3º Tema - Obtenção de matéria pelos seres heterotróficos

Unicelularidade e pluricelularidade

Todos os seres vivos necessitam de obter nutrientes do meio ambiente. Os seres heterotróficos, visto que não têm a capacidade de sintetizar os seus próprios compostos orgâncios, limitam-se a absorvê-los, sejam unicelulares ou pluricelulares, e processam e utilizam estas substâncias de forma idêntica.

Nos seres unicelulares a absorção das substâncias dá-se através da membrana celular. As substâncias podem atravessar a membrana directamente ou podem ser incorporadas na célula em vesículas. Depois desta absorção, dá-se a digestão intracelular das substâncias.

Alguns seres pluricelulares pouco complexos podem absorver as substâncias do meio directamente para as suas células. Contudo, a maioria destes seres ingere alimentos complexos, que necessitam de sofrer uma digestão até que se transformem em substâncias mais simples, capazes de serem absorvidas. Após esta digestão, os nutrientes podem passar directamente para as células ou, como acontece nos organismos mais complexos, podem ser transportados até às células pelo sangue ou por outros fluidos.

Estrutura e constituição da membrana plasmática 

A membrana plasmática mantém a integridade celular e delimita a fronteira entre o meio intracelular e o meio extracelular, constituindo uma barreira selectiva, através da qual se processam trocas de substâncias e energia entre a célula e o meio exterior. Também funciona como sensor e permite à célula modificar-se como resposta a diversos estímulos ambientais.

A membrana celular é constituída por complexos lipoproteicos, constituídos por proteínas e lípidos, podendo em alguns casos conter glícidos. Os lípidos são, na sua maioria, fosfolípidos, colesterol e glicolípidos.

Os fosfolípidos e os glicolípidos são moléculas anfipáticas, ou seja, possuem uma extremidade polar hidrofílica (tem afinidade com as moléculas de água) e uma extremidade apolar hidrofóbica (não tem afinidade com as moléculas de água).

A membrana celular, segundo o Modelo do Mosaico Fluido, proposto por Singer e Nicholson, em 1972, é constituída por uma bicamada fosfolipídica, onde se encontram dispersos vários tipos de proteínas, e por glícidos, ligados à superfície membranar. Este modelo é assim chamado devido ao facto de admitir que a membrana não é uma estrutura rígida, existindo movimentos das moléculas que a constituem, dotando-a, assim, de grande fluidez. Pode-se verificar que as moléculas têm grande mobilidade lateral, trocando de posição com outras que se encontram na mesma camada. Ocasionalmente, podem ocorrer movimentos transversais de fosfolípidos de uma camada para a outra (movimentos de flip-flop).

Neste modelo também algumas proteínas apresentam mobilidade, enquanto outras estão fixas. Pode-se classificar as proteínas membranares em dois grandes grupos:

• proteínas periféricas ou extrínsecas - estão à superfície, podendo ser facilmente isoadas da membrana, pois encontram-se associadas por ligaçõeselectroestáticas fracas às partes hidrofílicas dos lípidos ou de proteínas integradas;
• proteínas integradas ou intrínsecas - estão fortemente ligadas às zonas hidrofóbicas dos lípidos, podendo mesmo atravessar a membrana de um lado ao outro (proteínas transmembranares).

Movimentos transmembranares

A membrana celular é responsável pela passagem de diversas substâncias nos dois sentidos (do meio extracelular para o meio intracelular e ao contrário). Esta passagem não ocorre da mesma maneira para todas as substâncias. 

Osmose

Este movimento consiste na deslocação da água do meio hipotónico (onde a concentração de soluto é menor) para o meio hipertónico(onde a concentração de soluto é maior).

Se uma célula for colocada num meio hipertónico, dá-se um movimento da água do vacúolo para o exterior da célula, o que faz com que o vacúolo diminua de volume, ficando a célula plasmolisada.

Se uma célula for colocada num meio hipotónico, dá-se a entrada de água para o vacùolo, que aumenta de volume, comprimindo o núcleo e o citoplasma contra a parede celular (no caso de uma célula vegetal). A célula fica túrgida. No caso de uma célula animal, a célula pode atingir o seu volume máximo e, devido à não existência de uma parede celular, rebenta. A isto dá-se o noe de lise celular.

