a respiração
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A RESPIRAÇÃO
Ambystoma mexicanum
Bom dia!
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Respiração Anaeróbica – ocorre no citosol sem a presença de ar através da Glicólise Anaeróbia ou Fermentação. O lucro líquido da Glicólise é de 2 ATPs.Muitos invertebrados (geralmente parasitos) podem sobreviver a períodos de exaustão de oxigênio, quer reduzindo sua taxa metabólica ou mudando para respiração anaeróbia. Respiração Aeróbica – ocorre na mitocôndria pelo chamado Ciclo de Krebs ou fosforilação oxidativa. O lucro líquido do Ciclo de Krebs é 30 ATPs.
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A necessidade da respiração - O oxigênio, na maioria dos casos é indispensável
ao metabolismo celular (obtenção de energia), pois a oxidação faz com que elementos químicos percam elétrons que serão transferidos a outros elementos. Ele participa da cadeia de transferência de elétrons que culminará na produção do ATP, combustível celular de todos os seres vivos.
- O dióxido de carbono (CO2), e água são produtos do metabolismo celular a serem eliminados.
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Em animais inferiores, as trocas gasosas são diretas (difusão) .
Nos mais complexos, ou providos de revestimento seco e impermeável, a respiração dá-se em dois estágios:
- Respiração externa – trocas entre o ambiente e os órgãos respiratórios.
- Respiração interna – trocas entre os líquidos do corpo e as células dos tecidos (difusão).
Respiração celular aeróbica
(nas mitocôndrias) C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + energia (ATP)
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Outros autores fazem a seguinte distinção:
- Trocas gasosas – absorção de oxigênio e perda de dióxido de carbono.
- Respiração – atividade metabólica de produção de energia (ATP) que ocorre dentro da célula.
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Como ocorrem as trocas gasosas?Lei dos gases: quando existe uma
diferença de pressões de difusão entre os dois lados de uma membrana, passam mais moléculas para a região de pressão menor do que na direção oposta.
A pressão do oxigênio no ar ou na água é maior do que no corpo de um animal, onde o oxigênio é constantemente usado, de modo que tende a entrar por qualquer membrana apropriada.
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Proteínas transmembrana formam poros funcionais, ou seja, caminhos hidrofílicos pelos quais passam muitos íons e moléculas insolúveis em lipídios.- Todos os sistemas respiratórios possuem uma membrana úmida permeável. O sistema deve estar umedecido porque os gases têm de estar em solução para que sejam difundidos através da membrana.
Euglena viridis
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Para definir um gás é necessário explicitar:
- Volume - medido em mm3, cm3 (mL) ou m3 (SI).
- Temperatura – medida em °C ou K.
- Pressão – medida em torr (Torricelli).
1 torr = 1mm Hg
1 atm = 760 mm Hg = 760 torr
1. Lei de Boyle-Mariotte: o volume de um gás é inversamente proporcional à pressão, mantida constante a temperatura. Explica as mudanças de pressão que o ar sofre ao entrar e sair dos pulmões.
Robert Boyle (1627-91)
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2. Lei de Gay-Lussac-Charles: o volume de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta, mantida constante a pressão. Permite calcular a variação de volume que o ar sofre ao entrar e sair do pulmão.3. Lei geral dos gases: é a combinação das leis anteriores obtida através da teoria cinética da matéria.
P = pressão
V = volume
n = número de moles
R = constante universal dos gases (8,3 J.10-1 °K-1)
T = temperatura
PV = nRT
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4. Lei de Henry – o volume de um gás dissolvido em um líquido é proporcional à pressão do gás sobre o líquido, a uma fator de solubilidade e ao volume do líquido.
Vd = P . f . V1
P = pressão (em torr)
f = fator de solubilidade
V1 = volume do líquido (em L)
Vd = volume (do gás) dissolvido (em mL)
William Henry (1774-1836)
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5. Lei de Graham: a difusão de um gás é inversamente proporcial à raiz quadrada de sua massa molecular. Se aplica em estudos de difusão de gases em biossistemas.
Na Biologia, várias constantes foram acrescentadas:
Cs = constante de solubilidade
T = temperatura M = massa molecular
A = área de difusão L = distância
∆P = coeficiente de pressão n = viscosidade do meio
v = 1 √M
v = Cs . T. A. ∆P
M . L . n
Thomas Graham (1805-1869)
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Mecanismos de Respiração
Filo Ctenophora Beroe sp.
