Capítulo 10: Estrutura Determina a Função - Biologia Humana

Objectivos de aprendizagem para a estrutura e o bioconceito da função.

Você será capaz de demonstrar e fornecer exemplos da relação íntima entre estrutura (forma) e função na natureza em vários níveis:
- molecular e celular (proteínas e tipos celulares)
- individual (anatomia e fisiologia)
- nível populacional e acima (ecossistemas)
Distinguir entre as estruturas básicas e funções dos quatro tipos de tecidos por:
- provendo ou reconhecendo exemplos principais de cada tipo de tecido
- summarizando como os tecidos estão organizados em órgãos e sistemas

Liste os 11 sistemas de órgãos, seus componentes, e suas funções.
Explique como e porque os organismos devem manter a homeostase dentro de seu ambiente interno.

Um dos temas abrangentes da biologia é que a estrutura determina a função; como algo é arranjado permite que ele realize um trabalho específico. Vemos isso em todos os níveis da hierarquia da organização biológica, desde os átomos até a biosfera. Vejamos alguns exemplos onde a estrutura determina a função.

Nível molecular – proteínas. A forma (estrutura) de uma proteína determina a sua função. Por exemplo, existem duas formas básicas para as proteínas: fibrosa e globular (redonda). As proteínas fibrosas, como o colágeno (Figura 18.1), têm a forma de uma corda e dão força à nossa pele para evitar que ela se rasgue. As proteínas fibrosas são proteínas estruturais porque ajudam a dar forma e sustentam a pele. As proteínas globulares, como a hemoglobina (Figura 18.2), são utilizadas para transportar o oxigénio no sangue. Outros exemplos de proteínas globulares que têm diferentes funções são as enzimas (catalisam ou aceleram reações químicas no corpo) e as proteínas da membrana plasmática (podem transportar substâncias através da membrana celular, desempenhar um papel na comunicação celular, agir como enzimas, ou ajudar a identificar a célula para o resto do corpo).

Figure 10.1 Colágeno, uma proteína fibrosa encontrada na pele. CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=379964

Figure 10.2 Hemoglobina. Uma molécula de hemoglobina contém quatro proteínas da globina, cada uma das quais ligada a uma molécula do heme pigmentar contendo ferro. (crédito: modificado de Openstax Anatomy and Physiology)

Nível celular – células musculares esqueléticas. A estrutura das células musculares esqueléticas permite que elas tenham a função de contração, o que nos permite mover. Por exemplo, as células musculares esqueléticas que compõem o músculo bíceps braquial estão ligadas a ambas as extremidades do osso do úmero por tendões e estão repletas de proteínas contráteis (actina e miosina) (Figura 18.3). Quando as proteínas contráteis se contraem, elas encurtam a célula muscular, que então puxa as extremidades do úmero e permite que você flexione o antebraço (Figura 18.4).

Figure 10.3 Fibra Muscular (Célula) Uma fibra muscular esquelética é circundada por uma membrana plasmática chamada sarcolemma, que contém o sarcoplasma, o citoplasma das células musculares. Uma fibra muscular é composta por muitas fibrilas, que dão à célula sua aparência estriada. (crédito: Openstax Anatomia e Fisiologia)

Figure 18.4 Biceps Brachii Muscle Contraction A grande massa no centro de um músculo é chamada de barriga. Os tendões emergem de ambas as extremidades da barriga e ligam o músculo aos ossos, permitindo que o esqueleto se mova. Os tendões do bíceps ligam-se ao antebraço e ao braço. (crédito: Victoria Garcia)

Nível individual (anatomia e fisiologia). No estudo humano, anatomia é o estudo da estrutura do corpo (ex- onde o músculo quadríceps está localizado) e fisiologia é o estudo de como o corpo funciona (ex- como o músculo quadríceps se contrai). Vejamos a anatomia do coração, que dita a função do coração. O coração é constituído por quatro câmaras ocas (átrios e ventrículos) e é feito de células musculares cardíacas (Figura 18.5). Esta estrutura permite que o coração tenha a função de bombear o sangue ao redor do corpo. Se a estrutura do coração muda (ex- algumas das câmaras cardíacas ficam esticadas ou dilatadas), então a função do coração diminui, pois o coração não pode mais bombear tanto sangue, o que eventualmente causará insuficiência cardíaca congestiva.

