Curso Cincias BiolgicasEcologia EnergticaRicardo Motta Pinto-CoelhoDepto. Biologia GeralProduo Secundria (Parte 1)

Nutrio Contedo Energtico, Composio Elementar e Bioqumica

Contedo EnergticoA matria viva tem propriedades uniformes no s no que se refere sua composio em elementos essenciais (C,N e P principalmente) bem como ao seu contedo calrico por unidade de biomassa (peso seco). Uma das formas de se comparar organismos muito diferentes entre si seria calcular o seu equivalente energtico. Em mdia, os organismos possuem o contedo energtico variando de 3700 a 6500 cal.g-1de peso seco (Margalef, 1977). Entretanto, estes valores no podem ser totalmente metabolizveis pelos organismos. A taxa de assimilao de uma presa, por exemplo, funo da eficincia de utilizao dos diferentes compostos presentes em sua biomassa pelo seu predador o que por sua vez depende dos produtos terminais do metabolismo (grau de oxidao).

Quadro I: Valor calorfico de alguns tipos de alimentos (modificado da tabela 14-12 de Margalef, 1977).

Organismo

kcal.100g-1.peso fresco-1

Bactrias

40-100

Fitoplncton

30-60

Vegetais superiores (folhas)

12-40

Vegetais superiores (madeira)

127-290

Vegetais superiores (nctar)

38-290

Vegetais superiores (plen)

240-305

Vegetais superiores (sementes)

300-650

Vertebrados

160-350

Insetos

70-150

Contedo Elementar

Trata-se da expresso da biomassa de plantas, animais, microorganismose detritos em percentual por peso seco de Carbono (%C), Nitrognio (%N) e Fsforo (%P). As razes de C:N:P so importantes para verificar, por exemplo, qual o fator limitante ao crescimento.Os teores desses elementos podem tambm nos dar infernciassobre o status nutricional dos organismos bem como de suapossvel dieta. Nesse sentido, muitos estudos tm sido conduzidoscom istopos naturais desses elementos. Os lagos podem serclassificados segundo as razes C:N. A medida que cresce o teorde carbono da gua, cresce igualmente a razo C:N . Esse incremento sugere que h um aumento do carbono recalcitrante, tpico de restingas, reas alagadas (wetlands) e rios quedrenam extensas reas florestais (Rio Negro, Amazonas).

Tabela Razes estequiomtricas de seston (dominado pelo fitoplncton) em lagos com indicao da limitao por nutriente (Wetzel, 2001)Observao: APA: atividade da enzima fosfatase alcalina; as razes C:N, N:P, C:P so em micromoles.micromoles-1.l-1 A razo C:Clorofila-a est calculada em micromoles.ug-1.l-1 e a razo APA:clorofila-a est calculada em (micromoles.ug-1).h-1

Grau de Limitao Por Nutriente

Razo

Deficincia

Nenhuma

Moderada

Severa

C:N

N

14.6

N:P

P

23

C:P

P

258

Si:P

Si

100

C:Clorofila-a

Geral

8.3

APA-Clorofila-a

P

0.005

Composio bioqumica

A composio bioqumica do animal tem importantes implicaes ecolgicas e bioenergticas. Num primeiro momento, estuda-se tradicionalmente os teores de lipdeos, carbohidratos e protenas. Os estudos podem avanar aprofundando-se na composio qualitativa dos lipdeos, por exemplo. Neste caso, os teores de cidos graxos, fosfolipdeos e triglicrides podem ser quantificados. As protenas podem ser o seu contedo em aminocidos identificado e os carbohidratos podem ser divididos em mono- ou polissacrideos.

CarbohidratosCarbohidratos possuem a frmula geral CH2O e incluem desde acares simples (hexoses) a polissacardeos tais como amido e o glicognio. Carbohidratos incluem ainda substncias com importantes funes estruturais tais como a celulose que formada de vrias unidades do tipo C6H10O5 que chegam a pesar 400.000. O algodo, por exemplo, composto por cerca de 90% de celulose. Outro grupo importante de carbohidratos so as glicoprotenas tais como o colgeno que desempenha importante funo estrutural.

Quadro II Aminocidos constituintes de protenas. Entre parntesis a abreviatura do aminocido pela nomenclatura internacional. O asterisco indica os aminocidos essenciais na dieta humana (modificado de Manahan, 1993).

AminocidosSo as unidades formadoras das protenas. Tratam-se de compostos formados a partir dos grupos CO2H e -NH2 ou seja uma mistura de cido carboxlico e aminas.