Difusão simples

Este movimento consiste num deslocamento de substâncias que não a água do meio onde a sua concentração é maior para o meio onde a sua concentração é menor (a favor do gradiente de concentração). Quando se atinge um equilíbrio de concentrações, este movimento continua, sendo que o número de moléculas que atravessa a membrana num sentido é idêntico ao que atravessa no sentido inverso, não ocorrendo, por isso, nenhuma alteração nas concentrações em qualquer um dos lados da membrana.

Este processo é considerado um transporte passivo porque ocorre devido à agitação térmica das moléculas e, tal como na osmose, a sua ocorrência não exige gasto de energia por parte das células.

Difusão facilitada

Consiste na deslocação de moléculas polares de dimensões consideráveis através da membrana a favor do gradiente de concentração, mas a uma velocidade superior. Isto ocorre devido à existência de proteínas transportadoras na membrana, que promovem a passagem destas moléculas. As proteínas são específicas para cada tipo de substância e são chamadas permeases. 

O processo de difusão facilitada efectua-se em 3 etapas:

1. ligação da molécula a transportar à permease;
2. alteração conformacional da permease, que permite a passagem da molécula através da membrana e a sua separação da permease;
3. regresso da permease à sua forma inicial.

Transporte activo

Consiste no movimento de substâncias contra o gradiente de concentração, através de proteínas transportadoras, com gasto de energia por parte da célula.

No transporte activo, as mudanças de forma na proteína transportadora ocorrem devido à energia resultante da hidrólise de ATP (Adenosina Trifosfato). Nesta situação, as proteínas transportadoras comportam-se como enzimas, sendo designadas ATPases.

Transporte de partículas - endocitose e exocitose 

Endocitose é o transporte de moléculas, partículas com maiores dimensões ou até pequenas células para o interior da célula, por invaginação da membrana plasmática.

Existem vários tipos de endocitose:

• Fagocitose - A membrana plasmática engloba partículas de grandes dimensões ou mesmo células inteiras. A célula emite pseudópodes, que englobam a partícula, formando uma vesícula fagocítica que se destaca da membrana para o interior do citoplasma, que se fundem com lisossomas e dão origem a vacúolos digestivos;
• Pinocitose - Processo semelhante à fagocitose no qual as substâncias que entram nas células são substâncias dissolvidas ou fluidos, pelo que as vesículas são de menores dimensões. Neste processo não há utilização de pseudópodes;
• Endocitose mediada por receptor - Processo de endocitose em que macromoléculas entra na célula, ligadas à membrana das vesículas da endocitose.

Exocitose é o processo inverso à endocitose, no qual as células libertam para o meio extracelular substâncias armazenadas em vesículas. Neste processo, as vesículas de secreção fundem-se com a membrana plasmática, libertando o seu conteúdo para o meio extracelular.

Digestão intracelular - importância do sistema endomembranar 

A membrana plasmética não é a única membrana existente na célula. O plasmalema encontra-se em contacto com um sistema de membranas, constituído pela membrana do invólucro nuclear, retículo endoplasmático e complexo de Golgi. Este sistema de membranas designa-se por sistema endomembranar.

O sistema endomembranar está relacionado com os processos de digestão celular, verificando-se que existe uma relação funcional entre os seus constituintes, e particularmente, entre o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi e os lisossomas.

Retículo endoplasmático

Grande parte da superfície membranar interna das células é constituída por uma extensa rede de membranas, que se distribui por todo o citoplasma e se denomina retículo endoplasmático (RE).

O retículo endoplasmático é um conjunto de cisternas achatadas, túbulos e vesículas esféricas, formando um sistema contínuo entre a membrana plasmática e o invólucro nuclear.

Existem 2 tipos de RE - o retículo endoplasmático rugoso (RER), que possui ribossomas ligados à face externa das suas membranas, e o retículo endoplasmático liso (REL), que não possui ribossomas.

O RER é a maior região de síntese de proteínas, enquanto o REL se encontra envolvido na síntese de fosfolípidos e na elaboração de novas membranas.

