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Corpo Humano - Níveis de organização
Generalidades
estrutural (químico, celular, tecidual, orgânico,
sistêmico e de organismo)
Serão introduzidos os vários
sistemas que compõem o corpo humano;
aprenderemos como estes sistemas, em
geral, cooperam entre si, para manter a
saúde do corpo como um todo e como estes
sistemas interagem para mantê-lo saudável.
A figura ao lado mostra quatro tipos
diferentes de células de revestimento do
estômago. Cada uma tem uma estrutura
diferente e cada uma desenvolve uma função
diferente.
O terceiro nível de organização é o
nível tecidual. Os tecidos são grupos de
células semelhantes que, juntas, realizam
uma função particular. Os quatro tipos
básicos de tecido são tecido epitelial, tecido
conjuntivo, tecido muscular e tecido nervoso.
Definição de Anatomia e Fisiologia
A anatomia (anatome=cortar em
partes, cortar separando) refere-se ao estudo
da estrutura e das relações entre estas
estruturas. A fisiologia (physis + lógos + ia)
lida com as funções das partes do corpo, isto
é, como elas trabalham.
Sir Lawrence Alma-Tadema (1836-1912)
Organização do Corpo Humano
Para iniciar o estudo do corpo
humano, primeiramente devemos ter um
entendimento básico de como o corpo é
organizado, de como suas diferentes partes
funcionam e das várias condições que as
afetarão para manter a saúde e a vida.
A função nunca pode ser separada
completamente da estrutura, por isso o corpo
humano será estudado apresentando a
anatomia e a fisiologia em conjunto. Veremos
como cada estrutura do corpo está designada
para desempenhar uma função específica, e
como a estrutura de uma parte, muitas
vezes, determina sua função. Por exemplo, os
pêlos que revestem o nariz filtram o ar que
inspiramos. Os ossos do crânio estão unidos
firmemente para proteger o encéfalo. Os
ossos dos dedos, em contraste, estão unidos
mais frouxamente para permitir vários tipos
de movimento.
Níveis de Organização Estrutural
O corpo humano consiste de vários
níveis de organização estrutural que estão
associados entre si.
organização: o nível celular. As células são as
unidades estruturais e funcionais básicas de
um organismo. Entre os muitos tipos de
células existentes em seu corpo estão as
células musculares, nervosas e sangüíneas.
As células na figura formam um
tecido epitelial que reveste o estômago. Cada
célula tem sua função específica na digestão.
O nível químico inclui todas as
substâncias químicas necessárias para manter
a vida.
As substâncias químicas são
constituídas de átomos, a menor unidade de
matéria, e alguns deles, como o carbono (C),
o hidrogênio (H), o oxigênio (O), o nitrogênio
(N), o cálcio (Ca), o potássio (K) e o sódio
(Na) são essenciais para a manutenção da
vida. Os átomos combinam-se para formar
moléculas; dois ou mais átomos unidos.
Exemplos familiares de moléculas são as
proteínas, os carboidratos, as gorduras e as
vitaminas.
As moléculas, por sua vez,
combinam-se para formar o próximo nível de
Quando diferentes tipos de tecidos
estão unidos, eles formam o próximo nível de
organização: o nível orgânico. Os Órgãos são
compostos de dois ou mais tecidos diferentes,
têm funções específicas e geralmente
apresentam uma forma reconhecível.
Exemplos de órgãos são o coração, o fígado,
os pulmões, o cérebro e o estômago.
A figura mostra os vários tecidos
que constituem o estômago. A túnica serosa
é uma camada de tecido conjuntivo e tecido
epitelial, estando localizada na superfície
externa do estômago, que o protege e reduz
o atrito quando o estômago se move e roça
em outros órgãos vizinhos. As camadas de
tecido muscular do estômago estão
localizadas abaixo da túnica serosa e
contraem-se para misturar o bolo alimentar e
transportá-la para o próximo órgão digestório
(intestino delgado). A camada de tecido
epitelial que reveste o estômago produz
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muco, ácido e enzimas que auxiliam na
digestão.
O quinto nível de organização é o
nível sistêmico. Um sistema consiste de
órgãos relacionados que desempenham uma
função comum. O sistema digestório, que
funciona na digestão e na absorção dos
alimentos, é composto pelos seguintes
órgãos: boca, glândulas salivares, faringe
(garganta), esôfago, estômago, intestino
delgado, intestino grosso, fígado, vesícula
biliar e pâncreas.
O mais alto nível de organização é o
nível de organismo.
Como os Sistemas do Corpo Funcionam
em Conjunto
Consideraremos como dois sistemas
do corpo - os sistemas tegumentar e
esquelético - cooperam entre si.
O sistema tegumentar (pele, pêlos e
unhas) protege todos os sistemas do corpo,
incluindo o sistema ósseo, por meio da
função de barreira entre o ambiente externo e
os tecidos e os órgãos internos. A pele (cútis)
também está envolvida na produção de
vitamina D, a qual o corpo necessita para a
utilização apropriada de cálcio.
(O cálcio é o mineral necessário para o
crescimento e o desenvolvimento dos ossos.)
O sistema esquelético, por sua vez, fornece
sustentação para o sistema tegumentar.
Principais Sistemas do Corpo Humano
5. Endócrino
1. Tegumentar
Definição: Todas as glândulas e tecidos que
produzem substâncias químicas reguladoras
das funções do corpo, chamadas hormônios.