(difusão do oxigênio por membranas úmidas)
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I. Difusão do oxigênio por membranas úmidas
Uronychia sp.Renilla reniformis
O ar é absorido pelas células da parede do corpo e difunde-se para as outras células. (PROTOZOÁRIOS, AMEBAS, TURBELÁRIOS, ESPONJAS E CNIDÁRIOS)
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Planocera graffii
Stylochus insolitus
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Muitos oligoquetas (Annelida) como esta minhoca apresentam uma rede de capilares intra-epidérmicos - derivada dos vasos sanguíneos dentro da parede do corpo – que fornecem um fluxo sanguíneo constante do vaso ventral à parede do corpo em uma ampla área de superfície para trocas gasosas.
Lumbricus terrestris
II. Difusão do oxigênio pela parede do corpo para vasos
sanguíneos
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Todos os anfíbios têm tegumento glandular altamente permeável aos gases e à água. A função primária do muco é manter o tegumento úmido e permeável para viabilizar as trocas gasosas, especialmente a liberação do CO2, que se dá por capilares que se ramificam das artérias pulmocutâneas.
Pele da rã
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III. Respiração branquialNOS MOLUSCOS
Ocorre nos ctenídios,
organizados a partir de um eixo longo e achatado que se projeta da
cavidade do manto, mantido suspenso
em uma membrana. De ambos os lados
deste eixo, fixam-se filamentos
triangulares ou cuneiformes que se
alternam em posição com os
filamentos do lado oposto (condição
bipectinada).
Classe Cephalopoda – Loligo sp.
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Os cílios laterais do ctenídio movimentam a água para dentro da câmara inalante e os cílios abfrontais propulsionam a água para que banhe os filamentos no sentido oposto à do fluxo de hemolinfa no interior destes filamentos, fenômeno de contracorrente que maximiza o gradiente de difusão.
Cílios abfrontais
Classe Bivalvia
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A hemolinfa flui através dos filamentos, do vaso aferente para o eferente.
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O poliqueto (Annelida)
Neanthes virens possui
notopódios (a parte superior
de cada parapódio)
que servem como brânquias.
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Corte transversal em um segmento do poliqueto Neanthes virens (Annelida)
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'
Alitta nereis, outro poliqueto marinho com parapódios que funcionam como brânquias
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As brânquias de peixes ósseos são formadas por filamentos branquiais agrupados em arcos situados da cavidade do opérculo. A troca de gases ocorre nas inúmeras projeções microscópicas chamadas lamelas secundárias.
Brânquias de atum
Rastelos branquiais expandidos protegem os filamentos branquiais de partículas duras e evitam a passagem de alimento pelas fendas branquiais.
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Durante a respiração os opérculos fecham-se e água entra na boca, passando pelas brânquias que aumentam (bombeamento bucal) e saindo pelo opérculo (agora aberto) prevenindo o fluxo reverso. Alguns peixes criam uma corrente respiratória através da natação com a boca entreaberta (ventilação forçada).
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Os vasos aferentes levam o sangue não-oxigenado às lamelas secundárias para que seja oxigenado e os vasos eferentes retornam o sangue para o arco. A direção do fluxo sanguíneo pela lamela é oposta à direção do fluxo da água que atravessa
a brânquia.
Troca gasosa branquial
por contra-corrente
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Três pares de brânquias externas ocorrem em todos os embriões e larvas e persistem nos adultos de algumas salamandras estritamente aquáticas. Salamandras agitam suas brânquias para auxiliar a aeração. Nos girinos, a água entra pela boca e sai pelas narinas, depois é forçada por entre as brânquias e sai pelo espiráculo. Larva de Ambystoma marvotium em metamorfose
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Girino de Rana catesbeiana
Ambystoma tigrinum
Embrião de Ichthyophis kohtaoensisClasse AmphibiaOrdem Gymnophiona (Cecílias)
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IV. Traquéias
Dissosteira longipennis
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As traquéias, tubos finos re-vestidos de quitina que se ori-ginam na parede do corpo e se ramificam a todos os órgãos e tecidos, terminam em células traqueais microscópicas, que se estendem como traquéolas intracelulares, formando às vezes, redes capilares. A parte final da traquéola é cheia de líquido, pelo qual o oxigênio se difunde para as células e o CO2, destas para as traquéolas.
