Transferência de Energia em Processos Biológicos

Transferência de energia em processos biológicos

Caio Ponte Carvalho Ferreira

A física é uma ciência que estuda as propriedades gerais da matéria e as leis que modificam o estado ou o movimento delas, sem alterar a composição química. E um conceito muito importante no âmbito da física, é a energia, que pode apresentar vários conceitos, como a energia espiritual ou vigor, com frases como “eu estou cheio de energia”, sendo algo mais subjetivo, mas neste texto iremos tratar apenas sobre o seu significado quando no campo da física.

No dicionário, energia é definida como a capacidade dos corpos para produzir um trabalho ou desenvolver uma força, esta é a definição física de energia. Esta energia pode ser percebida de diversas formas: pelo calor, luz, som e pelo trabalho físico; e sendo de tipo energia cinética, energia térmica, energia elétrica e energia química.

A energia e o trabalho são duas grandezas que possuem a mesma expressão dimensional, porque elas representam dois aspectos de uma mesma grandeza: a energia pode produzir trabalho e o trabalho pode produzir energia (IBRAHIM, 2004).

Energia é a medida da habilidade de algo realizar trabalho. Não é uma substância material. Mas se diz que a energia pode ser guardada e medida de várias maneiras. Uma bala em movimento possui um montante de energia mensurável; isto é conhecido como energia cinética. A bala ganhou esta energia porque um trabalho foi aplicado sobre ela com uma carga de pólvora que perdeu algum potencial químico de energia no processo.

As diferentes formas de energia podem ser separadas em energia cinética (associada às translações dos corpos), energia térmica (associada à vibração dos átomos) e energia ondulatória (associada à propagação de ondas).

Outro conceito que é importante ser encaixado aqui é o de potência ou a da energia potencial, que é a capacidade de realizar trabalho, uma forma de energia que é armazenada, que pode vir a ser. Um exemplo prático é a mola, que quando é deformada tem a tendência de voltar ao mesmo estado que estava antes de ser, a energia que a mola está exercendo para voltar ao seu estado normal é a energia potencial, sendo algo que pode vir se tornar uma.

Dentro disso se tem a energia potencial gravitacional (que tem o potencial de gerar movimento de um objeto pela influência gravitacional de outro), energia potencial elástica (potencial de gerar movimento devido à deformação de uma mola ou elástico), energia potencial elétrica (potencial de gerar o movimento de um elétron) e energia potencial química (potencial de gerar reação química).

Estes conceitos estão intimamente ligados ao desenvolvimento de várias tecnologias, uma delas são as armas de fogo, que funcionam por um tubo cilíndrico, onde se tem uma explosão química de compostos dentro do tubo aplica um trabalho sobre a bala, fazendo com que esta ganhe movimento, esta é a energia cinética. Pode-se perceber neste exemplo que a energia química da explosão é transferida para a bala em forma de energia cinética.

Nos processos biológicos o trabalho e a energia são conceitos muito importantes e constantes na biologia, todos os processos que garantem o funcionamento correto do corpo humano invariavelmente passam por esses conceitos físicos.

O mais óbvio de todos é a alimentação, que serve para o nosso corpo se manter funcionando. Um pão tem que ser cortado, macerado e digerido, que começa na boca, onde há saliva há uma enzima chamada de amilase, que quebra o amido presentes nos carboidratos (pão), depois é levado ao resto do sistema digestivo onde acontecem várias outras quebras até chegar à menor unidade possível: a glicose. Já as proteínas, muito presentes em carne animal são quebradas inicialmente no estômago pela pepsina, no duodeno por uma proteína produzida pelo pâncreas chamada de tripsina.

Mas vamos nos atentar à glicose, ela entra no citoplasma da célula e dá origem a duas moléculas de ácido pirúvico, que seguem para a mitocôndria, organela onde é realizado a respiração celular, que pode ser simplificada pela equação química: C6H12O6 + 6O2 🡪 6CO2 + 6H2O + energia, basicamente os nutrientes da comida com presença de oxigênio sofrem uma reação na mitocôndria em que se se transforma em dióxido de carbono e água, parte da energia liberada é dispersada em forma de calor e a outra parte é armazenada em forma de ATP.

A adenosina trifosfato (ATP), é uma molécula que é formada pela junção do ADP mais um fosfato inorgânico que estão livres no citoplasma, é aí que a energia é armazenada, então se tem uma transferência de energia, para ser transformado no que foi falado antes sobre energia potencial, apenas esperando ser necessária energia para esta ser liberada.

Tendo em vista isso os processos biológicos e sua necessidade de energia para garantir o funcionamento das suas funções, a transferência de energia é evidente neste tipo de situação a importância da termodinâmica e da bioenergética, que é definido como o estudo quantitativo das transduções energéticas que ocorrem em células vivas (mudança de uma forma de energia a outra) bem como da natureza e da função dos processos químicos envolvidos nessas transduções (DAVID & COX, 2014). É importante frisar que essas transformações sempre seguem a 1ª lei da termodinâmica.

Primeiramente, como os processos do corpo humano dependem muito do sistema nervoso para comandar estes, é importante saber como funciona o sistema com um enfoco energético. Pensem em como se dá o movimento do seu braço com os músculos estriados, que ficam sob o controle voluntário. Os ramos nervosos vão para o tecido muscular e se ramificam para entrar em contato com as células musculares.

O estímulo sai do córtex motor no cérebro, passa pela medula espinha e passam pelo nervo periférico até o músculo. A célula nervosa quando está em repouso tem, na sua membrana um potencial elétrico (que como um capacitor), onde o interior é negativo em relação ao exterior, que é originado da diferença de concentração dos íons Na+, K+, Cl- e HPO4-3. No momento em que chega um impulso o interior passa a ser positivo e o exterior negativo, e essa inversão é passada ao longo do neurônio até que chega no músculo.

As estrias do músculo são os sarcômeros (actina e miosina), a miosina liga-se ao ATP, que se quebra e libera um fosfato e um ADP, assim os filamentos de actina se fecham sobre os de miosina com gasto de energia sobre a forma de ATP, e para que elas se soltem para o músculo relaxar, outro ATP precisa se ligar a miosina. Então a energia química do ATP, se transfere em uma energia elétrica no neurônio e por fim em energia mecânica quando se tem a contração muscular.

Podemos considerar como transferência de energia a audição humana? A energia da onda sonora chega no ouvido e no tímpano que faz com que os menores ossos do nosso corpo trabalhem: o martelo e a bigorna. O martelo bate na bigorna de acordo como as ondas vão entrando e vibrando o tímpano. Se esse processo está em discussão, pode-se tocar no assunto também do tato que através de nervos perto da superfície da pele reagem a mudança de pressão mecânica e sofrem uma despolarização provocando um impulso nervoso. Todos esses padrões são transmitidos para o cérebro pelo método de potencial de membrana.