Definição: Pele (cútis) e estruturas dela
derivadas, como pêlo, unhas e glândulas
sebáceas e sudoríparas.
Função: Auxilia a regular a temperatura
corporal, protege o corpo, elimina resíduos,
auxilia na produção de vitamina D, recebe
certos estímulos tais como temperatura,
pressão e dor.
2. Esquelético
9. Digestório
Função: Regula as atividades do corpo por
meio de hormônios transportados pelo
sangue do sistema cardiovascular, aos
diversos órgãos-alvo.
Definição: Sangue, coração e vasos
sanguíneos.
Função: Sustenta e protege o corpo, auxilia
nos movimentos corporais, aloja células que
produzem as células sanguíneas, armazena
minerais.
3. Muscular
7. Linfático e Imunológico
Definição: Refere-se especificamente ao
tecido muscular esquelético, em geral fixado
a ossos (outros tecidos musculares são o liso
e o cardíaco).
Definição: Linfa, vasos linfáticos e estruturas
ou órgãos contendo tecido linfático (grande
número de células sanguíneas brancas,
chamadas de linfócitos), tais como o baço, o
timo, os linfonodos e as tonsilas.
Função: Participa na execução de
movimentos, mantém a postura, produz calor.
4. Nervoso
Definição: Encéfalo, medula espinhal, nervos
e órgãos dos sentidos, tais como olho e
orelha.
Função: Regula as atividades corporais por
meio de impulsos nervosos, detectando
mudanças no ambiente, interpretando-as e
respondendo às mesmas, causando
contrações musculares ou secreções
glandulares.
Definição: Um tubo longo chamado de trato
gastrintestinal e seus órgãos acessórios, tais
como glândulas salivares, fígado, vesícula
biliar e pâncreas.
6. Cardiovascular (Circulatório)
Função: Distribui oxigênio e nutrientes às
células, transporta dióxido de carbono e
resíduos das células, auxilia na manutenção
do equilíbrio ácido-básico do corpo, protege
contra doenças, previne hemorragias pela
formação de coágulos sanguíneos, auxilia na
regulação da temperatura corporal.
Definição: Todos os ossos do corpo, suas
cartilagens associadas e articulações.
Função: Fornece oxigênio, elimina dióxido de
carbono, auxilia a regular o equilíbrio ácidobásico do corpo, auxilia na produção de sons
da voz.
Função: devolve proteínas e plasma (porção
líquida do sangue) ao sistema cardiovascular
(circulatório), transporta gorduras do trato
gastrintestinal para o sistema cardiovascular,
serve de local para a maturação e a
proliferação de certas células sanguíneas
brancas e auxilia na proteção contra doenças
pela produção de anticorpos, bem como de
outras respostas.
8. Respiratório
Definição: Pulmões e vias aéreas associadas,
como a faringe, a laringe, a traquéia e os
brônquios, que comunicam os pulmões.
Função: Degrada e absorve alimentos para
utilização pelas células, elimina resíduos
sólidos e outros.
10. Urinário
Definição: Rins, ureteres, bexiga urinária e
uretra que, em conjunto, produzem,
armazenam e eliminam a urina.
Função: Regula o volume e a composição
química do sangue, elimina resíduos, regula o
equilíbrio e o volume de fluidos e de
eletrólitos, auxilia na manutenção do
equilíbrio ácido-básico do corpo, secreta um
hormônio que auxilia na regulação da
produção de células sanguíneas vermelhas.
11. Genital
Definição: Órgãos (testículos e ovários) que
produzem células reprodutivas
(espermatozóides e óvulos) e outros órgãos
que transportam, armazenam e nutrem
células reprodutivas (vagina, tubas uterinas,
útero, ducto deferente, uretra, pênis).
Função: Reproduz o organismo e produz
hormônios que regulam o metabolismo.
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Processos Vitais em Seres Humanos
Todos os organismos vivos
apresentam certas características que os
diferenciam das coisas não-vivas. A seguir
são descritos os processos vitais importantes
no ser humano:
1. O metabolismo (metabole=mudança) é a
soma de todos os processos químicos que
ocorrem no corpo. Uma fase do metabolismo,
chamada de catabolismo (cata=para baixo),
envolve o desdobramento de moléculas
complexas em moléculas menores e mais
simples. Um exemplo é a quebra de proteínas
alimentares em seus constituintes, os
aminoácidos. A outra fase do metabolismo,
chamada de anabolismo (ana=para cima),
utiliza energia gerada pelo catabolismo para a
construção dos componentes estruturais e
funcionais do corpo. Um exemplo de
anabolismo é a síntese proteica que forma
músculos e ossos.
originar-se dentro do corpo na forma de
estímulos como pressão sanguínea alta,
tumores ou pensamentos desagradáveis. A
maioria dos estresses é leve e rotineira. O
estresse extremo pode ser causado por
envenenamento, superexposição a
temperaturas extremas e intervenções
cirúrgicas.
4. O crescimento refere-se ao aumento em
tamanho. Ele pode ser devido a um aumento
do tamanho das células existentes, do
número de células ou da quantidade de
substâncias intercelulares.
5. A diferenciação é o processo pelo qual
células não-especializadas tornam-se células
especializadas. As células diferenciadas
diferem estrutural e funcionalmente de suas
originárias. Por exemplo, após a união do
espermatozóide com o óvulo, o ovo
fecundado sofre uma diferenciação tremenda
e progride por meio de vários estágios a um
indivíduo único, que é similar a seus pais,
porém bastante diferente deles.
