou seja, as posições 1 e 3 da
molécula de glicerol ligada aos ácidos graxos (MURRAY, Robert K. et al).
Esta especificidade da lipase pancreática tem como consequência a retirada
dos ácidos graxos das posições terminais do triacilglicerol, gerando um outro
composto, o 2-monoacilglicerol.
Como o ultimo ácido graxo ligado ao glicerol encontra-se na posição 2, isto é,
na ligação éster secundária, removê-lo do glicerol é um tanto quanto difícil.
Para que isto seja possível é necessário que ocorra uma isomerização a uma
ligação éster primária, um processo razoavelmente lento e que é catalisado pela
enzima isomerase.
Desta forma o 2-monoacilglicerol se torna o principal produto final do processo
de digestão dos triacilgliceróis, que ao término do percurso no aparelho digestório
têm completamente degradados em glicerol e ácidos graxos livres, menos de 25%
da quantidade total inicialmente ingerida destes lipídios (MURRAY, Robert K. et al).
Finalizada a digestão dos lipídios (figura 17) que resultaram em 2-
monoacilglicerol, glicerol e ácidos graxos livres, inicia-se agora uma nova etapa no
trato gastrointestinal chamada de absorção. Nela os produtos da digestão, e
evidentemente não só dos lipídios que estão sendo estudados, mas todos os outros
nutrientes são absorvidos no intestino que é o principal órgão de absorção do
aparelho digestório humano (MURRAY, Robert K. et al).
O estômago também é capaz de absorver nutrientes, porém em muito pouca
quantidade, com exceção dos ácidos graxos de cadeias curtas e médias, além do
etanol das bebidas alcoólicas. Sendo o principal órgão de absorção,
aproximadamente 90% dos compostos nutrientes ingeridos são absorvidos durante
as passagens do intestino delgado. A água é absorvida gradativamente durante o
percurso, sendo a absorção mais acentuada no intestino grosso onde o conteúdo
que no intestino delgado era mais líquido, fica mais pastoso e seco no cólon.
84
Figura 17 – Ilustração da digestão e absorção de lipídiosFonte: http://jacintocosta.com.br/focbioquimica/Image1.gif
O 2-monoacilglicerol, pequenas quantidades de 1-monoacilglicerol e ácidos
graxos livres deixam a faze oleosa da emulsão lipídica, difundindo-se para as
micelas (figura 18) e lipossomos.
Estas estruturas consistem principalmente dos sais biliares e do colesterol que
contidos na secreção biliar, solvatam as moléculas dos lipídios.
Como a parte apolar da micela está voltada para o centro da estrutura onde se
encontra o lipídio, a parte polar encontra-se voltada para o meio externo o que torna
as micelas que se formaram solúveis. Desta forma, os produtos formados na
digestão dos triacilgliceróis podem ser transportados pelo meio aquoso do lúmen
intestinal.
As micelas transportam os produtos dos lipídios até as bordaduras das células
85
da mucosa intestinal onde são absorvidos para o interior do tecido epitelial.
Já no interior das paredes do intestino, os 1-monoacilgliceróis são novamente
hidrolisados para produzirem glicerol e ácidos graxos livres. Esta hidrólise é
realizada pela enzima glicerol ésterhidrolase, que difere da lipase pancreática.
Os 2-monoacilgliceróis através da via do monoacilglicerol são novamente
transformados em triacilglicerol. Os ácidos graxos, no entanto para serem utilizados
na reconstrução dos triacilgliceróis, necessitam primeiramente ser convertidos em
acil-CoA pela enzima acil-CoA sintetase (MURRAY, Robert K. et al).
Os triacilgliceróis com cadeias carbônicas curtas e médias podem ser
absorvidos na forma como se encontram, hidrolisados em seguida pela enzima
glicerol ésterhidrolase.
