Metabolismo animal

Introdução Metabolismo: soma de todas as reações químicas que estão acontecendo no organismo. Tipos de reações químicas: Anabolismo; Catabolismo; Toda energia liberada, na ausência de trabalho, aparece na forma de calor Taxa metabólica basal (MB): taxa estável do metabolismo energético em condições de estresse ambiental e fisiológico mínimo, após o jejum ter cessado temporariamente os processos digestivos e absortivos. Taxa metabólica massa específica ou intensidade metabólica: é a taxa metabólica de uma unidade de massa de tecido.

Utilização da energia Energia química dos alimentos Fezes Energia química Absorvida Perda por urina, secreções, escamas, cabelo, troca de pele, etc. Energia utilizável Custo de atividade (locomoção) Produção: crescimento, armazenamento e reprodução Metabolismo basal Digestão e custos da síntese

Tamanho x taxa metabólica Quanto maior a massa do animal, menor a intensidade metabólica Relação intraespecífica e interespecífica “...hipoteticamente, 1 g de musaranho gasta muito mais energia (100 x mais), do que 1 g de elefante...” Hipótese da superfície (H. de Rubner) MENOR Superfície corporal proporcional a massa MENOR perda de calor proporcional MAIOR Massa Corporal

Taxas de Consumo de O2 em mamíferos de várias Mb Animal Mb (kg) Metabolismo total (L O2.h-1) Metabolismo específico (L O2.kg-1.h-1) Musaranho 0,004 0,035 7,40 Camundongo 0,025 0,041 1,65 Esquilo 0,096 0,09 0,93 Rato 0,290 0,25 0,87 Gato 2,5 1,70 0,68 Cão 11,7 3,87 0,33 Carneiro 42,7 9,59 0,22 Homem 70 14,76 0,21 Cavalo 650 71,10 0,11 Elefante 3833 268,00 0,07

Controle da temperatura Temperatura compreende a energia cinética entre as moléculas; Interfere diretamente em diversos processos do organismo, inclusive na velocidade do metabolismo; Q10 = aumento na taxa de consumo de oxigênio quando se eleva 10°C na temperatura do organismo. Ex. Q10 = 2, a taxa dobra; Q10 = 3, a taxa triplica. O2 consumido Temperatura (μL/grama) Geralmente, o Q10 fica entre 2 a 3 A temperatura determina: A velocidade das reações químicas; A solubilidade (estabilidade) das membranas; Velocidade de difusão pelo organismo; 61 81 126 200 290 362 Besouro da batata do colorado (Leptinotarsa decemlineata)

Limites de temperatura Faixa de tolerância: faixa de temperatura na qual o organismo consegue cumprir seu ciclo de vida usual. Animais de faixa estreita: suportam pouca variação da temperatura; Animais de faixa ampla: suportam muito mais as variações de temperatura; Deve-se considerar o fator tempo de exposição a temperatura Tolerância a temperaturas elevadas: Normalmente, os animais apresentam o limite superior em torno de 50 °C; Alguns animais podem colocar ovos que suportam temperaturas extremamente altas ou promover algum tipo de incubação (não é faixa de tolerância da espécie). Ex. Larvas de certas moscas (Polypedilum) podem suportar temperaturas de 102 °C

Limites de temperatura Temperatura letal (TL50): temperatura na qual 50% dos indivíduos morrem, quando submetidos a um determinado tempo. % de sobrevivência 50% Temperatura

Limites de temperatura Alguns fatores que contribuem a morte em temperaturas elevadas: Desnaturação de proteínas; Inativação térmica de enzimas; Suprimento de oxigênio adequado; Efeito da temperatura em reações interdependentes; Efeito das temperaturas na estrutura das membranas biológicas; Geralmente, mais de uma causa está presente e pode variar entre as espécies e, até mesmo, entre indivíduos da mesma espécie, dados eventos de aclimatação.

Limites de temperatura Animais (caramujos) do estirâncio (Fraenkel, 1968): TL dos animais Zona de arrebentação (parte superior do estirâncio) Espécies encontradas: tectarius villis (48,5 ° C), Planaxis sulcatus (47°C) Zona média do estirâncio Espécie encontrada: Drupa granulatus (42 °C) Zona Baixa do estirâncio (margem da água) Espécies encontrada: Tegula lischket (39°C)

Fluxo térmico

Fluxo térmico Capacidade térmica: relação entre a quantidade de calor fornecida a um corpo e sua variação de temperatura. Os tecidos, em geral, apresentam a mesma capacidade de aquecimento que a água (1 cal/°C. g) Relação superfície/massa: quanto maior esta relação, maior a perda de calor. Estruturas cutâneos: pêlos, penas, placas dérmicas, pigmentação, glândulas sudoríparas etc.. Tecidos com baixa condutância térmica: recobrindo o corpo (t. adiposo). Comportamento: diminuição ou aumento da atividade muscular, recolhimento ou exposição das extremidades do corpo, etc. Aerodinâmica: facilita ou diminui a perda de calor para o ambiente por convecção.