Figure 10.5 Anatomia interna do coração. Esta visão anterior do coração mostra as quatro câmaras, os vasos principais e seus ramos iniciais, assim como as válvulas. (crédito: Openstax Biologia Humana)

Nível do Ecossistema. Um ecossistema consiste em uma comunidade de todas as diferentes espécies que vivem em uma determinada área geográfica, bem como todos os componentes não vivos (ex-água, areia, luz, oxigênio). Se olharmos para a estrutura de um ecossistema de recife de coral, vemos que os corais, que são as espécies fundadoras, fornecem proteção e habitat para outras espécies (Figura 18.6). O recife de coral protege outras espécies, como peixes, das ondas e correntes oceânicas e lhes dá um lugar para se esconderem dos predadores.

Figure 10.6 By Fascinating Universe – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16657833

10.2 Human Tissue Types

O termo tecido é usado para descrever um grupo de células semelhantes encontradas juntas no corpo que agem em conjunto para desempenhar funções específicas. Da perspectiva evolutiva, os tecidos aparecem em organismos mais complexos.

Embora existam muitos tipos de células no corpo humano, elas estão organizadas em quatro categorias de tecidos: epiteliais, conectivos, musculares e nervosos. Cada uma destas categorias é caracterizada por funções específicas que contribuem para a saúde e manutenção geral do corpo. Uma ruptura da estrutura de um tecido é um sinal de lesão ou doença. Tais alterações podem ser detectadas através da histologia, do estudo microscópico da aparência, organização e função do tecido.

Os Quatro Tipos de Tecidos

Epitelial, também referido como epitélio, refere-se às folhas de células que cobrem as superfícies externas do corpo, recortam cavidades internas e passagens, e formam determinadas glândulas. Exemplos de tecido epitelial incluem pele, membranas mucosas, glândulas endócrinas e glândulas sudoríparas. O tecido conjuntivo, como seu nome indica, une as células e órgãos do corpo e funciona na proteção, suporte e integração de todas as partes do corpo. O tecido conjuntivo é diversificado e inclui osso, tendões, ligamentos, cartilagem, gordura e sangue. O tecido muscular é excitável, respondendo à estimulação e contração para fornecer movimento, e ocorre como três tipos principais: músculo esquelético (voluntário), músculo liso, e músculo cardíaco no coração. O tecido nervoso também é excitável, permitindo a propagação de sinais eletroquímicos na forma de impulsos nervosos que comunicam entre diferentes regiões do corpo (Figura 18.7).

O nível seguinte de organização é o órgão, onde dois ou mais tipos de tecidos se juntam para desempenhar funções específicas. Assim como conhecer a estrutura e função das células o ajuda no estudo dos tecidos, o conhecimento dos tecidos o ajudará a entender como os órgãos funcionam.

Figura 10.7 Quatro Tipos de Tecidos: Corpo Os quatro tipos de tecidos são exemplificados em tecido nervoso, tecido epitelial escamoso estratificado, tecido muscular cardíaco e tecido conjuntivo no intestino delgado. No sentido horário a partir do tecido nervoso, LM × 872, LM × 282, LM × 460, LM × 800. (Micrográficos fornecidos pelos Regentes da Faculdade de Medicina da Universidade de Michigan © 2012)

10.3 Sistemas de Órgãos Humanos

Um sistema de órgãos é um grupo de órgãos que trabalham em conjunto para desempenhar funções importantes ou satisfazer as necessidades fisiológicas do corpo. A Figura 18.8 abaixo mostra os onze sistemas de órgãos distintos do corpo humano. A atribuição de órgãos a sistemas de órgãos pode ser imprecisa, uma vez que órgãos que “pertencem” a um sistema também podem ter funções integrais a outro sistema. Na verdade, a maioria dos órgãos contribui para mais de um sistema. Neste curso, vamos discutir alguns, mas não todos estes sistemas de órgãos.