Felizmente, o corpo apresenta
muitos mecanismos de regulação
(homeostática) que podem trazer o meio
interno de volta ao equilíbrio. Cada estrutura
corporal, do nível celular ao sistêmico, tenta
manter o meio interno dentro dos limites
fisiológicos normais.
Os mecanismos homeostáticos do
corpo estão sob o controle dos sistemas
nervoso e endócrino. O sistema nervoso
regula a homeostase pela detecção dos
desequilíbrios do corpo, e pelo envio de
mensagens (impulsos nervosos) aos órgãos
apropriados para combater o estresse. O
sistema endócrino é um grupo de glândulas
que secretam mensageiros químicos,
chamados de hormônios, na corrente
sanguínea. Enquanto os impulsos nervosos
coordenam a homeostase rapidamente, os
hormônios atuam de forma mais lenta. A
seguir é descrito um exemplo de como o
sistema nervoso regula a homeostase.
6. A reprodução refere-se à formação de
novas células para crescimento, reparo ou
reposição, ou à produção de um novo
indivíduo.
Manutenção dos Limites Fisiológicos
2. A responsividade é a capacidade de
detectar e responder às mudanças no meio
externo (ambiente fora do corpo) ou no meio
interno (ambiente dentro do corpo). Células
diferentes detectam diferentes alterações e
respondem de maneira característica. Por
exemplo, os neurônios (células nervosas)
respondem por meio da geração de sinais
elétricos, conhecidos como impulsos nervosos
e, algumas vezes, transportam-nos por
longas distâncias, como entre o seu grande
dedo do pé e o seu encéfalo.
Como temos visto, o corpo humano
é composto de vários sistemas e órgãos, cada
um consistindo de milhões de células. Estas
células necessitam de condições
relativamente estáveis para funcionar
efetivamente e contribuir para a sobrevivência
do corpo como um todo. A manutenção de
condições estáveis para suas células é uma
função essencial do corpo humano, a qual os
fisiologistas chamam de homeostase.
3. O movimento inclui o movimento do
corpo inteiro, de órgãos individuais, de
células individuais ou mesmo de estruturas
intracelulares. Por exemplo, a contração
coordenada de diversos músculos da perna
move o seu corpo todo de um lugar a outro
quando você caminha ou corre. Durante a
digestão, a comida move-se para fora do
estômago em direção ao intestino delgado.
A homeostase (homeo=igual;
stasis=ficar parado) é uma condição na qual
o meio interno do corpo permanece dentro de
certos limites fisiológicos. O meio interno
refere-se ao fluido entre as células, chamado
de líquido intersticial (intercelular). Um
organismo é dito em homeostase quando
seu meio interno contém a concentração
apropriada de substâncias químicas, mantém
a temperatura e a pressão adequadas.
Quando a homeostase é perturbada, pode
resultar a doença. Se os fluidos corporais não
forem trazidos de volta à homeostase, pode
ocorrer a morte.
A homeostase pode ser perturbada
pelo estresse, que é qualquer estímulo que
cria um desequilíbrio no meio interno. O
estresse pode originar-se no meio externo na
forma de estímulos tais como o calor, o frio
ou falta de oxigênio. Ou o estresse pode
A pressão sanguínea é a força com
que o sangue passa através dos vasos
sanguíneos, especialmente nas artérias. Para
que se mantenha a vida, o sangue deve não
somente ser mantido em circulação, mas
também deve circular com uma pressão
apropriada. Por exemplo, se a pressão
sanguínea é muito baixa, os órgãos do corpo,
tais como o encéfalo, não receberão oxigênio
e nutrientes adequados para seu
funcionamento apropriado. Uma pressão
sanguínea alta, por outro lado, tem efeitos
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adversos em órgãos como o coração, os rins
e o encéfalo. A pressão alta contribui para o
desenvolvimento de ataques cardíacos e
derrames cerebrais. Entre outros fatores, a
pressão sangüínea depende da frequência e
da força do batimento cardíaco. Se algum
estresse causa taquicardia, ocorre a seguinte
seqüência:
A homeostase da pressão sanguínea
por meio de um sistema de retroalimentação
negativa. A resposta é retroalimentada ao
sistema, e o sistema continua a baixar a
pressão sanguínea até que retorne à
homeostase. Nota: Sempre que diagramas de
ciclo de retroalimentação são utilizados, eles
serão semelhantes a esta ilustração em
termos de estilo e cores.
Quando o coração bombeia mais
rapidamente, ele empurra mais sangue para
as artérias, aumentando a pressão
sanguínea. O aumento da pressão é
detectado por células nervosas sensíveis à
pressão localizadas nas paredes de certas
artérias, que respondem com o envio de
impulsos nervosos ao encéfalo. Estes, por sua
vez, responde ao coração e a certos vasos
sangüíneos para diminuir a frequência
cardíaca, diminuindo, assim, a pressão
sanguínea. O monitoramento contínuo da
pressão sangüínea pelo sistema nervoso é
uma tentativa de manter a pressão sangüínea
normal e envolve o chamado sistema de
retroalimentação.
O sistema de retroalimentação
envolve um ciclo de eventos no qual a
informação sobre as condições corporais é
continuamente monitorada e retroalimentada
(relatada) à região de controle central. O
sistema de retroalimentação consiste de três
componentes básicos - centro de controle,
receptor e efetor (Figura acima).