O glicerol separado dos ácidos e liberado no lúmen passa diretamente para o
sistema da veia porta, o que não acontece com o glicerol que foi liberado para
dentro das células do intestino, pois pode ser reutilizado na síntese do triacilglicerol,
depois da ativação deste glicerol passando a glicerol 3-fosfato.
Desta forma, os ácidos graxos de cadeia longa e que foram absorvidos pelas
células da mucosa do intestino são novamente ligados à molécula do glicerol, para
sintetizar novamente os triacilgliceróis.
Uma vez sintetizados na mucosa intestinal, os triacilgliceróis não podem ser
transportados pela veia porta até o fígado em qualquer quantidade. A maioria de
todos os lipídios que são absorvidos forma estruturas chamadas quilomicras.
Estas quilomicras geram um fluido de aspecto leitoso e que é coletado pelos
vasos linfáticos na região do abdômen, indo para a circulação através do duto
torácico.
Independentemente da forma como são absorvidos, os ácidos graxos contendo
mais de dez átomos de carbono no comprimento da cadeia, são encontrados sob a
forma esterificada na circulação.
Sendo que a acil-CoA sintetase é específica para ácidos graxos com cadeias
contendo 12 ou mais átomos de carbono em comprimento, os ácidos graxos com
cadeias menores de dez carbonos são transportados pelo sistema porta como
ácidos graxos livres, não tendo sofrido a conversão pela enzima.
86
Figura 18 – Ilustração de uma micelaFonte: www.enq.ufsc.br/.../const_microorg/lipideos.htm
11.2 A fixação do carbono no tecido adiposo
O triacilglicerol que é transportado estando contido nas quilomicras é
degradado principalmente pelo tecido adiposo, o qual irá fixar o carbono, e pelo
músculo esquelético. Entretanto o músculo cardíaco, os pulmões e o fígado, além
dos rins, podem se valer deste lipídio para produzir energia. Em outras palavras, a
maioria das células é capaz de oxidar os ácidos graxos para obter suprimento
energético (CHAMPE, Pámela C.; HARVEY, Richard A).
Os ácidos graxos livres provenientes da dieta, que neste caso específico
provém do consumo da carne bovina, também são encontrados na circulação sendo
transportados associados à albumina sérica, uma proteína de molécula muito
volumosa e secretada pelo fígado. Esta proteína pode transportar um número
considerável de compostos, sobre tudo os hidrofóbicos, dentre os quais estão os
ácidos graxos livres e algumas drogas.
A enzima lipase lipoprotéica, produzida principalmente pelas células do tecido
87
adiposo e pelas células do tecido muscular, tem como função degradar o
triacilglicerol contido nas quilomicras em ácidos graxos livres e glicerol.
Estes compostos derivados da hidrólise podem entrar diretamente nas células
musculares ou ainda nas células do tecido adiposo (CHAMPE, Pámela C.; HARVEY,
Richard A).
A síntese do triacilglicerol ocorre na maioria dos tecidos, a partir da reação
entre ácidos graxos ativados e produtos fosforilados de três carbonos provenientes
da glicólise, podendo ser o glicerol 3-fosfato ou a diidroxiacetona fosfato (figura 19).
Figura 19 – Conversão do glicerolFonte: http://138.192.68.68/bio/Courses/biochem2/FattyAcid/FADegradation1.html
No tecido adiposo que é o de maior interesse neste trabalho, o glicerol 3-fosfato
é obtido pelo catabolismo da glicose e os ácidos graxos são ativados através da
conversão para seus CoA-ésteres (DEVLIN, Thomas M. et. al.).
A conversão de um ácido graxo livre em sua forma ativada ocorre quando o
ácido se liga com a coenzima A (CoA) (figura 20).
Esta ligação é fundamental para que o ácido possa participar da síntese do
triacilglicerol, sendo que a enzima responsável por esta conversão é a acil CoA
graxa sintetase.
Para a síntese de um triacilglicerol a partir do glicerol 3-fosfato e um ácido
graxo ativado, é necessária uma série de quatro reações em sequência, iniciando-se
com a adição de dois ácidos graxos da acil CoA graxa, um de cada vez, a remoção
do fosfato e a adição do terceiro ácido graxo.