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Um pulmão é uma câmara revestida internamente por epitélio úmido, sob o qual há uma rede de capilares sanguíneos e assemelha-se a uma brânquia, mas invaginada ao invés de evaginada. As partições de sua parede formam alvéolos: câmaras microscópicas abertas ao fluxo aéreo pulmonar e circundadas por numerosos capilares sanguíneos, onde ocorrem as trocas gasosas.
V. Pulmões
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A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas. Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.
Além de respirar pela pele e pela mucosa da cavidade bucal, também ANFÍBIOS respiram por pulmões, com a boca fechada. O assoalho da boca é abaixado fazendo com que o ar entre pelas passagens nasais até uma depressão na bucofaringe.
Pulmões de Rana catesteiana
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A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas. Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.
Além de respirar pela pele e pela mucosa da cavidade bucal, também ANFÍBIOS respiram por pulmões, com a boca fechada. O assoalho da boca é abaixado fazendo com que o ar entre pelas passagens nasais até uma depressão na bucofaringe.
Pulmões de Rana catesteiana
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O pulmão das aves é mais eficiente do que de outros invertebrados porque o ar atravessa o pulmão, ao invés de entrar e sair dele. Capilares aéreos, em cujas paredes ocorrem as trocas gasosas, abrem-se em canais maiores, os
Os parabrônquios comunicam-se com os brônquios e com os sacos aéreos que se estendem no celoma.
parabrônquios.
Aparelho respiratório do pombo
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As narinas do bico de um galo ligam-se às coanas, acima da cavidade bucal. A glote, no assoalho da faringe, abre-se em uma traquéia longa e flexível reforçada por arcos cartilaginosos parcialmente calcificados que prolongam-se à siringe (caixa vocal) muscular, de onde parte um brônquio para cada pulmão.
Anatomia do galo
(incluindo sistema
respiratório)
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A respiração das aves se dá através de dois ciclos de inalação e exalação. O ar entra passa pelos brônquios e a maior parte vai para os sacos aéreos posteriores. Na expiração ele flui para dentro dos pulmões, expan-dindo-os. Na seguinte inspi-ração, uma nova leva de ar ar passa os sacos posteriores e ar do pulmão vai para os sacos aéreos anteriores. O movimento de ar atua em uma só direção, oposta à do fluxo sanguíneo (efeito contra-corrente).
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A respiração humana
A massa do pulmão é porosa e esponjosa e contém várias fibras elásticas. O diafragma é uma parede muscular que separa o tórax, contendo os corações e o pulmão, do resto da cavidade abdominal.
Diafragma no tórax em destaque em imagem 3D
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Os pulmões são revestidos por uma membrana, a pleura visceral, e uma membrana semelhante, a pleura parietal, reveste a cavidade torácica. Entre elas há o líquido intra-pleural, cuja pressão é menor do que a do ar atmosférico.
Esquema mostrando em roxo o espaço intrapleural preenchido pelo líquido intrapleural.
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Na inspiração as costelas são levantadas e o diafragma abaixado, o que aumenta o volume torácico, reduzindo a pressão no líquido intrapleural. A pressão do líquido é, então, menor do que a do ar do pulmão. O pulmão então se expande e causando, na sequência, a entrada de ar. A expiração resulta do relaxamento do diafragma, que contrai o tecido elástico do pulmão e expele o ar.
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Obrigado pela atenção!
FIM
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BibliografiaBRUSCA, R.C.; BRUSCA, G.J. Invertebrados. 2ª edição. Rio de Janeiro – RJ: Guanabara Koogan, 2007.
JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular, 9ª edição, Rio de Janeiro – RJ: Guanabara Koogan, 2012.
STORER, T.I.; USINGER, R.L.; STEBBINS, R.C.; NYBAKKEN, J.W. Zoologia Geral, 6ª edição. São Paulo – SP: Companhia Editora Nacional, 2007.
RENEINE, I.F. Biofísica básica. Rio de Janeiro: Ed. Atheneu, 1984-2000.
RUPPERT, E. BARNES, R.D. Zoologia de Invertebrados. 6ª edição. São Paulo: Editora Roca, 1996.