1. O centro de controle determina o ponto em
que uma dada condição corporal, a chamada
condição controlada, deve ser mantida. No
corpo, existem centenas de condições
controladas. A considerada aqui é a pressão
sanguínea. Outros exemplos são freqüência
cardíaca, a acidez do sangue, o nível de
açúcar no sangue, a temperatura corporal e a
freqüência respiratória. O centro de controle
recebe informação sobre o estado de uma
condição controlada de um receptor e, então,
determina um curso apropriado de ação.
2. O receptor monitora as mudanças na
condição controlada e, então, envia a
informação, chamada de entrada (aferente)
ao centro de controle. Qualquer estresse que
altera uma condição controlada é chamado de
um estímulo. Por exemplo, um estímulo como
evitar o atropelamento de alguém com seu
carro, faz seu coração bater mais
rapidamente e isto aumenta a pressão
sanguínea (condição controlada). As células
nervosas sensíveis à pressão presentes nas
artérias (receptores) enviam impulsos
nervosos ao centro de controle, que, neste
caso, é o encéfalo.
3. O efetor é a parte do corpo que recebe a
informação, chamada de saída (eferente), do
centro de controle, e que produz uma
resposta (efeito). Neste exemplo, o encéfalo
envia impulsos nervosos ao coração (efetor).
A frequência cardíaca é reduzida e a pressão
sangüínea diminui (resposta). Isso auxilia no
retomo à pressão sangüínea (condição
controlada) normal, e a homeostase é
restabelecida.
A resposta decorrente é
continuamente monitorada pelos receptores,
e retroalimentada ao centro de controle. Se a
resposta reverter o estímulo original, como
no exemplo acima citado, o sistema é
denominado sistema de retroalimentação
negativa. Caso a resposta aumente o
estímulo original, o sistema é denominado
sistema de retroalimentação positiva.
Os sistemas de retroalimentação
negativa, tais como o mostrado na Figura
acima, requerem um monitoramento e ajuste
freqüentes, dentro dos limites fisiológicos.
Tais sistemas incluem a pressão sangüinea, a
temperatura corporal e os níveis de açúcar no
sangue. Os sistemas de retroalimentação
positiva, por outro lado, são importantes para
condições que não ocorram com freqüência e
que não requeiram um contínuo ajuste fino.
Diferentemente dos sistemas de
retroalimentação negativa, os sistemas de
retroalimentação positiva tendem a
intensificar a condição controlada.
Por exemplo, se o encéfalo enviasse
impulsos ao coração para bater mais
rapidamente e a pressão sangüínea
continuasse a aumentar, então o sistema
seria um sistema de retroalimentação
positiva.
A maioria dos sistemas de
retroalimentação do corpo é negativa. Embora
muitos sistemas de retroalimentação positiva
possam ser destrutivos e resultar em vários
desarranjos, alguns são normais e benéficos,
tais como a coagulação sanguínea e as
contrações do trabalho de parto. A
coagulação sangüínea auxilia a parar a perda
de sangue de uma ferida. Quando as
contrações do trabalho de parto começam,
um certo hormônio é lançado na corrente
sangüínea. Este hormônio intensifica as
contrações, as quais, por sua vez, estimulam
o lançamento de mais hormônio. O ciclo se
quebra com o nascimento do infante.
Posição Anatômica: Termos de Direção
Na anatomia,
existe uma
convenção
universal de que as
descrições do corpo
humano assumem
que o corpo esteja
em uma posição
específica,
chamada de
posição anatômica.
Na posição
anatômica, o
indivíduo está de
pé, ereto, de frente
para o observador, com os membros
superiores (extremidades) posicionados
lateralmente, as palmas das mãos voltadas
para a frente e os pés apoiados no chão
(Figura). Os nomes comuns e os termos
anatômicos de várias regiões do corpo são
também apresentados na Figura abaixo.
Para a localização das diversas
estruturas corporais umas em relação às
outras, os anatomistas utilizam certos termos
de direção. Os termos de direção estão
definidos no quadro abaixo os exemplos
dados são também mostrados nas Figuras
que se seguem. Estude o quadro e as figuras
em conjunto.
Planos e Secções (Cortes)
O corpo humano também pode ser
descrito em termos de planos (superfícies
planas imaginárias) que o atravessam.
Um plano sagital (sagittalis=seta) é
um plano que divide o corpo em lados direito
e esquerdo. Um plano sagital mediano passa
através da linha mediana do corpo, dividindoo em dois lados iguais, direito e esquerdo.
Um plano parassagital (para=perto) não
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atravessa o corpo na sua linha mediana e
divide o corpo em porções desiguais direita e
esquerda. Um plano frontal (coronal) é um
plano que divide o corpo em porções anterior
(fronte) e posterior (dorso). Um plano
transversal (horizontal) divide o corpo em
porções superior e inferior. Um plano oblíquo
atravessa o corpo ou um órgão em um
ângulo entre o plano transversal e os planos
sagital mediano, parassagital (sagital
paramediano) ou frontal.
Quando você estuda a estrutura do
corpo, frequentemente ele é visto em secção,
o que significa que você está olhando apenas
uma superfície de uma estrutura
tridimensional. A Figura abaixo indica como
três secções diferentes - uma secção
transversal, uma secção frontal e uma secção
sagital mediana - proporcionam vistas
diferentes do encéfalo.