88
Figura 20 – Ilustração da coenzima AFonte: www.unizar.es/departamentos/bioquimica_biologia/docencia/Biofvirtual/Tema-CricosE/Cricos15.jpg
No adipócito durante a glicólise e na presença de insulina na circulação,
portanto durante o período absortivo, forma-se um intermediário desta via que já foi
descrito anteriormente que é a diidroxiacetona fosfato. Este intermediário sob ação
da glicerol fosfato desidrogenase, é convertido em glicerol 3-fosfato (CHAMPE,
Pámela C.; HARVEY, Richard A).
Desta forma tem-se um dos substratos disponíveis na célula. As quatro reações
que foram mencionadas anteriormente já podem ocorrer formando como produto
final uma molécula de triacilglicerol.
Inicialmente dentro do adipócito, uma molécula de glicerol 3-fosfato e uma acil
CoA graxa se ligam sob a ação catalítica da enzima aciltransferase, que retira a
coenzima A do ácido ativado. Esta primeira reação de esterificação ocorre no
carbono terminal na outra extremidade do glicerol 3-fosfato, formando o ácido
lisofosfatídico.
Em seguida outra acil CoA graxa é ligada ao carbono secundário do glicerol,
também pela aciltransferase que retira outra CoA, formando o ácido fosfatídico que
sob a ação da enzima fosfatase recebe uma molécula de água, liberando uma
molécula de fosfato inorgânico. Neste processo é obtido o 1,2-diacilglicerol.
Finalmente mais uma acil CoA graxa é ligada ao glicerol, agora no carbono
terminal onde se encontrava ligado o fosfato. A reação é novamente catalisada pela
aciltransferase e o produto final é o triacilglicerol (CHAMPE, Pámela C.; HARVEY,
Richard A).
89
Muitos tecidos do organismo podem realizar esta síntese, porém o fígado e o
tecido adiposo o fazem em sua maior parte.
O tecido adiposo é especializado em sintetizar, armazenar e hidrolisar o
triacilglicerol, que no adipócito é estocado sob a forma quase anidra, em gotículas
líquidas no citoplasma podendo inclusive, como já foi citado, ocupar quase que
totalmente o volume celular (figura 21).
Este depósito, no entanto não é nada permanente, pois no máximo em alguns
dias é todo renovado devido à relação entre a lipólise e a síntese do triacilglicerol.
Figura 21 – Biossíntese do triacilglicerol no adipócitoFonte: www.scielo.br/img/revistas/abem/v50n2/29305f1.gif
Vale a pena relembrar que os ácidos graxos usados pelo adipócito para
sintetizar o triacilglicerol, foram obtidos da digestão e absorção dos lipídios da carne
bovina.
As gorduras desta carne foram produzidas no organismo do animal a partir dos
nutrientes obtidos com a fermentação e digestão da celulose, a qual foi formada
pelas ligações entre as moléculas de glicose.
90
A glicose por sua vez foi formada a partir da reação entre a água e o CO2 sob
luz solar e, portanto continha os carbonos fixados pela fotossíntese.
O CO2 absorvido na fotossíntese foi originado a partir da combustão dos
derivados de petróleo, que libertou na atmosfera os carbonos que estiveram fixados
no óleo durante um período extremamente grande de tempo, podendo ser até de
bilhões de anos.
De acordo com a teoria Biótica para a formação do petróleo, este mineral se
formou a partir da decomposição da matéria orgânica da biomassa, principalmente a
marinha, que foi submetida a altas pressões devido à compactação das camadas do
solo onde este processo ocorreu.
Estas formas de vida que segundo a teoria Biótica formaram o petróleo se
desenvolveram em um processo evolutivo lento e gradual, cujo ponto de partida é
ainda discutido entre os cientistas, mas se acredita que os primeiros organismos
vivos se originaram nos oceanos a partir dos compostos de carbono dissolvidos nas
águas.