Classificação dos animais quanto ao controle da temperatura corporal Endotermos: produzem calor internamente capaz de aquecer o organismo. Endotermos homeotérmicos: mantém um controle central da temperatura dentro de faixas normalmente estreitas e por toda vida. A grande maioria das aves e mamíferos. Endotermos heterotérmicos: produzem calor que aquecem apenas uma região do corpo (heterotermos regionais ex. tubarões, salmões e vários insetos voadores) ou alteram sua temperatura central, dependendo da época (heterotermos temporais. Ex. équidna, pítons alguns peixes e alguns insetos). Ectotermos: taxa metabólica insuficiente para gerar calor e contrapor as alterações do ambiente de forma significativa. Geralmente, possuem uma alta condutância térmica. Há dois tipos principais: Pecilotérmicos: a temperatura corpórea acompanha a temperatura do meio sem grandes intervenções por parte do animal Ex. Muitos peixes e invertebrados. Ectotermos comportamentais: controlam sua temperatura corpórea através de algum comportamento Ex. Maioria dos répteis, muitos anfíbios, alguns peixes e alguns artrópodes.

Comparação da endotermia e ectotermia Ectotermos: - Vivem com baixa taxa metabólica; - Altamente dependentes do meio ambiente; - Grande parte do tempo dedicado ao comportamento para aquecer e resfriar seus corpos; - Podem se expor a predadores durante o comportamento de regulação; Endotermos: - Vivem com alta taxa metabólica; - Menor dependência do meio; - Gastam pouco tempo com estratégia para controle da temperatura; - Não se expor a predadores durante o comportamento de regulação;

Aquecimento em lagartos Ao se expor para o aquecimeto: Promovem vasodilatação cutânea e aumento do débito cardíaco; Após o aquecimento: Promovem vasoconstrição cutânea e diminuição do débito cardíaco. Não, necessariamente reduzem sua atividade.

Endotermia

Endotermia Fontes de produção de calor: Atividade muscular voluntária; Tremor (atividade muscular involuntária); Termogênese sem tremor Consumo de O2 em um gambá pigmeu 4 3 Consumo de O2 2 1 5 10 15 20 25 30 Temperatura C°

Endotermia Condutância térmica dos pêlos é 25 x maior na água, do que no ar O padrão da Pelagem de um mamífero pode determinar a eficiência do isolamento térmico: Espessura da pelagem; Densidade da pelagem; Distribuição da pelagem pelo corpo;

Endotermia 1,5 Raposa branca Urso polar 1,0 Raposa vermelha Valor de isolamento térmico Lemingue Foca 0,5 Doninha Urso polar na água 10 20 30 40 50 60 70 80 Espessura do pêlo (mm)

Endotermia Isolamento em mamíferos aquáticos: Muitas, baleias e focas vivem em locais com temperaturas da água muito baixas; A temperatura central é muito regular, em torno de 36 a 38°C. Taxa metabólica é bastante elevada. Esses animais podem migrar, variando entre os ambientes gelados e ambientes quentes . Eles normalmente possuem uma espessa camada de gordura. O controle do fluxo sanguíneo pela pele exerce um papel importante na termorregulação destes animais.

Modelo de troca de calor em animais aquáticos Fluxo para perda de calor Camada de pêlos Camada de gordura Fluxo para poupar calor

Endotermia em aves Temperatura média em aves: 41° C As aves conseguem trocar calor com o ambiente por quatro meios: - convecção, - condução, - Radiação, - Respiração

Endotermia em aves Aves são mais tolerantes ao calor e menos tolerantes ao frio, nas primeiras semanas. Para aumentar as trocas de calor com o ambiente: se agacham, mantém as asas afastadas do corpo, a fim de aumentar ao máximo a área de superfície corporal, e também aumentam o fluxo de calor para as regiões periféricas do corpo que não possuem cobertura de penas (crista, barbela e pés). Em situações de estresse térmico excessivo, as aves podem apresentar ofegação e alto consumo de água

Endotermia em aves No frio, as aves normalmente: estufam a plumagem; recolhem a cabeça e pernas; Os tecidos periféricos sofrem uma queda da temperatura, enquanto que a temperatura central é preservada (vasoconstrição cutânea); Parulídeo (Parus montanus): além das respostas normais, esta ave reduz a temperatura central em 10 °C durante o inverno Os pinguins-imperadores agrupam-se e reduzem a perda de peso no inverno a metade (temperatura média 38 °C).