Cavidades do Corpo
Os espaços dentro do corpo que
contêm os órgãos internos são chamados de
cavidades do corpo. As cavidades ajudam a
proteger, isolar e sustentar os órgãos
internos. A Figura abaixo mostra as duas
principais cavidades do corpo: dorsal e
ventral.
A cavidade dorsal do corpo está
localizada próxima à superfície posterior ou
dorsal do corpo. Ela é composta por uma
cavidade craniana, que é formada pelos ossos
cranianos e contém o encéfalo e suas
membranas (chamadas de meninges), e por
um canal vertebral que é formado pelas
vértebras (ossos individuais) da coluna
vertebral e contém a medula espinhal e suas
membranas (também chamadas de
meninges), bem como o começo (raízes) dos
nervos espinhais.
A cavidade ventral do corpo está
localizada na porção anterior ou ventral
(frontal) do corpo e contém órgãos
coletivamente chamados de vísceras. Como a
cavidade dorsal, a cavidade ventral do corpo
apresenta duas subdivisões principais - uma
porção superior, chamada de cavidade
torácica, e uma porção inferior, chamada de
cavidade abdominopélvica. O diafragma
(diaphragma=partição ou parede), uma
camada muscular em forma de domo e
importante músculo da respiração, divide a
cavidade ventral do corpo em cavidades
torácica e abdominopélvica.
A cavidade torácica contém duas
cavidades pleurais em torno de cada pulmão,
e a cavidade pericárdica (peri=em volta;
cardi=coração), espaço em torno do coração
(procure a figura).
O mediastino (medias=meio;
stare=parar, estar), na cavidade torácica,
contém uma massa de tecidos entre os
pulmões que se estende do osso esterno à
coluna vertebral (procure a figura). O
mediastino inclui todas as estruturas na
cavidade torácica, exceto os próprios
pulmões. Entre as estruturas localizadas no
mediastino estão o coração, o timo, o
esôfago, a traquéia e muitos grandes vasos
sangUíneos, como a aorta. A cavidade
abdominopélvica, como o nome sugere, está
dividida em duas porções, embora nenhuma
estrutura específica as separem (veja a
figura).
A porção superior, a cavidade
abdominal, contém o estômago, o baço, o
fígado, a vesícula biliar, o pâncreas, o
intestino delgado e a maior parte do intestino
grosso. A porção inferior, a cavidade pélvica,
contém a bexiga urinária, porções do
intestino grosso e os órgãos genitais
internos. A cavidade pélvica está localizada
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entre dois planos imaginários, que estão
indicados pelas linhas tracejadas da figura
correspondente.
Regiões e Quadrantes
Abdominopélvicos
Para localizar facilmente os órgãos,
a cavidade abdominopélvica é dividida em
nove regiões abdominopélvicas, mostradas
nas figuras.
A cavidade abdominopélvica pode
também ser dividida em quadrantes
(quad=quarta parte). Estes estão mostrados
nas figuras.
Uma linha horizontal e uma linha
vertical atravessam o umbigo. Estas duas
linhas dividem o abdome em um quadrante
superior direito (QSD), um quadrante
superior esquerdo (QSE), um quadrante
inferior direito (QID) e um quadrante inferior
esquerdo (QIE). Enquanto a divisão em nove
regiões é mais utilizada para estudos
anatômicos, os clínicos consideram que a
divisão em quadrantes é mais adequada para
a localização de sítios de dor, tumores e
outras anormalidades na cavidade
abdominopélvica.
A Química do Corpo Humano
Equilíbrio Ácido-Básico
O Conceito de pH
Como os ácidos se ionizam em íons
hidrogênio (H+) e as bases em íons hidróxido
(OH), conclui-se que quanto mais íons
hidrogênio em uma solução, mais ácida ela
é. Alternativamente, quanto mais íons
hidróxido em uma solução, mais básica
(alcalina) ela é. O termo pH é usado para
descrever o grau de acidez ou alcalinidade
(basicidade) de uma solução.
fluidos corporais permanecem relativamente
constantes por causa dos sistemas de
tamponamento do corpo. Os tampões são
encontrados nos fluidos corporais. Eles
previnem mudanças drásticas de pH e
auxiliam na manutenção da homeostase.
A acidez ou a alcalinidade de uma
solução é expressa em uma escala de pH
que vai de 0 a 14.
Compostos Orgânicos
É importante ter um conhecimento
mínimo das funções dos carboidratos, dos
lipídios e das proteínas, os principais
compostos orgânicos do nosso organismo.
Escala de pH. Em pH7
(neutralidade), as concentrações de H+ e OHsão iguais. Um valor de pH acima de 7 indica
uma solução alcalina (básica). Uma mudança
de uma unidade na escala de pH representa
uma mudança de 10 vezes da concentração
anterior.
Carboidratos
Em pH7 (neutralidade), as
concentrações de H+ e OH- são iguais.
A escala de pH é baseada no número de H+
em uma solução (expressa em cenas
unidades químicas chamadas de moles por
litro). Uma solução com valor O na escala de
pH tem muitos H+ e poucos OH-. Uma
solução com pH 14, em contraste, tem muitos
OH- e poucos H+. O ponto central é 7, onde
as concentrações de H+ e OH- são iguais.
