(9) biologia e geologia 10º ano - trocas gasosas em seres multicelulares
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O documento descreve as trocas gasosas nas plantas e animais. Nas plantas, as trocas ocorrem nas folhas através dos estomas, que controlam a entrada e saída de gases. Nos animais, as trocas ocorrem através de diferentes superfícies respiratórias como brânquias, traqueias e pulmões.
(9) biologia e geologia 10º ano - trocas gasosas em seres multicelulares
- 1. Trocas gasosas em seres multicelulares Biologia e Geologia 10º Ano 2009/2010
- 2. TROCAS GASOSAS NAS PLANTAS
- 3. Trocas gasosas nas plantas • Como já foi visto anteriormente, o órgão das plantas onde ocorrem as trocas gasosas são as folhas. • Estas apresentam estruturas especializados que permitem as trocas de: • Vapor de água; • O2 • Expulso durante a fotossíntese mas capturado durante a respiração; • CO2 • Expulso durante a respiração mas capturado durante a fotossíntese;
- 4. Estomas • Ao nível das folhas existem estruturas que permitem estas trocas… • Os estoma.
- 5. Estomas • Os estomas controlam as trocas gasosas entre o meio exterior e a planta, graças à capacidade que têm em abrir e fechar. • Quando as células guarda estão túrgidas, aumentam o volume fazendo aumentar a pressão ao nível das paredes (pressão de turgescência). • Como a parte mais fina das paredes se deformam mais facilmente do que a parte espessa, este fenómeno leva à abertura do estoma.
- 6. Estomas • O grau de turgescência das células guarda permite controlar o grau de abertura do estoma. • Os principais factores que fazem variar o grau de turgescência são por exemplo: • Concentração de certos iões; • Concentração de CO2; • Luz; • Temperatura; • Vento; • Quantidade de água no solo.
- 7. Controlo dos estomas e o ião K+ • O transporte activo de K+ é actualmente o mecanismo aceite para explicar a variação da pressão de turgescência das células guarda. • A passagem, por transporte activo de K+ para o interior das células guarda, faz com que ocorra passagem de água por osmose para o interior das células guarda e por conseguinte o aumento da pressão osmótica que leva à abertura dos estomas. • Por outro lado, quando o transporte activo cessa, ocorre a saída de K+ das células guarda, mas também de água, o que por sua vez diminui a pressão de turgescência e por conseguinte levando ao fecho dos estomas.
- 8. Controlo dos estomas e a concentração do CO2. • A concentração de CO2 nos espaços intercelulares são também um mecanismo de controlo do grau de abertura dos estomas. • Baixas concentrações de CO2 nos espaços intercelulares estão normalmente associados a períodos de fotossíntese, uma vez que este composto é consumido. • As células guarda são também fotossintéticas, pois possuem cloroplastos, assim durante os períodos de fotossíntese há acumulação de solutos que levam à entrada de água e por conseguinte à abertura dos estomas.
- 9. TROCAS GASOSAS NOS ANIMAIS
- 10. Respiração celular • Respiração celular é um processo que consiste nas trocas gasosas ao nível celular. • Trata-se de um processo de difusão. • Ocorre através de superfícies respiratórias. • As trocas gasosas entre as superfícies respiratórias e as células podem ser feitas directamente – difusão directa. • Ou de forma indirecta – difusão indirecta – uma vez que os gases respiratórios são transportados até às celulas por um fluído circulante. • As trocas gasosas ao nível das superfícies respiratórias adquirem o nome específico de hematose.
- 11. Superfícies respiratórias • Existe uma grande diversidade de superfícies respiratórias, no entanto todas têm características em comum: • Pouco espessas, normalmente apenas uma camada de células separa o meio externo do interno; • Encontram-se sempre húmidas, lembrar que os materiais que atravessam as membranas plasmáticas têm que se encontrar dissolvidas; • São densamente vascularizadas para facilitar o contacto com o fluído circulante; • A sua morfologia permite uma grande superfície de contacto entre o meio interno e o meio externo.
- 12. Superfícies respiratórias • A diversidade de superfícies respiratórias deve-se a diversos factores como o tamanho do organismo, o ambiente e história evolutiva. • Vai-se no entanto estudar as seguintes superfícies respiratórias: • Superfície Corporal; • Brânquias; • Traqueias; • Pulmões.