Estes compostos de carbono que estariam dissolvidos nos oceanos, se
originaram das reações entre moléculas mais simples e que estavam presentes na
atmosfera primordial. Segundo o químico russo Alexandre Oparim, a energia
necessária para as reações de complexação destes compostos foi fornecida pelas
descargas elétricas dos raios causados durante as tempestades.
Esta hipótese foi inclusive reforçada pelos experimentos do professor Stanley
L. Miller em 1954, ao confinar em um recipiente, metano, amônia, água e hidrogênio,
com a finalidade de simular a atmosfera de três bilhões de anos atrás.
Provocando uma centelha na mistura dos compostos, Miller causou uma
reação cuja análise revelou uma mistura complexa de compostos de carbono,
incluindo aminoácidos.
Estes fatos já foram apresentados anteriormente, porém é importante salientar
a cada passo, os caminhos percorridos pelo carbono desde a atmosfera primitiva até
chegar à fixação nos triacilgliceróis dos adipócitos humanos.
Retornando dos primórdios para a atualidade, ao final do processo de síntese
do triacilglicerol dentro do adipócito com os ácidos graxos da dieta, chega ao final
esta incrível, complexa e fantástica viagem do carbono.
A partir de agora, o carbono fixado na gordura não mais irá descrever uma
trajetória, mas sim participar dos ciclos naturais deste elemento, em torno do qual se
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desenvolveu a química da vida.
Mas isto já é uma outra história, que pode também ser pesquisada na vasta e
extensa literatura disponível a respeito do carbono através dos tempos.
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12 CONCLUSÕES
Com a finalização deste trabalho e colocando-se fé em tudo o que foi
pesquisado, pode-se esperar que para muitos, esta seja uma história inacreditável e
impossível de acontecer. Mas a verdade é que o elemento químico carbono está na
Terra desde a sua formação conforme indicam os estudos dos muitos cientistas que
trabalharam e/ou que ainda trabalham neste campo.
As pesquisas cientificas sejam elas relativas a qualquer assunto ou área do
conhecimento, dificilmente são consideradas como definitivas em se tratando dos
resultados obtidos. Sempre haverá alguém que terá uma outra idéia a respeito de
determinado problema, e que irá tentar provar que sobre o que se sabe, na verdade
ainda não se sabe o suficiente.
Foi o que aconteceu com a proposta de composição da atmosfera inicial,
sugerida por Alexandre Oparim, verificada experimentalmente por Miller.
Se a composição dos gases e a forma como se complexaram, sugerida por
Oparim para a atmosfera primordial estiver correta, de acordo com o que foi
experimentado por Miller, os compostos de base de carbono podem mesmo ter sido
complexados na atmosfera e depois dissolvidos nos oceanos.
Neste ambiente, estes compostos tiveram mobilidade suficiente além de meio
favorável à ionização favorecendo as reações entre si, o que provavelmente levou a
um número muitas vezes maior de moléculas funcionais e que de alguma forma,
acabaram por gerar as primeiras formas de vida.
Quanto ao petróleo, independentemente da origem, se biogênica ou
abiogênica, o fato é que os carbonos deste combustível já estavam presentes na
formação do planeta. Portanto, se formado pela matéria orgânica originada a partir
dos seres vivos, em condições especiais de temperatura, pressão e ausência de
oxigênio e luz, ou por hidrocarbonetos abundantes no interior da terra, o CO2 que é
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liberado para a atmosfera quando o petróleo ou seus derivados são queimados, é
um produto da reação entre o oxigênio do ar e o carbono que segundo a ciência, se
encontra na Terra há 4,5 bilhões de anos.