Uma solução com pH 7, por exemplo a água
pura, é neutra. Uma solução com mais H+
que OH-, é ácida e tem pH abaixo de 7. Uma
solução com mais OH-que H+, é básica
(alcalina) e tem um pH acima de 7. Uma
mudança de uma unidade inteira na escala de
pH representa uma mudança de 10 vezes em
relação à concentração anterior. Isto significa
que, um pH 2, é 10 vezes mais ácido que um
pH 3, e que um pH 1 é 100 vezes mais ácido
que um pH 3.
Seus fluidos corporais devem
manter um equilíbrio constante de ácidos e
bases pelo fato de as reações bioquímicas
que ocorrem em sistemas vivos serem
extremamente sensíveis mesmo a pequenas
alterações de acidez ou alcalinidade do meio.
Qualquer modificação nas concentrações
normais de H+ e OH- pode afetar seriamente
uma função de uma célula.
Manutenção do pH: Sistemas de
Tamponamento
Embora o pH dos vários fluidos
corporais possa ser diferente, os limites
normais de cada um são bastante específicos
e estreitos. O Quadro abaixo mostra os
valores de pH para certos fluidos corporais
comparados com substâncias comuns. Mesmo
sabendo-se que ácidos e bases são
continuamente ingeridos em forma de
comidas e bebidas, os níveis de pH dos
Carboidratos são açúcares e amidos.
Eles são a fonte de energia mais prontamente
disponível no organismo. Eles também
funcionam como reservas de energia. Por
exemplo, o glicogênio (amido animal), que é
glicose armazenada, é encontrado no fígado e
nos músculos esqueléticos para necessidades
energéticas de emergência. Alguns
carboidratos são usados na construção de
estruturas celulares. Além disso, alguns
carboidratos são componentes do ácido
desoxirribonucleico (DNA), a molécula
portadora da informação hereditária, do ácido
ribonucleico (RNA), a molécula envolvida na
síntese proteica.
Os carboidratos são compostos de
carbono, hidrogênio e oxigênio. A proporção
de átomos de hidrogênio para átomos de
oxigênio é de tipicamente 2:1; por exemplo,
glicose (C6HI2O6). Os carboidratos são
divididos em três grupos principais com base
no tamanho da molécula: monossacarídeos,
dissacarídeos e polissacarídeos. Os
monossacarídeos e os dissacarídeos são
referidos como açúcares simples e os
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polissacarídeos como açúcares complexos
(amidos).
1. Monossacarídeos (mono=um;
sakcharon=açúcar) são açúcares simples e
são as unidades básicas dos carboidratos. Os
monossacarídeos contêm de três a sete
átomos de carbono. A desoxirribose é um
componente dos genes, e a glicose é a
molécula principal para fornecimento de
energia ao corpo.
2. Dissacarideos (di=dois) são açúcares
simples que consistem de dois pequenos
monossacarídeos unidos quimicamente em
uma molécula grande, mais complexa.
Quando dois monossacarídeos combinam-se
para formar um dissacarídeo, uma molécula
de água é sempre perdida. Esta reação é
conhecida como síntese por desidratação
(desidratação=perda de água) e é mostrada
na figura.
A glicose e a frutose são dois
monossacarídeos que formam o dissacarídeo
Sacarose (açúcar comum). Os dissacarídeos
podem ser desdobrados em suas moléculas
menores e mais simples pela adição de água.
Esta reação química inversa é chamada de
hidrólise (digestão), que significa “quebrar
pelo uso da água”. A sacarose, por exemplo,
pode ser hidrolisada (digerida) em glicose e
frutose pela adição de água.
Síntese por desidratação e hidrólise
de uma molécula de sacarose. Na reação de
síntese por desidratação (leia da esquerda
para a direita), as duas moléculas menores,
glicose e frutose, são unidas para formar uma
molécula maior de sacarose. Observe a perda
de uma molécula de água. Na hidrólise (leia
da direita para a esquerda), a molécula de
sacarose é desdobrada em duas moléculas
menores, a glicose e a frutose. Aqui, uma
molécula de água é adicionada à sacarose
para que a reação ocorra.
Os monossacarídeos são as
estruturas fundamentais dos carboidratos.
3. Polissacarideos (poly=muitos) são açúcares
complexos (amidos), que consistem de
dezenas ou centenas de monossacarídeos
unidos por reação de síntese por
desidratação. Como os dissacarídeos, os
polissacarídeos podem ser desdobrados em
seus açúcares constituintes, por meio de
reações de hidrólise. O glicogênio é um
polissacarídeo.
Lipídios
Como os carboidratos, os lipídios
(lipose=gordura) também são compostos de
carbono, hidrogênio e oxigênio, mas estes
não apresentam uma proporção de 2:1 de
hidrogênio para oxigênio. Há menos oxigênio
nos lipídios que nos carboidratos.
A maioria dos lipídios não se
dissolve em água, mas se dissolve
prontamente em solventes como clorofórmio
e éter. Funcionalmente, os lipídios, tais como
os triglicerídeos (gorduras), protegem,
isolam e servem como uma fonte energética.
Os triglicerídeos representam a fonte de
energia mais concentrada do organismo. Eles
fornecem mais que o dobro de energia por
peso que os carboidratos ou as proteínas.
Entretanto, os triglicerídeos são
menos eficientes como combustíveis
corporais que os carboidratos, porque eles
são mais difíceis de serem decompostos.
Outros lipídios, como os fosfolipídios,
constituem parte da membrana plasmática.