- 13. Superfície Corporal • Em seres vivos muito simples como as Hidras ou as Planárias as trocas gasosas fazem-se directamente através da superfície corporal. • Esta situação é possível pois os seus corpos são constituídos por poucas camadas de células. • No caso da Hidra, com apenas duas camadas de células, a camada externa realiza trocas directamente com o meio aquático. • Por seu lado a camada interior realiza trocas com a água que circula na cavidade gastrovascular.
- 14. Superfície Corporal • A planária apresenta uma forma achatada (plana) o que facilita o contacto de todas as células com o meio externo. • Em animais mais complexos, com mais camadas de células, tal como as minhocas, o aparecimento de um sistema circulatório aumentou a eficácia das trocas gasosas através do tegumento. • Tegumento é a camada de células que cobre o corpo. • Em animais que realizam as trocas gasosas através do tegumento diz-se que realizam hematose cutânea. • Embora estes animais existam em ambientes secos (terrestre) a hematose é possível pois ao nível da pele existem numerosas glândulas produtoras de muco que mantêm a pele húmida. • Além disso o sistema circulatório encontra-se muito próximo da pele, o que permite a hematose cutânea. • Alguns peixes e anfíbios conseguem também realizar hematose cutânea além da hematose branquial e pulmonar.
- 15. Brânquias • As brânquias/guelras são os órgãos respiratórios da maioria dos animais aquáticos. • São normalmente evaginações da superfície do corpo. • Apresentam normalmente um aspecto plumoso/filamentoso, representando uma zona onde o epitélio se divide muito, constituindo uma grande superfície de contacto para a hematose. • Podem encontrar-se no exterior do corpo ou, na maior parte dos casos, dentro de uma cavidade. • Nos peixes ósseos as brânquias encontram- se na câmara branquial a qual é protegida por uma estrutura óssea denominada de operáculo.
- 16. Brânquias • Nos peixes ósseos as brânquias estão permanentemente banhadas por água através de um fluxo que entra pela boca e sai pelas fendas operculares. • A abertura da boca e opérculos estabelece a circulação da água, mesmo quando o peixe está imóvel.
- 17. • As brânquias são constituidas por filamentos duplos, inseridos obliquamente em estruturas ósseas denominadas de arcos branquiais. • Em cada filamento existe: • um vaso sanguíneo por onde o sangue entra na brânquia, isto é, um vaso com sangue venoso denominado de vaso aferente. • Um vaso sanguíneo por onde o sangue saí da brânquia, isto é, um vaso de sangue arterial denominado de vaso eferente. • Entre estes dois vasos existe uma rede de capilares ao nível dos quais ocorrem as trocas gasosas. • Estes capilares encontram-se numa dilatação da brânquia denominada de lamela.
- 18. Mecanismo de Contracorrente • A água entra pela boca do peixe e é levada até a câmara branquial. • Ai passa pela lamelas em sentido contrário ao sangue. • Assim à medida que o sangue flui através dos capilares, vai ficando cada vez mais oxigenado e dado que circula em sentido contrário ao da água, vai contactando com água que é sucessivamente mais rica em oxigénio. • Este processo permite aumentar significativamente a eficiência da hematose branquial. • O mesmo processo é aplicado às trocas gasosas de CO2.
- 19. Mecanismo de Contracorrente • O mecanismos de contracorrente permite que as trocas gasosas tenham uma eficácia de 80%. • Este mecanismo é de extrema importância para os seres aquáticos uma vez que neste meio a quantidade de oxigénio dissolvido é significativamente inferior ao que existe na atmosfera.
- 20. Traqueias • A quantidade de oxigénio presente na atmosfera é muito superior à dissolvida na água. • No entanto a hematose no ambiente terrestre acarreta algumas dificuldades. • Acontece que o O2 e o CO2 são solúveis em água, nos meios aquáticos esse problema está resolvido, nos meios terrestres as superfícies respiratórias têm que estar húmidas de modo aos gases estarem dissolvidos. • Alguns seres vivos resolvem o problema mantendo o tegumento húmid, outros por outro lado utilizam superfícies respiratórias invaginadas no interior do corpo, reduzindo assim as perdas de água.
- 21. Traqueias • Os insectos e outros artrópodes apresentam um sistema respiratório constituido por uma rede de traqueias, que se encontram no interior do corpo. • As traqueias ramificam-se em tubos cada vez mais pequenos que terminam nas traquíolas que contactam directamente com as células. • Todas as células do corpo apresentam uma traquíola. • As traqueias comunicam com o exterior através de aberturas ao nível da superfície corporal denominadas de espiráculos. • Pequenos orifícios visíveis ao longo de todo o corpo. • A estrutura das traqueias mantêm-se sem colapsar (sempre aberta) devido a existência de uma proteína estrutural rígida que rodeia estes tubos, a quitina, em hélice.