Em relação ao aumento da concentração de carbono no ar, facilmente pode-se
compreender as razões deste fenômeno. A partir da combustão não só do petróleo,
mas também do carvão mineral e da biomassa para gerar energia, aumentou em
muito as quantidades de CO2 emitidas. Para o equilíbrio do ciclo de emissão, de
absorção e fixação pela fotossíntese, esta nova realidade foi muito desfavorável,
pois todo o carbono proveniente do petróleo e do carvão não fazia parte deste ciclo.
Houve assim um excesso de CO2 não absorvido e que ficou depositado na
atmosfera. Paralelamente, os grandes desmatamentos que ainda ocorrem, para dar
espaço à produção agrícola e outras atividades econômicas, reduziram ou até
mesmo eliminaram grandes áreas de florestas que agem como sumidouros
temporários de carbono.
As taxas de carbono no ar não são maiores, porque com o uso do petróleo
como fonte energética, houve um progresso tecnológico bastante significativo. Neste
cenário de desenvolvimento, apesar da destruição das áreas de florestas e
diminuição do número de indivíduos entre animais silvestres, nos quais havia uma
grande quantidade de carbono fixado, com o aumento da população mundial este
carbono foi transferido e fixado na biomassa humana.
O aumento da concentração não só do CO2, mas também de outros gases que
apresentam a propriedade de absorver radiação solar refletida pela superfície da
Terra nas ligações de suas moléculas, de acordo com os estudos realizados por
muitos cientistas do mundo todo, são os responsáveis pelo efeito estufa e
consequentemente o aquecimento global.
Absorvendo o CO2 da atmosfera, as plantas dotadas de clorofila realizam a
fotossíntese, gerando carboidratos que são aproveitados como alimento pela própria
planta e servem de substratos para a sintetização da celulose, um polímero natural
que é o principal componente da estrutura fibrosa dos vegetais.
Por não possuir um complexo enzimático capaz de hidrolisar a celulose em
glicose, o ser humano e muitos animais não utilizam a celulose como fonte de
energia. Isto é uma exclusividade de um grupo específico de organismos.
Os ruminantes, entre eles o gado bovino, apesar de não produzirem a enzima
celulase que ataca a celulose, produzindo a glicose que pode ser assimilada como
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alimento energético, possuem no seu trato digestivo colônias de microorganismos
com os quais têm uma relação de protocooperação, pois estes microorganismos
produzem a celulase.
Desta forma a celulose contida no pasto que alimenta o animal, é digerida com
o auxílio dos microorganismos produtores da celulase. No andamento do processo
digestivo do bovino, a celulose é transformada em nutrientes assimiláveis pelo
animal, transferindo o carbono que estava na atmosfera para os tecidos que
compõem o organismo do bovino.
Quando o homem faz uso da carne bovina para seu alimento e fonte
energética, os carbonos que constituíam os componentes da carne, são transferidos
para o organismo humano, através da digestão e absorção dos nutrientes pelo trato
digestivo. As enzimas chamadas de lipases degradam as gorduras da carne,
principalmente sob a forma de triacilglicerol, em glicerina e ácidos graxos livres.
Estes ácidos são transportados no organismo ligados a transportadores
específicos e no caso estudado, podem entrar diretamente nas células do tecido
adiposo.
Dentro das células, os ácidos graxos são ativados pela coenzima A, sendo
posteriormente reutilizados na síntese dos triacilgliceróis que são depositados como
reserva energética para uso do corpo quando necessário.
Desta forma, o carbono presente na formação da Terra, foi sendo transferido
de um meio para outro até que chegou ao corpo humano 4,5 bilhões de anos depois.
Como comentário de finalização, a pesquisa que originou este trabalho mostrou
muitos outros caminhos interessantes para investigação. Assuntos curiosos como a
energia solar transformada em energia química, armazenada centenas de milhões
de anos no petróleo e capaz de fazer funcionar um motor de automóvel hoje em dia.
Todos estes mecanismos e ciclos da natureza funcionando com tamanha
perfeição e sincronismo mostram a complexidade e o tanto que ainda há para se
descobrir a respeito do que chamamos de “vida”.
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