Ainda outros lipídios são componentes dos
sais biliares, dos hormônios, de algumas
vitaminas e do colesterol, que também faz
parte da membrana plasmática e é usado
para produzir certos hormônios sexuais.
Entre as classes de lipídios estão os
triglicerídeos (gorduras e óleos), os
fosfolipídios (lipídios que contêm fósforo), os
esteróides (tais como colesterol, vitamina D e
hormônios sexuais como estrógenos e
testosterona), os carotenos (substâncias
químicas usadas para fazer vitamina A, que é
necessária para uma visão apropriada), as
vitaminas E e K e os eicosanóides. Esta
última classe de lipídios inclui as
prostaglandinas, que contribuem para
inflamação, regulam a temperatura corporal e
ajudam na formação de coágulos sangüíneos;
e os leucotrienos, que participam nas reações
alérgicas e inflamatórias.
Devido ao fato de os lipídios serem
um grupo grande e diverso de compostos,
discutiremos apenas os triglicerídeos em
detalhe neste momento.
Uma molécula de triglicerídeo
consiste de duas unidades básicas: glicerol e
ácidos graxos, figura abaixo. Uma molécula
única de triglicerídeos é formada quando uma
molécula de glicerol combina-se com três
moléculas de ácidos graxos. Esta reação,
como a descrita para a formação de
dissacarídeos, é uma reação de síntese por
desidratação. Durante a digestão, uma
molécula única de triglicerídeo é desdobrada
(hidrolisada) em ácidos graxos e glicerol.
Devido à sua relação com as
doenças cardiovasculares, os triglicerídeos
são muito importantes no nosso dia-a-dia.
Neste momento, torna-se importante
comparar três tipos de triglicerídeos da dieta
e como eles se relacionam ao colesterol.
Triglicerídeos. Estrutura e reações
de (a) e (b) ácidos graxos. Cada vez que um
glicerol e um ácido graxo são unidos pela
síntese por desidratação, uma molécula de
água é perdida. (c) Os triglicerídeos
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consistem de uma molécula de glicerol unida
atrês moléculas de ácidos graxos. Mostra-se
aqui uma molécula de um triglicerídeo que
conbtém dois ácidos graxos saturados e um
ácido graxo monoinsaturado.
O glicerol e os ácidos graxos são as
unidades básicas dos triglicerídeos.
Uma gordura saturada é aquela na
qual todos os átomos de carbono estão
ligados ao número máximo de hidrogênios
(saturado).As gorduras saturadas (e algum
colesterol) ocorrem principalmente nos
alimentos de origem animal, tais como
carnes, produtos lácteos e ovos. Elas
também ocorrem em alguns produtos de
origem vegetal como manteiga de cacau,
óleos de palmeiras e óleo de côco. Pelo fato
de o fígado produzir colesterol a partir de
produtos de desdobramentos de gorduras
saturadas, desaconselha-se a ingestão
destas gorduras por indivíduos com altos
níveis de colesterol. Gorduras
monoinsaturadas e poliinsaturadas são
gorduras que não estão completamente
saturadas com átomos de hidrogênio.
Exemplos de monoinsaturados são
azeite de oliva, óleo de canola e óleo de
amendoim, que se acredita que ajudam a
reduzir os níveis de colesterol. Óleo de milho,
óleo de cardamomo, óleo de girassol, óleo de
algodão, óleo de gergelim e óleo de soja são
exemplos de gorduras poliinsaturadas, que os
pesquisadores também acreditam que ajudam
a reduzir o colesterol no sangue.
Proteínas
Proteínas são muito mais complexas
em estrutura que carboidratos ou lipídios e
estão envolvidas em numerosas atividades
fisiológicas. As proteínas são grandemente
responsáveis pela estrutura das células do
corpo. Algumas proteínas, na forma de
enzimas, funcionam como catalisadores para
acelerar certas reações químicas. Outras
proteínas assumem um papel importante na
contração muscular.
Os anticorpos são proteínas que
defendem o corpo contra micróbios invasores.
Alguns tipos de hormônios são proteínas.
Quimicamente, as proteínas sempre contêm
carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio e,
algumas vezes, enxofre. Os aminoácidos são
as estruturas fundamentais das proteínas.
Cada aminoácido consiste de um grupo amino
(-NH2) básico (alcalino), um grupo
carboxí1lico (-COOH) ácido e uma cadeia
lateral (grupo R) que é diferente para cada
um dos 20 diferentes aminoácidos.
Os aminoácidos e a formação de
ligações peptídicas. (a) Conforme seu nome,
os aminoácidos possuem um grupo amino e
um grupo carboxil (ácido). A cadeia lateral
(grupo R) é diferente em cada aminoácido.
(b) Quando dois ou mais aminoácidos são
unidos químicamente, a ligação covalente
resultante entre eles é chamada de ligação
peptídica. Neste diagrama, os aminoácidos
glicina e alanina unem-se para formar o
dipeptídeo glicilalanina.
Os aminoácidos são as estruturas
fundamentais das proteínas.
Na formação das proteínas, os
aminoácidos combinam-se para formar
moléculas mais complexas; as ligações
covalentes formadas entre aminoácidos são
chamadas de ligações peptídicas.
O glicerol e os ácidos graxos
são as unidades básicas dos
triglicerídeos
Quando dois aminoácidos
combinam-se, forma-se um dipeptídeo (Figura
2 acima (b)). Adicionando-se outro
aminoácido a um dipeptídeo, produz-se um
tripeptídeo. Outras adições de aminoácidos
resultam na formação de peptídeos (4-10
aminoácidos) ou polipeptídeos (10-2.000 ou
mais aminoácidos).