Aminocido

Aminocido

1 glicina (GLY)

11 cistena (CYS)

2 alanina (ALA)

12 tirosina (TYR)

3 fenilalanina (PHE) *

13 glutamina (GIN)

4 serina (SER)

14 triptofano (TRY) *

5 treonina (THR) *

15 cido asprtico (ASP)

6 asparagina (ASN)

16 histidina (HIS)

7 leucina (LEU) *

17 cido glutmico (GLU)

8 isoleucina (ILE) *

18 lisina (LYS) *

9 prolina (PRO)

19 arginina (ARG)

10 metionina (MET) *

20 valina (VAL) *

ProtenasSo as unidades bsicas de todos os sistemas vivos. Tratam-se de polmeros de aminocidos (macromolculas) que chegam a ter milhares de aminocidos. As protenas de baixo peso molecular so chamadas de polipeptdeos (< 40 aa). As protenas so formadas pelas ligaes alfa ou seja, uma ligao entre o grupo carboxlico de um aa e o tomo de carbono mais prximo do grupo amina do prximo aa. A estrutura de uma protena diz respeito ao arranjo espacial da molcula. A estrutura primria a seqncia de aa dentro da protena. A estrutura secundria refere-se a forma segundo a qual os polipetdeos se arranjam (dobras) entre si. A estrutura terciria est relacionada ao arranjo das espirais alfa formada pelos grupos R. A estrutura quaternria formada quando duas protenas formadas por cadeias diferentes de polepeptideos se juntam.

Funes das Protenas

Exemplos

a) nutrio

casena

b) estocagem

ferritina

c) estrutural

colgeno

d) contrtil

miosina

e) transporte

hemoglobina

f) defesa

anticorpos

g) regulao

insulina

h) enzimas

acetilcolinesterase

Lipdeos

So compostos hidrofbicos que podem ser agrupados em pelo menos 16 diferentes sub-classes. Cada classe de lipdeo contm compostos de polaridade similar mas as diferenas estruturais podem ser muito grandes. A maioria dos lipdeos biognicos possui o grupo acil (R-C=O). Os cidos graxos possuem o grupo (COOH). Os lipdeos no so s importantes como substncias de reserva de energia mas tambm exercem importantes funes bioqumicas dentro das clulas. Alguns lipdeos so essenciais ao metabolismo animal mas no podemser sintetizados por eles. Dentre eles, citamos os cidos graxos de cadeia longa (-3 e -6). O smbolo grego mega () significa a posio da primeira ligao dupla a partir do lado da terminao metila da molcula. Os animais podem elongar ou desaturar as molculas mas no podem colocar a ligao dupla no ponto 3 e 6.Tipos de lipdeos (Arts & Waiman, 1998)

Os cidos graxos podem ser agrupados em duas categorias: os que podem ser sintetizados ou no pelos animais. Os cidos essenciais (EFA) devem ser obrigatoriamente supridos na dieta. Clulas animais (marinhas) no podem desaturar abaixo do C-9 e C-10 (final metila). Dessa forma, todos os cidos graxos mega-3 e mega-6 de origem marinha animal provm de alimentos de outro Reino (vegetal ou monera). cidos graxos de cadeia longa do tipo Omega-3 (PUFA) so encontrados apenas em plantas marinhas enquanto enquanto os cidos de cadeia mais curta () prevalecem em plantas terrestres. Essas diferenas persistem em toda a cadeia trfica desses sistemas.

Os organismos apresentamuma dinmica espao-temporal muito ntida em relao estocagem delipdeos totais em suas clulas. Essa dinmica reflete, por exemplo, as estratgias de alimentao dos organismos no ambiente. O exemplo,ao lado, indica os padres diurnos de estocagem de lipdeos no zooplncton (valores mais elevados noite). A pesquisa realizada no reservatrio da Pampulha.. Dados da dissertao de mestrado em ECMVS de Andria Costa (1997).

VitaminasAs vitaminas so compostos orgnicos de natureza e funo variadas cuja presena essencial na dieta de quase todos os animais. Os principais grupos de vitaminas so: A, B, C, D e E. As vitaminas do complexo B (B1, B2, B6 e B12) so importantes reguladores da atividade metablica basal das clulas j que so necessrias para os processos ligados a carboxilizao e descarboxilizao de carbohidratos, dentre outros.

Vitamina

Principais fontes

Carncias

A

leo de fgado de peixes, legumes, lacticneos

B1

levedura de cerveja, cutcula de arroz, figado, rins de animais e gema de ovos

doena de beri-beri.

B2

idem

pertubaes cutneas e de mucosas, problemas neurolgicos

B5

idem

atrasos no crescimento somtico

B6

idem

problemas neurolgicos e nos tecidos epiteliais e conjuntivos

B12

idem

anemia

C

frutas frescas, legumes

escorbuto

D

leos e gorduras de animais

problemas de calcificao (raquitismo, etc.)

D2

idem

D3

idem

E

germe de cereais

aborto, queda na espermatognese

F

leos vegetais

H

rim, fgado e ovos

K

vegetais verdes

problemas em tecidos epiteliais, hemorragia

K1

idem

K2

idem

K3

idem

P

frutas e sementes

problemas capilares

PP

levedo de cerveja

pelagra, distrbios nervosos

NutrioTipos de Nutrio

Sistema I (tipo de presa):

a) fitfagos ou vegetarianos;

b) zofagos ou carnvoros;

c) detritvoros ou saprfita.

Sistema II (tamanho da presa)

a) micrfagos;

b) macrfagos.

Sistema III (funcional)

a) osmotrofia: compostos solveis;

b) fagotrofia: compostos slidos e insolveis.