- 22. Traqueias • Em insectos primitivos os espiráculos encontram-se permanentemente abertos, pelo que não há controlo do ar que circula nas traqueias. • Em insectos mais evoluídos existem já estruturas, semelhantes a válvulas – os ostíolos – que controlam o fluxo de ar. • A ventilação activa encontra-se apenas em insectos maiores, onde por movimentos musculares há contracção das traqueias o que leva a inspiração de ar e no caso contrário e expiração. • Em insectos menores não ocorre ventilação activa mas sim passiva, isto é, simplesmente há entrada e saída de ar. • Este processo de trocas gasosas é um caso de difusão directa uma vez que as trocas gasosas se dão directamente entre o epitélio das traquíolas e as células, ou seja, não há intervenção de um fluído circulante. • Trata-se também de um processo só possível em animais de reduzidas massas corporais, dado que a velocidade de difusão e distribuição dos gases é muito baixa.
- 23. Pulmões • Os pulmões são as superfícies respiratórias mais evoluídas que existem. • São invaginações (interior do corpo) onde as perdas de água são mínimas. • Todos os vertebrados terrestres apresentam pulmões, embora sejam diferentes de grupo para grupo.
- 24. Pulmões • Existe uma tendência evolutiva para o aumento da superfície do epitélio respiratório. • Os anfíbios são os que apresentam os pulmões mais pequenos, assim e de forma a compensar tal facto apresentam também hematose cutânea. • Os répteis, mais adaptados ao ambiente terrestre apresentam uns pulmões ligeiramente maiores. • Ainda assim pequenos o que lhes dificulta a oxigenação dos tecidos, o que associado ao facto da circulação sanguínea ser incompleta, faz com que estes seres vivos sejam poiquilotérmicos.
- 25. Pulmões • Aves e mamíferos são os seres vivos que apresentam aparelhos respiratórios mais complexos.
- 26. Pulmões - Aves • As aves são seres vivos que apresentam elevadas taxas metabólicas, pelo que necessitam de uma boa oxigenação dos tecidos. • Além de apresentarem uma grande superfície respiratória,apresentam também uma boa ventilação pulmonar. • Além dos pulmões as aves apresentam os chamados sacos aéreos por todo o corpo, o que lhes permite ter reservas de ar que aumentam a eficiência da ventilação. • Os sacos aéreos permitem também diminuir a densidade o que lhes facilita o voo, além de que permite também dissipar mais rapidamente o calor resultante do metabolismo.
- 27. Pulmões - Aves • Nas aves o ar circula em apenas um sentido… Sacos aéreos posteriores – Pulmões – Sacos aéreos anteriores • A hematose só ocorre nos pulmões ao nível dos parabrônquios, finos canais abertos nas duas extremidades. • A hematose não ocorre ao nível dos sacos aéreos, mas estes permitem que o ar circule em apenas um sentido. • Para que o ar percorra todo o sistema, têm que ocorrer dois ciclos ventilatórios. • Na primeira inspiração o ar circula pela traqueia até aos sacos aéreos posteriores. • Durante a primeira expiração o ar passa desses sacos para os pulmões, onde ocorre hematose. • Na segunda inspiração passa novo ar para os sacos posteriores e o ar dos pulmoes passa para os sacos anteriores. • Durante segunda expiração o ar dos sacos anterioes é expluso para o exterior. • Tal como nos peixes, os animais que apresentam pulmões fazem circular o ar em contracorrente, o que aumenta significativamente a eficiência da hematose.
- 28. Pulmões - Mamíferos • No caso dos mamíferos a superfície respiratória é constituída por milhões que alvéolos pulmonares. • Estes dispõem-se em cacho em torno dos bronquíolos. • Neste grupo de animais o ar circula em dois sentidos opostos, sendo necessários apenas um ciclo respiratório para que o ar percorra todo o sistema. • Durante a inspiração o ar é levado até aos aleveolos pulmunares, via traqueia, brônquios e bronquíolos. • Durante a expiração o ar é expulso dos alvéolos pulmunares.
- 29. Pulmões - Mamíferos • Nos alvéolos pulmunares, chegando o ar novo (rico em oxigénio), ocorre a hematose pulmunar. • O processo é bastante eficaz uma vez que existe um profusa rede de capilares a rodear os alvéolos. • No caso do Homem mesmo após uma expiração profunda, permanece sempre algum ar nos pulmões – ar residual.