Todos têm a mesma composição
básica, mas cada um também tem átomos
adicionais arranjados de maneira específica.
Já que cada variação no número ou na
seqiiência de aminoácidos produz uma
proteína diferente, uma grande variedade de
proteínas é possível. A situação é semelhante
à utilização de um alfabeto de 20 letras para
formar palavras. Cada letra seria equivalente
a um aminoácido, e cada palavra seria uma
proteína diferente.
Se uma proteína encontra um
ambiente hostil, no qual a temperatura, o pH
ou a concentração de eletrólitos esteja
alterado, ela pode desenrolar-se e perder sua
forma característica. Este processo chama-se
desnaturação. As proteínas desnaturadas não
são funcionais. Um exemplo comum de
desnaturação é visto na fritura de um ovo. No
ovo cru, a proteína (albumina) é solúvel e a
clara é um fluido transparente e viscoso.
Quando é aplicado calor ao ovo, a proteína
altera sua forma, toma-se insolúvel e adquire
uma cor branca.
Enzimas
Como já foi visto, as reações
químicas ocorrem quando ligações químicas
são formadas ou rompidas, quando átomos,
íons ou moléculas colidem entre si. A
temperatura e a pressão corporais normais
são muito baixas para que as reações
químicas ocorram com rapidez suficiente para
a manutenção da vida. As enzimas são a
solução que a célula viva tem para este
problema.
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Elas aceleram as reações químicas,
aumentando a frequência das colisões e
orientando apropriadamente as moléculas que
colidem. E fazem isto sem aumentar a
temperatura ou a pressão - em outras
palavras, sem romper ou matar a célula. As
substâncias que podem acelerar reações
químicas pelo aumento da frequência de
colisões, sem alterar-se no processo, são
chamadas de catalisadores. Em uma célula
viva, as enzimas funcionam como
catalisadores.
As enzimas catalisam certas reações
com grande especificidade, eficiência e
controle.
1. Especificidade. As enzimas são
catalisadores altamente específicos. Cada
enzima em particular afeta apenas substratos
(moléculas sobre as quais as enzimas atuam)
específicos. Em alguns casos, uma parte da
enzima, chamada de sítio ativo, “encaixa” no
substrato como uma chave em uma
Os aminoácidos são as estruturas
fundamentais das proteínas
fechadura (veja Figura abaixo). Em outros
casos, o sítio ativo modifica sua forma para
encaixar perfeitamente em tomo do
substrato, uma vez que ambos entrem em
contato.
Uma enzima acelera uma reação
química sem ser alterada ou consumida no
processo.
Das mais de 1.000 enzimas
conhecidas, cada uma tem uma forma
tridimensional característica, com uma
superfície de formato específico, que permite
que elas se reconheçam e liguem-se a certos
substratos. Quando uma enzima é
desnaturada, o sítio ativo perde seu fonnato
único e não mais se encaixa no substrato.
2. Eficiência. Em condições ótimas, as
enzimas podem catalisar reações da ordem de
milhões, até bilhões, de vezes mais
rapidamente que as das reações similares,
porém sem a presença de enzimas. O número
de turnover (número de moléculas de
substrato convertidas em produto por
molécula de enzima em 1 segundo) fica,
geralmente, entre 1 e 10.000 e pode chegar
até um valor de 600.000.
3. Controle. As enzimas estão sujeitas a uma
variedade de controles celulares. Sua taxa de
síntese e sua concentração em um dado
momento estão sob controle dos genes
celulares. As substâncias presentes no
interior das células podem estimular ou inibir
a atividade de uma dada enzima. Muitas
enzimas ocorrem, nas células, em ambas
formas, ativa e inativa.
Supõe-se que uma enzima funcione
como mostrado na Figura acima.
(1) O substrato entra em contato com o sítio
ativo da molécula da enzima, formando um
composto transitório chamado de complexo
enzima-substrato.
(2) A molécula de substrato é transformada
pelo rearranjo de seus átomos, pela sua
quebra ou pela combinação de várias
moléculas de substrato. As moléculas de
substrato transformadas são chamadas de
produtos da reação.
(3) Após a reação se completar e os
produtos da reação se afastarem da enzima,
a enzima inalterada estará livre para se ligar
a outra molécula de substrato.
Os nomes das enzimas geralmente
terminam com o sufixo -ase. Todas as
enzimas podem ser agrupadas de acordo
com os tipos de reações químicas que elas
catalisam. Por exemplo, oxidases adicionam
oxigênio, desidrogenases removem
hidrogênio, hidrolases adicionam água e
transferases transferem grupos de átomos.
Ácidos Nucleicos
Ácido Desoxirribonucleico (DNA) e
Ácido Ribonucleico (RNA)
Importância do ácido desoxirribonucleico
(DNA), do ácido ribonucleico (RNA) e do
trifosfato de adenosina (ATP). Os ácidos
nucleicos são moléculas orgânicas gigantes
contendo carbono, hidrogênio, oxigênio,
nitrogênio e fósforo. Existem dois tipos
principais: o ácido desoxirribonucleico (DNA)
e o ácido ribonucleico (RNA).
As estruturas fundamentais dos
ácidos nucleicos são os nucleotídeos. Uma