Complexo de Golgi

O complexo de Golgi é o conjunto de todos os dictiossomas de uma célula. Cada dictiossoma é composto por conjuntos de cisternas achatadas e empilhadas de forma regular.
Os dictiossomas têm uma face convexa (face de formação), virada para o RE, e uma face côncava (face de maturação), onde se formam vesículas, virada para a membrana citoplasmática.

O complexo de Golgi está envolvido em processos de secreção e de síntese de diversas substâncias, tais como glicoproteínas e polissacarídeos.

As substâncias provenientes do RE sofrem algumas transformações durante a sua passagem pelo complexo de Golgi. Essas transformações permitem, por exemplo, que algumas proteínas se tornem funcionais e que algumas enzimas se tornem activas.

Lisossomas

Os lisossomas são pequenas vesículas, mais ou menos esféricas, delimitadas por uma membrana e que contêm vários tipos de enzimas.

Estes formam-se na face de maturação do complexo de Golgi e podem unir-se a uma vesícula endocítica, formando um vacúolo digestivo, onde ocorre a digestão das substâncias captadas por endocitose, num processo denominado heterofagia.

Os lisossomas podem também participar na digestão dos próprios organelos celulares, quando é necessário, formando-se para isso vacúolos auutofágicos. Neste caso o processo é denominado autofagia.

Obtenção de matéria pelos seres heterotróficos multicelulares 

Ingestão, digestão e absorção

Nos organismos heterotróficos multicelulares, o processamento dos alimentos até que estes possam fornecer os seus constituintes para que sejam utilizados pelas céluas, dá-se a ingestão, a digestão e a absorção:

• a ingestão consiste na entrada de alimentos para o interior do organismo;
• a digestão é o conjunto de processos que transforma as moléculas mais complexas dos alimentos em moléculas mais simples;
• a absorção consiste na passagem dos nutrientes provenientes da digestão para o meio intracelular.

A digestão extracelular ocorre em cavidades digestivas onde são lançados sucos digestivos que contêm enzimas que actuam sobre os alimentos, transformando-os em substâncias mais simples, capazes de serem absorvidas.

Organismos mais simples, como a hidra ou a planária, possuem um tubo digestivo incompleto (só possui uma abertura). Nestes animais, a digestão ocorre na cavidade gastrovascular, onde são lançadas enzimas digestivas.

Muitos animais possuem um tubo digestivo completo, com duas aberturas: a boca, para entrada dos alimentos, e o ânus, para a saída de resíduos. Neste caso, a digestão pode ocorrer em vários orgãos, por vários processos mecânicos e acções enzimáticas distintas.

No Homem, a digestão extracelular inicia-se na boca, logo após a ingestão dos alimentos, que são triturados por acção da mastigaçãoe sofre a acção da enzima amílas, que hidrolisa glícidos. Forma-se o bolo alimentar, que é deglutido e enviado para o estômago, através do esófago.

No estômago, a acção do ácido clorídrico, das enzimas proteolíticas (que degradam prótidos) e dos movimentos das suas paredes continua a digestão, formando o quimo, que passa para o duodeno. Nas paredes deste último também existem glândulas que produzem o suco intestinal, que possui várias enzimas digestivas que actuam sobre o quimo. Ao duodeno chegam ainda a bílis, produzida pelo fígado, e o suco pancreático, produzido pelo pâncreas. A bílis provoca a separação dos lípidos em pequenas porções, facilitando, deste modo, a sua digestão. O suco pancreático possui várias enzimas que transformam o quimo em quilo.

As moléculas simples resultantes da digestão são então absorvidas. Esta absorção é eficiente devido à enorme superfície da parede intestinal, que resulta do grande comprimento do intestino e da existência de pregas cobertas por vilosidades. Por sua vez, as células do epitélio intestinal possuem microvilosidades, que aumentam ainda mais a superfície de absorção.

Uma vez absorvidos, os nutrientes terão de ser transportados para todas as células do organismo, através da corrente sanguínea e linfática.

Os resíduos dos alimentos não absorvidos continuam o seu trajecto até ao intestino grosso, onde ocorre a reabsorção da água. Formam-se assim as fezes, que são expulsas pelo ânus.